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第一章 DNA的结构1

1.1 DNA的一级结构1

1.1.1 什么是DNA的一级结构1

1.1.2 DNA携带两类不同的遗传信息及一级结构的多样性1

1.2 DNA的二级结构2

1.2.1 DNA二级结构的物理和化学特性2

1.2.2 维持双螺旋分子稳定性的力3

1.2.3 DNA二级结构的不均一性、多样性4

1.2.4 左手螺旋DNA7

1.3 DNA的变性和复性8

1.3.1 双螺旋结构的变性8

1.3.2 破坏DNA双螺旋的条件9

1.3.3 复性10

1.3.4 复性动力学曲线11

1.4 DNA超螺旋结构13

1.4.1 超螺旋环状DNA13

1.4.2 共价闭合环状DNA的性质14

1.4.3 拓扑异构酶16

1.4.4 DNA超螺旋结构的生物学意义17

1.5 真核生物染色体18

1.5.1 染色体18

1.5.2 核小体18

2.1.2 大肠杆菌的基因组21

2.1.1 原核生物基因组的结构特点21

2.1 原核生物的基因组和基因21

第二章 基因的组织与结构21

2.1.3 噬菌体的基因组22

2.1.4 原核生物的重叠基因24

2.2 真核生物基因组及其组分25

2.2.1 真核生物基因组的结构特点25

2.2.2 真核生物基因组DNA的复杂度25

2.2.3 DNA序列的重复频度26

2.2.4 真核生物基因组不同拷贝的序列组分27

2.2.5 Alu家族重复序列28

2.2.6 卫星DNA30

2.3.1 真核生物的rRNA基因家族31

2.3 基因家族31

2.3.2 5S rRNA基因的重复单元33

2.3.3 tRNA基因33

2.3.4 组蛋白基因家族34

2.3.5 珠蛋白基因家族35

2.4 真核生物的不连续基因36

2.4.1 基因不连续性的发现和证实37

2.4.2 真核基因的外显子和内含子38

2.4.3 基因外显子与蛋白质结构域39

2.4.4 外显子与内含子之间的关系40

2.5 假基因42

2.4.5 内含子的可能功能42

2.4.6 内含子和外显子变异频度的差异42

2.6 转位因子43

2.6.1 转位因子的结构特点43

2.6.2 细菌插入序列(IS)44

2.6.3 复合转座子45

2.6.4 TnA型转座子47

2.6.5 转位作用的机理47

3.1 克隆载体50

3.1.1 质粒载体50

第三章 基因工程原理50

3.1.2 λ噬菌体载体51

3.1.3 柯斯质粒52

3.2 真核基因的克隆53

3.2.1 人工合成真核生物蛋白质的基因54

3.2.2 cDNA克隆及其基因库54

3.2.3 基因组基因文库的构建58

3.2.4 柯斯质粒用于构建基因组文库60

3.2.5 酵母人工染色体(YAC)构建基因文库60

3.2.6 重组DNA分子的构建61

3.3.2 λ重组DNA的离体包装63

3.3.3 遗传学筛选法63

3.3.1 重组DNA的转化63

3.3 重组DNA的克隆和筛选63

3.3.4 原位杂交64

3.3.5 电泳筛选法64

3.3.6 原位放射免疫反应64

3.3.7 Southern杂交64

3.3.8 Northern杂交64

3.3.9 Western Blot65

3.3.10 分子杂交的探针65

3.4 外源基因的表达体系66

3.4.1 原核基因表达的基本元件66

3.4.3 启动子的选择67

3.4.2 真核基因在大肠杆菌体系中表达的条件67

3.4.4 核糖体结合位点68

3.4.5 常用的表达性质粒及其结构68

3.4.6 真核基因在大肠杆菌中产生融合蛋白72

3.5 DNA序列分析73

3.5.1 DNA的物理图谱73

3.5.2 DNA序列测定的基本原理74

3.5.3 加减法75

3.5.4 双脱氧末端终止法75

3.5.5 Maxanm-Gilbert化学法78

3.5.6 DNA序列测定的进展80

3.6 聚合酶链反应(PCR)82

3.6.1 PCR的原理82

3.7 反义技术83

3.6.2 PCR的应用83

3.7.1 反义RNA的作用机理84

3.7.2 反义技术的应用84

3.8 蛋白质工程中的定位突变85

3.8.1 单链噬菌体作载体的定位突变原理85

3.8.2 环状双链质粒CNA载体的定位变原理86

