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分子生物学

2020-09-24 00:00:00

分子生物学本书特色 1926年摩尔根“基因论”的发表，确立了基因是遗传的基本单位，它存在于细胞的染色体上，决定着生物体的性状。但关于基因的化学本质是什么，它通过什么方式影响生物体的遗传性状，仍然不清楚。揭示基因的本质及其作用方式就成了当时生物学研究的核心问题。对这个问题的研究，开创了分子生物学这门新学科。分子生物学的建立和发展是生物学中信息学派、结构学派和生化遗传学派研究成果结合的产物，是科学史上一次成功的由学科交叉融合而引起的科学革命。发现DNA双螺旋的故事已为人们广为传颂，并作为生物学具传奇色彩的伟大发现而载入生命科学史册。同样，与日新月异的分子生物学发展相比，就急需一本既与时俱进又通俗易懂的新教材。本书共分为十三章，系统阐述了分子生物学基本原理、知识和技术，并反映了这一领域的进展。内容包括遗传物质的分子本质；基因、基因组和基因组学；DNA的生物合成、损伤、修复和突变；DNA重组；RNA的生物合成；转录后加工；蛋白质的生物合成，翻译后加工、分拣、定向和水解；原核、真核生物的基因表达调控；现代分子生物学方法等。本书可供高等院校生物科学、生物技术、临床医学等相关专业的教师和学生使用，也可作为相关专业研究人员的参考书。 1. 杨荣武教授十年心血之作，生化及分子生物学学习宝典。1926年摩尔根“基因论”的发表，确立了基因是遗传的基本单位，它存在于细胞的染色体上，决定着生物体的性状。但关于基因的化学本质是什么，它通过什么方式影响生物体的遗传性状，仍然不清楚。揭示基因的本质及其作用方式就成了当时生物学研究的核心问题。对这个问题的研究，开创了分子生物学这门新学科。分子生物学的建立和发展是生物学中信息学派、结构学派和生化遗传学派研究成果结合的产物，是科学史上一次成功的由学科交叉融合而引起的科学革命。发现DNA双螺旋的故事已为人们广为传颂，并作为生物学具传奇色彩的伟大发现而载入生命科学史册。同样，与日新月异的分子生物学发展相比，就急需一本既与时俱进又通俗易懂的新教材。本书共分为十三章，系统阐述了分子生物学基本原理、知识和技术，并反映了这一领域的进展。内容包括遗传物质的分子本质；基因、基因组和基因组学；DNA的生物合成、损伤、修复和突变；DNA重组；RNA的生物合成；转录后加工；蛋白质的生物合成，翻译后加工、分拣、定向和水解；原核、真核生物的基因表达调控；现代分子生物学方法等。本书可供高等院校生物科学、生物技术、临床医学等相关专业的教师和学生使用，也可作为相关专业研究人员的参考书。 1. 杨荣武教授十年心血之作，生化及分子生物学学习宝典。 2. 本书荣获“华东六省一市大学出版社优秀教材一等奖”。 3.本书作者 2016年，先后荣获亚洲及大洋州生物化学家与分子生物学家联盟教育奖（FAOBMB Education Award 2016）和宝钢教育基金优秀教师特等奖提名奖。2015—2017年，连续获得南京大学第十一届、第十二届和第十三届“我喜爱的老师”的荣誉称号。 4.杨荣武教授主讲的“生物化学”获国家精品课程，主持的“生物化学”不仅为江苏省和国家双语示范课程，还是国家精品资源共享课程，目前在爱课程网上深受全国修课者的喜爱，讲授的“结构生物化学”MOOC已在Coursera和中国大学MOOC课程网上上线，受到全球修读者的欢迎。新版特色 1.本书再版内容进行了全面的更新，包括每一章后面提供的文献和推荐网址。