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前言1

第一篇生物化学与分子生物学3

第一章 蛋白质分子的结构层次3

1.1 蛋白质是多肽链3

1.1.1 氨基酸是构成蛋白质的基本化学成分3

1.1.2 多肽链的形成和主链构象角3

1.2 蛋白质分子的二级结构4

1.2.1 水溶性蛋白质分子内部的疏水性4

1.1.3 氨基酸侧链可为蛋白质构象稳定和功能发挥提供结构基础4

1.2.2 α-螺旋5

1.2.3 β-回折7

1.2.4 蛋白质分子表面的环区域7

1.3 蛋白质分子的超二级结构8

1.3.1 α-环-α花样8

1.3.2 发夹β花样(β-环-β花样)8

1.3.3 希腊图案花样9

1.3.4 β-α-β花样9

1.4.2 蛋白质结构域和三级结构的分类10

1.4.1 结构域是蛋白质三级结构的基本结构单位和功能单位10

1.4 蛋白质分子的结构域与三级结构10

1.4.3 α型结构域结构11

1.4.4 β型结构域结构11

1.4.5 α/β型结构域结构13

第二章 遗传物质-DNA16

2.1 信息贮藏库-DNA16

2.1.1 DNA的发现16

2.1.2 DNA、RNA的组成与结构17

2.2.1 DNA半保留复制20

2.2 DNA的复制20

2.2.2 半保留复制的证明21

2.2.3 复制的起始和终止22

2.2.4 DNA复制类型23

2.2.5 DNA复制的相关酶类和蛋白因子24

第三章 从基因到蛋白质28

3.1 DNA转录28

3.1.1 转录的一般特征28

3.1.2 转录的相关问题29

3.1.3 转录后的加工、修饰32

3.2.1 遗传密码的提出34

3.2 遗传密码34

3.2.2 遗传密码的解续35

3.2.3 密码子的特点35

3.3 蛋白质的生物合成36

3.3.1 蛋白质合成反应的主要元件36

3.3.2 蛋白质合成的三大步骤38

3.3.3 蛋白质合成的转运及加工39

3.4.1 乳糖操纵子模型41

3.4 基因表达的调控41

3.4.2 Britten-Davidson42

第四章 病毒结构44

4.1 引言44

4.2 球状病毒外壳蛋白的二十面体对称结构45

4.3 细小RNA病毒的结构和亚基折叠46

4.4 基于病毒三维结构的药物设计48

5.1.3 Watson-Crick碱基对和氨基酸残基侧链间的相互作用50

5.1.2 两独立单元（氨基酸和核苷酸）间的相互作用50

5.1.1 引言50

5.1 蛋白质-核酸相互作用的一般考虑50

第五章 蛋白质-核酸相互作用50

5.1.4 核酸双螺旋和蛋白质反平行β-回折间的相互作用51

5.1.5 核酸双螺旋与蛋白质α-螺旋的相互作用51

5.1.6 蛋白质-核酸相互作用和识别的特性51

5.2 原核生物中的基因调控蛋白52

5.2.1 DNA结合花样（α-环-α花样）52

5.2.2 复合物中的扭曲B-DNA构象52

5.2.3 DNA结合的别构调控54

5.3 真核生物转录因子55

5.3.1 转录因子可与DNA结合并控制结构基因转录启动55

5.3.2 锌指56

5.3.3 螺旋-环-螺旋58

5.3.4 亮氨酸拉链59

第六章 X射线晶体学方法在结构生物学中的应用61

6.1 引言61

6.2 蛋白质分子的结晶61

6.3 晶体衍射数据的记录62

6.4 相位问题63

6.5 结构模型的构建、修正和误差分析64

第七章 多维核磁共振波谱及其在结构生物学中的应用65

7.1 引言65

7.2 核磁共振波谱的基本原理66

7.2.1 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简写为NMR)66

7.2.2 核磁共振波谱的几种主要参数66

7.3 脉冲傅里叶变换核磁共振(FT-NMR)67

7.4 核磁共振的经典模型及Bloch方程67

7.5 多维核磁共振的基本概念69

7.6 二维核磁共振波谱的基本原理70

7.6.1 同核化学位移相关谱(COSY)谱71

7.6.2 双量子滤波的COSY谱(DQF-COSY)73

7.6.3 总相关谱(TOCSY)及HOHAHA谱73

7.6.4 核欧沃豪斯效应增强谱(NOESY)74

7.7 用二维核磁共振波谱测定蛋白质的空间结构76

7.7.1 残基自旋系统的认证77

7.7.2 通过1H-1H间欧沃豪斯效应的顺序认证82

7.7.3 确定二结构单元84

7.8 三维及四维NMR实验87

7.8.1 自旋系统的认证91

7.8.2 顺序识别92

7.8.3 通过3D和4D异核编辑的NOESY,得到长程NOE联结93

第八章 生物分子的计算机模拟和结构、动力学、热力学与功能关系的研究94

8.1 引言94

8.2 分子力场95

8.3 能量极小化96

8.4 分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD)和随机动力学模拟(Stochastic Dynamics Simula98