例如，增加了CRISPR系统、基因组编辑、表观遗传、lnRNA和新一代DNA测序技术等内容，引用文献截止到2017年8月。 2.可读性、易读性进一步提高。全书的每一个句子都经过了字斟句酌、反复推敲。 3.全书结构体系作了一些调整，特别是考虑到古菌与真核生物在分子生物学的各种机制上更加相似，因此不再简单地按照原核生物和真核生物来组织各章内容，而是按照细菌、真核生物和古菌三个域来组织。 4.教材中引入了新的元素，就是文中穿插了许多小框和随文小测验（quiz），小框中有分子生物学的动态、趣事、应用和科学小故事等。小框中丰富多彩的内容可进一步激发读者学习分子生物学的兴趣，而小测验可以让读者带着问题去学习。另外，每一章的小结仍然设计成填充的形式，这样可以让读者自己去总结。 5.特配数字课程，内有杨荣武教授讲授的本课程的全程录像，读者可以利用书中的二维码，在有网络的情况下随时观看录像视频，此外，还有许多辅助教学和学习的资料可供下载。这不仅有助于读者的学习和教师的教学，还在读者和编者之间提供了一种相互交流和学习的平台。 6.提供了四套PPT课件，中、英文简版和全版各一套，相信这对于许多学校正在推行的双语教学应该很有帮助。 7.为了提高学习效果，本版改为了双色版，从而使反应主线特别是图表显示的部分更加突出、内容更加鲜活生动。 8.配套的《分子生物学学习指南与习题解析》将很快更新。分子生物学内容简介本书是在分子水平上研究生物大分子的结构与功能, 增加了分子生物学动态、身边的分子生物学及其探究、分子生物学传奇、分子生物学与健康等小故事, 激发学生学习的兴趣, 并按照细菌、古菌及真核生物三大系统来组织内容。分子生物学目录章绪论节分子生物学的起源一、传递遗传学二、分子遗传学第二节分子生物学的发展一、DNA的半保留复制二、基因与蛋白质之间的关系三、“中心法则” 四、基因工程 Box 1-1让“酵母君”酿造鸦片，你相信吗？五、分子生物学的其他进展第三节分子生物学学习方法科学故事——朊病毒的发现第二章遗传物质的分子本质节遗传物质的分子本质一、DNA是主要的遗传物质（一）细菌转化实验（二） Hershey?Chase的噬菌体实验二、RNA也可以作为遗传物质三、某些蛋白质具有遗传物质的特性第二节核酸的结构一、核酸的化学组成 Box 2-1环状非编码RNA 二、核酸的一级结构（一）代DNA测序（二）第二代DNA测序（三）第三代DNA测序（四）第四代DNA测序（五）单细胞基因组DNA测序三、核酸的二级结构（一） DNA的二级结构（二） RNA的二级结构 Box 2-2为何是DNA而不是RNA作为遗传信息的载体？四、核酸的三级结构（一） DNA的三级结构（二） RNA的三级结构五、核酸与蛋白质形成的复合物（一） DNA与蛋白质形成的复合物（二） RNA与蛋白质形成的复合物第三节核酸的理化性质科学故事——究竟是谁个发现了DNA的双螺旋结构？第三章基因、基因组和基因组学节基因一、对基因的认识二、基因概念的扩展（一）移动基因（二）断裂基因（三）假基因 Box 3-1假基因，真表达，真功能（四）重叠基因三、基因的种类和结构（一）基因的种类（二）基因的结构四、基因的大小和数目（一）基因的大小（二）基因的数目 Box 3-2我们究竟有多少个基因？（三） N值矛盾五、基因簇与重复基因（一）基因家族和基因簇（二）重复序列第二节基因组一、病毒基因组（一） DNA病毒基因组 Box 3-3大病毒、大惊喜（二） RNA病毒基因组（三）类病毒和拟病毒基因组二、原核生物基因组（一）细菌基因组（二）古菌基因组（三）质粒三、真核生物基因组（一）核基因组（二）细胞器基因组 Box 3-4线粒体夏娃四、人类基因组第三节基因组学一、结构基因组学（一）基因组作图（二）基因组测序（三）基因组计划二、功能基因组学（一）转录组与转录组学（二）蛋白质组与蛋白质组学（三）表观基因组学（四）宏基因组学（五）比较基因组学 Box 3-5甲基化让人类和猴子分了家？三、生物信息学（一）生物信息学资源（二）生物信息学的目标和任务科学故事——维生素C与假基因第四章DNA的生物合成节DNA复制一、DNA复制的基本特征 Box 4-1“生命字母表”的人工扩增 Box 4-2冈崎令治与冈崎片段二、DNA复制的酶学（一） DNAP （二） DNA解链酶（三） SSB （四） DNA拓扑异构酶（五） DNA引发酶（六）切除引物的酶（七） DNA连接酶（八）尿嘧啶DNA糖苷酶（九）端粒酶三、DNA复制的详细机制（一）以大肠杆菌为代表的细菌基因组DNA的复制（二）滚环复制（三） D环复制（四）真核细胞细胞核DNA的复制 Box 4-3线形DNA末端复制的难题的解决（五）古菌的DNA复制四、DNA复制的高度忠实性五、DNA复制的调控（一）细菌DNA复制起始的调控（二）大肠杆菌质粒ColE1的复制调控（三）真核细胞核DNA复制起始的调控第二节逆转录一、逆转录病毒的逆转录反应（一）逆转录病毒的结构（二）逆转录病毒的生活史 Box 4-4HIV辅助受体的发现（三）艾滋病的治疗二、其他的逆转录反应（一）逆转座子（二）逆转录质粒（retroplasmid）与逆转录内含子(retrointron) （三）逆转子（四）某些DNA病毒生活史中的逆转录现象科学故事——DNA半保留复制的实验证明第五章DNA的损伤、修复和突变节DNA损伤一、导致DNA损伤的因素二、DNA损伤的类型第二节细胞对DNA损伤做出的反应 Box 5-1为什么某些哺乳动物不得或少得癌症？第三节DNA的修复一、直接修复二、切除修复 Box 5-2额外的DNA序列充当我们基因组的“备胎” （一） BER （二） NER （三） MMR Box 5-3真核生物错配修复系统如何发现错配碱基？三、DSBR 四、损伤跨越(damage bypass) （一）重组跨越（二）跨损伤合成五、一些与DNA修复缺陷有关的遗传性疾病以及修复缺陷与癌症之间的关系第四节DNA的突变一、突变的类型与后果（一）点突变（二）移码突变（三）隐性突变和显性突变二、突变的原因（一）自发突变 Box 5-4三聚核苷酸重复与脆性X染色体综合征（二）诱发突变三、正向突变、回复突变与突变的校正（一）正向突变和回复突变（二）校正突变四、突变原与致癌物之间的关系以及致癌物的检测科学故事——p53从癌蛋白到抗癌蛋白的角色转换第六章DNA重组节同源重组一、同源重组的分子机制（一） Holliday模型（二）单链断裂模型（三）双链断裂模型二、细菌的同源重组（一）参与同源重组的主要蛋白质（二）大肠杆菌几种重要的同源重组途径三、真核生物的同源重组四、古菌的同源重组第二节位点特异性重组一、λ噬菌体的位点特异性整合二、鼠伤寒沙门氏菌鞭毛抗原的转换 Box 6-1Cre LoxP重组系统及其改造和应用第三节转座重组一、细菌的转座子（一）类转座子（二）第二类转座子（三）第三类转座子（四）第四类转座子二、真核生物的转座子（一） DNA转座子 Box 6-2睡美人转座子的复活（二）逆转座子三、古菌的转座子四、转座的分子机制（一）简单转座（二）复制型转座 Box 6-3谁偷走了人的DNA？