8.5 MD中解方程的数值积分99

8.6.2 扩展壁区域边界条件(Extended Wall Region Boundary Condition)100

8.6.3 周期性边界条件100

8.6 边界条件的处理100

8.6.1 真空边界条件100

8.7 约束102

8.8 恒温及恒压条件下分子动力学模拟104

8.8.1 恒温条件下的分子动力学模拟104

8.8.2 恒压条件下分子动力学模拟105

8.9 自由能和熵的计算机模拟106

8.9.2 热力学积分法108

8.9.1 微扰法108

8.10 量子动力学模拟111

8.10.1 将量子力学(QM)势和经典力学(MM)势相结合111

8.10.2 路径积分分子动力学模拟112

第二篇细胞生物学121

第一章 细胞的结构与功能121

1.1 细胞世界121

1.1.1 细胞的基本概念121

1.1.2 细胞的种类124

1.1.3 如何研究细胞128

1.2 生物膜系统130

1.2.1 细胞质膜130

1.2.2 细胞内膜系统137

1.2.3 细胞能量内膜性细胞器142

1.3 细胞骨架149

1.3.1 微管150

1.3.2 微丝153

1.3.3 中间纤维157

1.4.1 核被膜和核孔复合体159

1.4 细胞核与染色体159

1.4.2 染色质和染色体160

1.4.3 核仁164

1.4.4 核基质164

第二章 细胞增殖166

2.1 细胞周期167

2.1.1 细胞周期的发现167

2.1.2 细胞周期和细胞类群167

2.1.3 细胞周期各时相的动态168

2.2.2 肿瘤细胞周期173

2.3 细胞周期的调控因子173

2.2 细胞癌变及其细胞周期173

2.2.1 细胞癌变的特点173

2.3.1 P34+{cdc2}激酶的结构175

2.3.2 P34+{cdc2}激酶的生物学作用176

2.4 CDK的调节原理178

2.4.1 CDK催化亚单位179

2.4.2 细胞周期进程中的CDK的调节179

3.1 胚胎发生184

3.1.1 配子的发生184

第三章 细胞分化184

3.1.2 受精过程185

3.1.3 胚胎发生186

3.2 胚胎细胞的分化186

3.2.1 原肠胚的形成186

3.2.2 细胞分化的可能性与决定187

3.2.3 分化过程中的位置信息188

3.2.4 胚胎诱导对细胞分化的作用188

3.2.6 激素对细胞分化的作用190

3.2.5 发育的时序190

3.2.7 细胞分化与基因表达191

第四章 细胞衰老、死亡与癌变194

4.1 细胞的衰老与死亡194

4.1.1 衰老的概念194

4.1.2 细胞衰老的一般特征195

4.1.3 细胞衰老的机理195

4.2.1 癌细胞的特征197

4.2.2 致癌因子197

4.2 细胞癌变197

4.2.3 癌基因学说198

4.2.4 癌基因与信息传递198

4.2.5 病毒癌基因199

4.2.6 v-onc和c-onc结构和功能的差别199

4.2.7 细胞癌基因的激活200

4.2.8 癌基因的分类200

5.1 DNA重组技术203

5.1.1 DNA重组技术建立的基础203

第五章 生物技术203

5.1.2 基因工程的操作原理及步骤208

5.1.3 基因工程技术的应用212

5.1.4 蛋白质工程214

5.2 单克隆抗体杂交瘤技术215

5.2.1 单克隆抗体技术产生的理论基础215

5.2.2 细胞融合与杂交瘤技术的产生217

5.2.3 单克隆抗体制备原理和方法218

5.2.4 单克隆抗体的应用220

5.2.5 单克隆抗体技术的展望220

5.3.2 植物细胞融合技术223

5.3.1 植物组织细胞培养技术223

5.3 植物生物技术223

5.3.3 植物基因工程224

第三篇神经生物学227

第一章 神经科学的新世纪227

1.1 什么是神经科学227

1.2 神经科学的任务228

1.3 神经科学所取得的巨大进展231

1.3.1 分子和细胞水平的神经科学发展迅猛231

1.3.2 感觉信息加工的重大突破--视觉的脑机制236

1.3.3 神经网络的研究进入新的高潮239

1.3.4 发育神经生物学的崛起240

1.3.5 神经和精神疾病的研究进展惊人242

1.3.6 整体的和无创伤条件下的研究244

1.4 展望神经科学的新世纪245

第二章 神经系统信息处理机制--以视觉系统为例248

2.1 视觉系统的形态结构248

2.1.1 视觉通络248

2.1.2 视网膜(retina)249

2.1.3 外膝体核(LGN)250

2.1.4 视皮层251

2.2 视网膜内的视觉信息处理252

2.3 外膝体(核)在视觉平行处理中的作用256

2.3.1 外膝体神经元的感受野性质256

2.3.2 外膝体在视觉平行处理中的作用256

2.4 视皮层细胞的性质和分类260

2.5 视皮层的功能组织--视觉功能柱261

2.5.1 方位功能柱(orientation functional column)261

2.6.1 细胞色素氧化酶染色方法引起的新发现262

2.6 17、18区内形状、颜色、运动和深度视觉的平行处理262

2.5.2 眼优势功能柱(ocular dominance column)262

2.6.2 Livingstone和Hubel的贡献264

2.7 更高级的视皮层区域265

2.7.1 运动分析268

2.7.2 形状和颜色分析268

第三章 神经系统的发育和神经元连接的可塑性270

3.1 神经系统的发育270

3.1.1 神经系统的发育和分化270

3.1.2 细胞生长因子271

3.1.3 神经元连接的特异性272

3.2.1 神经的再生和侧枝发芽274

3.2 神经元连接的可塑性274

3.2.2 经验对神经发育的影响275

3.2.3 神经元与靶细胞之间的相互作用276

第四章 中枢神经系统279

4.1 脊髓279

4.1.1 脊髓的外形279

4.1.2 脊髓的内部结构279

4.2.1 脑干281

4.1.3 脊髓的功能281

4.2 脑281

4.2.2 间脑283

4.2.3 小脑283

4.2.4 大脑284

第五章 脑的学习和记忆的功能288

5.1 学习和记忆的定义288

5.1.1 学习的类型288

5.2.1 海马289

5.2 学习记忆在大脑中的重要部位之一:海马289

5.1.2 记忆289

5.2.2 海马LTP可能是学习记忆的分子基础291

5.2.3 NMDA受体通道复合体依赖的LTP293

5.2.4 非NMDA受体通道复合体依赖的LTP294

5.2.5 逆行信使理论294

5.3 哺乳动物视皮层的长时程增强效应296

5.3.1 视皮层的LTP296

5.3.3 视皮层的和海马的LTP的比较298

5.3.4 视皮层NMDA受体和LTP298

5.3.2 LTP产生的关键时期298

5.3.5 LTP与低阈值Ca2+通道(low-threshold Ca2+ channels. LTCs)299

第六章 认知神经科学300

6.1 认知神经科学和心理学300

6.1.1 了解人类自身300

6.1.2 为医学服务301

6.1.3 为高技术的发展提供好的思路301

6.2 视觉303

6.2.1 视知觉的恒常性303

6.2.2 视觉识别的三种模型305

6.2.3 整体和局部306

6.2.4 Marr的视觉计算理论307

6.2.5 RBC理论308

6.2.6 并行的视觉系统和模块308

6.3 选择性注意和视觉忽略症309

6.3.1 注意是什么309

6.3.2 注意研究中的新方法和新发现309

6.3.3 Stroop 效应310

6.3.4 依据目标位置的选择310

6.3.6 视觉忽略症与注意的神经机制311

6.3.5 负启动的反转和注意的功能311

6.4 学习和记忆312

6.4.1 学习312

6.4.2 记忆312

6.4.3 短期记忆和工作记忆313

6.4.4 健忘症和多重记忆313

6.5 语言314

6.5.4 字母和单词的识别及其PDP模型315

6.5.3 语言和脑315

6.5.2 语言的功能315

6.5.1 语言学315

6.6 认知神经科学的新时代316

6.6.1 新问题316

6.6.2 人脑与计算机--智能的本质319

6.6.3 认知神经科学的新方向320

第七章 环境和神经科学323

7.1 环境对人类健康的影响323

7.1.1 环境对健康和疾病的影响323

7.1.2 环境污染对人类健康的危害324

7.2 神经毒理学327

7.2.1 神经毒理学的定义和分类327

7.2.2 神经毒物的种类和来源328

7.2.3 研究神经毒理学的方法328

7.2.4 神经性毒物的作用特点329

7.2.5 神经性毒物作用的细胞和分子机制330

7.3 脑损伤与脑疾病333

7.3.1 脑损伤的分子机制333

7.3.2 脑损伤的修复335

7.3.3 几种脑疾病336