五、转座作用的调节科学故事——“跳跃基因”的发现第七章RNA的生物合成节DNA转录一、转录的一般特征二、催化DNA转录的RNA聚合酶（一）细菌的RNAP （二）古菌的RNAP （三）真核细胞的RNAP （四）由病毒编码的RNAP Box 7-1植物细胞RNAPⅣ的发现故事三、RNAP的三维结构与功能四、细菌的DNA转录（一）转录的起始五、真核生物的核基因转录（一）真核生物细胞核基因转录与细菌基因转录的主要差别268 （二）真核细胞核DNA转录的基本过程 Box 7-2细胞的记忆机制六、真核生物细胞器DNA的转录（一）线粒体DNA的转录（二）叶绿体DNA的转录七、古菌的DNA转录第二节RNA复制 Box 7-3RNA重组一、双链RNA病毒的RNA复制二、单链RNA病毒的RNA复制（一）正链RNA病毒的RNA复制 Box 7-4蝙蝠抵抗病毒和长寿的秘密（二）负链RNA病毒的RNA复制科学故事——人类和酵母居然如此相似！第八章转录后加工节细菌RNA前体的后加工一、mRNA前体的后加工二、rRNA前体的后加工（一）剪切和修剪（二）核苷酸的修饰三、tRNA前体的后加工（一）剪切和修剪（二）核苷酸的修饰（三）添加CCA （四）剪接第二节真核细胞RNA前体的后加工一、mRNA前体的后加工（一） 5′端“加帽” （二） 3′端“加尾” Box 8-1CTD密码（三）无尾巴的mRNA在3-端的后加工（四）内部甲基化（五）剪接 Box 8-2剪接体是核酶吗？ Box 8-3次要剪辑途径也重要（六）编辑二、rRNA前体的后加工（一）剪切、修剪和修饰（二）四膜虫26S rRNA前体的自剪接 Box 8-4“RNA世界”的探索之旅三、tRNA前体的后加工第三节古菌的转录后加工科学故事——例真正的核酶的发现第九章蛋白质的生物合成节参与翻译的各种生物大分子的结构与功能一、核糖体（一）小亚基（二）大亚基（三）核糖体的三维结构及其功能定位（四）核糖体组装和循环二、mRNA 三、tRNA （一） tRNA的一级结构（二） tRNA的二级结构（三） tRNA的三级结构四、氨酰tRNA合成酶 Box 9-1tRNA的新功能——衍生于tRNA的促癌小RNA的发现五、辅助蛋白因子第二节翻译的一般性质一、均可分为氨基酸的活化、起始、延伸和终止四个阶段二、翻译具有极性三、三联体密码（一）遗传密码的破译（二）遗传密码的主要性质四、反密码子决定特异性五、摆动规则第三节翻译的详细机制一、细菌的翻译（一）氨基酸的活化（二）翻译的起始（三）翻译的延伸（四）翻译的终止和核糖体的循环 Box 9-2改造大肠杆菌的编码系统二、真核生物的细胞质翻译系统（一）氨基酸的活化（二）翻译的起始（三）肽链的延伸（四）翻译的终止和核糖体的循环三、细胞器翻译系统四、古菌的翻译系统第四节翻译的质量控制一、细菌的翻译质量控制（一）由tmRNA介导的翻译质量控制（二）不依赖tmRNA的翻译质量控制二、真核生物的翻译质量控制三、古菌翻译系统的质量控制第五节再次程序化的遗传解码一、翻译水平的移框二、通读三、跳跃翻译四、硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸的参入第六节翻译的抑制剂一、细菌翻译系统的抑制剂二、真核生物翻译系统的抑制剂三、既抑制细菌又抑制真核生物翻译系统的抑制剂科学故事——RNA领带俱乐部与遗传密码的破译第十章蛋白质的翻译后加工、分拣、定向和水解节翻译后加工一、多肽链的剪切和修剪二、N端添加氨基酸三、蛋白质剪接四、个别氨基酸残基的修饰五、形成二硫键六、添加辅助因子七、多肽链的折叠 Box 10-1霍乱毒素的胞内之乱八、四级结构的形成第二节蛋白质翻译后的定向与分拣 Box 10-2“分子邮政编码”的发现一、共翻译途径二、翻译后途径（一）线粒体蛋白的定向与分拣（二）叶绿体蛋白的定向和分拣（三）某些线粒体蛋白和叶绿体蛋白的双重定向与分拣（四）核蛋白的定向与分拣（五）过氧化物酶体蛋白的定向与分拣（六）细菌蛋白的定向与分拣（七）古菌蛋白质的定向和分拣第三节细胞内蛋白质的选择性降解一、真核生物细胞内的蛋白质降解系统（一）泛素的结构与功（二）泛酰化反应及其功能（三）泛酰化反应的信号（四）蛋白酶体的结构与功能二、细菌细胞内的蛋白质降解系统三、古菌细胞内的蛋白质降解系统科学故事——7SL RNA的发现第十一章原核生物的基因表达调控节正调控与负调控第二节在DNA水平上的调控一、基因的拷贝数二、启动子的强弱三、DNA重排第三节在转录水平上的调控一、转录起始阶段的调控（一）细菌对不同σ因子的选择性使用（二）操纵子调控模型 Box 11-1古菌的色氨酸操纵子二、转录终止水平上的调控——终止与抗终止（一）弱化（二）核开关（三）抗终止作用第四节在翻译水平上的调控一、反义RNA （一）反义RNA的负调控作用（二）反义RNA的正调控作用二、核开关三、自体调控四、mRNA的降解五、mRNA的二级结构与基因表达的调控 Box 11-2RNA温度计第五节环境信号诱发的基因表达调控一、严紧反应 Box 11-3TA系统的威力二、CRISPR?Cas系统（一） CRISPR序列（二） Cas蛋白三、二元基因表达调控系统四、群体感应第六节在基因组水平上的全局调控一、调节子二、噬菌体基因表达的时序控制科学故事——乳糖操纵子发现历程第十二章真核生物的基因表达调控节在染色质水平上的基因表达调控一、组蛋白的化学修饰对基因表达的影响二、染色质重塑因子对基因表达的影响三、组蛋白变体对基因表达的影响四、lncRNA对基因表达的影响第二节在DNA水平上的基因表达调控一、DNA扩增二、DNA重排（一）高等动物抗体基因的程序性重排（二）锥体虫主要表面抗原基因的重排（三）酿酒酵母在交配类型转换过程中发生的基因重排三、基因丢失四、DNA甲基化 Box 12-1DNA的第六个碱基五、DNA印记 Box 12-2父亲吃啥可通过DNA甲基化影响到你！六、多个启动子的选择性使用第三节在转录水平上的基因表达调控一、顺式作用元件（一）增强子 Box 12-3增强子RNA （二）沉默子（三）绝缘子（四）反应元件二、转录因子（一）转录因子的鉴别、分离和活性测定（二）转录因子的结构与分类三、参与转录水平调节的lncRNA 四、转录水平调控的实例（一）酵母细胞半乳糖代谢相关基因的表达调控（二）热休克蛋白的基因表达调控（三）脂溶性激素诱导的基因表达调控（四）金属硫蛋白的基因表达调控（五）生物发育过程中的组织特异性基因表达（六）转录终止阶段的调控 Box 12-4能将老鼠变成蛇吗？五、转录后加工水平上的基因表达调控（一）选择性剪接（二）选择性加尾（三）组织特异性RNA编辑（四） lncRNA在转录后加工水平的调控六、在mRNA 运输水平上的调控七、翻译水平上的调控 Box 12-5正义和反义RNA之间的较量（一）自体调控（二） mRNA区域化（三） mRNA的“屏蔽” （四） RNA干扰（五） mRNA 的降解和稳定性与基因表达调控 Box 12-6类病毒的致病机制（六）对翻译过程本身的调节（七） lncRNA在翻译水平的调节八、翻译后水平的调节科学故事——RNAi的发现第十三章分子生物学方法节重组DNA技术简介一、基因克隆的载体（一）质粒载体（二）噬菌体载体（三）黏粒（四） PAC和BAC （五） YAC和HAC （六）真核细胞病毒载体二、将外源基因或序列导入载体的工具（一） RE （二） DNA连接酶（三） DNA聚合酶（四）逆转录酶（五）核糖核酸酶H （六）多聚核苷酸激酶（七） S1核酸酶三、宿主细胞四、将重组DNA引入到宿主细胞的途径（一）转化（二）转染（三）电穿孔（四）脂质体介导（五）弹道基因转移五、重组体的选择和筛选（一）直接筛选（二）间接筛选第二节重组DNA技术的详细步骤一、外源DNA序列和目的基因的获得二、目的基因与载体的连接（一）黏端连接（二）平端连接（三）含有平端和黏端的目的基因与载体之间的连接三、重组DNA导入特定的宿主细胞四、含有目的基因序列的克隆的筛选和鉴定第三节重组DNA技术的应用一、文库的建立（一）基因组DNA文库（二） cDNA文库（三）文库的筛选二、DNA序列分析三、表达外源蛋白四、转基因动物、植物及转基因食品（一）转基因动物（二）转基因植物（三）转基因食品五、基因治疗六、研究基因的功能七、寻找未知基因（一）从基因的终产物开始鉴定新基因（二）从核酸水平上寻找新基因第四节聚合酶链式反应一、RTPCR 二、反向PCR 三、巢式PCR 四、递减PCR 五、原位PCR 六、菌落PCR 七、简并PCR 八、多重PCR 九、不对称PCR 十、热不对称交错PCR 十一、标记PCR 十二、实时定量PCR 第五节蛋白质工程一、随机突变二、定点突变 Box 13-1胰岛素的定向改造第六节研究核酸与蛋白质之间相互作用的主要方法和技术第七节研究蛋白质之间相互作用的主要方法和技术一、免疫共沉淀二、亲和层析三、共价交联四、荧光共振能量转移五、生物发光共振能量转移六、酵母双杂交（一）酵母双杂交系统的原理（二）酵母双杂交系统的建立（三）酵母双杂交系统的应用第八节SELEX技术第九节生物芯片技术一、基因芯片（一）基因芯片的种类和制备二、蛋白质芯片（一）蛋白质芯片的基本构成（二）蛋白质芯片的应用第十节基因组编辑技术一、大范围核酸酶二、锌指核酸酶三、拟转录激活蛋白效应物核酸酶四、Cas9 Box 13-2CRISPR技术进军基因治疗科学故事——绿色荧光蛋白的发现和发展专业词汇英汉对照和索引常见英文缩写主要参考书目分子生物学作者简介杨荣武博士，现任南京大学生命科学学院教授。先后作为访问学者赴香港科技大学和美国加州大学圣地亚哥分校从事科学研究和教学实践。杨荣武教授长期从事生物化学的教学和研究工作，一直以“启发诱导式的双语教学、善于将复杂深奥的内容简单化和形象化以及与多媒体的紧密结合”为自己的教学特色，深受学生们的喜爱和同行的高度认可，并在全国生化教学界有一定的影响，目前是中国生物化学与分子生物学会教学专业委员会常委委员。2016年，先后荣获亚洲及大洋州生物化学家与分子生物学家联盟教育奖（FAOBMB Education Award 2016）和宝钢教育基金优秀教师特等奖提名奖。2015—2017年，连续获得南京大学第十一届、第十二届和第十三届“我最喜爱的老师”的荣誉称号。主讲的“生物化学”获国家精品课程，主持的“生物化学”不仅为江苏省和国家双语示范课程，还是国家精品资源共享课程，目前在爱课程网上深受全国修课者的喜爱，讲授的“结构生物化学”MOOC已在Coursera和中国大学MOOC课程网上上线，受到全球修读者的欢迎。主编的《生物化学原理》为国家“十二五”、“十一五”规划教材以及国家精品教材，主编的《分子生物学》第一版获得华东地区大学出版社优秀教材评比一等奖。此外，还主编过其他教材和辅助教材10多部。

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