3.8.3 诱变寡核苷酸引物的设计87

3.3.4 寡核苷酸引物诱导基因突变技术的应用88

第四章 蛋白质与DNA的相互作用89

4.1 DNA结合蛋白的检测和纯化89

4.1.1 凝胶滞留法分析DNA结合蛋白89

4.1.2 足迹法分析DNA上蛋白质结合位点90

4.1.3 亲和层析分纯结合蛋白91

4.2 DNA结合蛋白的基本结构域91

4.2.1 螺旋-转折-螺旋(HTH)91

4.2.2 锌指结构92

4.2.3 亮氨酸拉链结构93

4.2.4 碱性α-螺旋94

4.2.5 β-折叠94

4.2.6 HLH95

4.3 蛋白质与DNA结合的特性95

4.4 蛋白质与DNA的普遍性结合96

4.4.1 蛋白质与DNA相互作用的结构因素96

4.4.2 类型Ⅰ--含碱性氨基酸残基的α-螺旋与B-DNA的接触97

4.4.4 类型Ⅲ--伸展的肽链与DNA的接触98

4.4.3 类型Ⅱ--反向平行β-折叠与DNA的接触98

4.5 蛋白质-DNA特异性识别的模型99

4.5.1 普遍性结合可能是特异性识别的一个阶段99

4.5.2 DNA大沟内存在特异性识别的信息99

4.5.3 特异性识别中氨基酸与DNA碱基对的共平面100

4.5.4 氨基酸残基与碱基对之间形成氢键101

4.5.5 小沟的“二元码”识别102

4.6 非特异性DNA结合蛋白的结合102

4.6.2 α-螺旋结构式样对DNA非特异性识别103

4.6.3 DNA结合蛋白磷酸化的作用103

4.6.1 富含脯氨酸的肽链103

4.7 蛋白质与DNA的特异性结合的复合物104

4.7.1 DNA结合蛋白的二聚体104

4.7.2 含有HTH的复合物105

4.7.3 同源盒结构域的复合物107

4.7.4 锌指结构与DNA的结合107

4.7.5 亮氨酸拉链结构蛋白质与DNA的结合109

第五章 DNA的复制111

5.1 DNA复制的特点和几种主要方式111

5.1.1 DNA的半保留复制111

5.1.2 θ型复制111

5.1.3 滚环式复制113

5.1.4 D环复制114

5.1.5 复制的方向115

5.1.6 线性双链DNA的复制116

5.2 DNA复制有关的酶和蛋白质116

5.2.1 原核DNA聚合酶的种类117

5.2.2 DNA聚合酶Ⅰ的主要活性117

5.2.3 E.coli DNA聚合酶Ⅰ的结构和功能119

5.2.4 E.coli DNA聚合酶Ⅲ的性质119

5.2.5 引物酶和RNA聚合酶120

5.2.6 解螺旋酶121

5.2.9 DNA连接酶122

5.2.8 依赖于DNA的ATPase122

5.2.7 单链DNA结合蛋白(SSB)122

5.2.10 旋转酶123

5.3 DNA的复制起始点124

5.3.1 细菌的复制起始点124

5.3.2 真核染色体的复制起始点124

5.4 半不连续复制的机制125

5.4.1 半不连续复制125

5.4.2 E.coli双链复制的起始127

5.4.3 RNA引物129

5.4.4 复制体和回环模型129

5.4.5 线状DNA的复制131

5.5.1 单链环状噬菌体复制的三个阶段132

5.5 单链环状DNA噬菌体的复制132

5.5.2 从头开始的复制起始位点133

5.5.3 单链环状DNA复制由不同的酶合成引物133

5.5.4 φХ174引发复合体133

5.5.5 φΧ174RF型DNA复制(+)DNA137

5.6 真核生物DNA复制137

5.6.1 真核生物DNA聚合酶137

5.6.2 聚合酶的辅助蛋白139

5.6.3 SV40 DNA为代表的真核生物DNA复制的起始位点140

5.6.4 SV40 DNA的复制机制141

5.6.5 端聚酶143

5.7.1 DNA聚合酶的碱基选择作用144

5.7 DNA复制的真实性144

5.7.2 DNA聚合酶对底物的识别作用145

5.7.3 3＇→5＇外切活性的校正阅读145

5.7.4 影响DNA合成真实性的因素146

5.8 DNA复制的调控146

5.8.1 大肠杆菌染色体复制的调控146

5.8.2 质粒ColE DNA复制的调控146

5.8.3 真核DNA复制的三个调控点147

5.8.4 酵母染色体复制的调控147

第六章 基因的转录和转录后加工149

6.1 转录的概述149

6.1.1 基因的编码链和有意义链149

6.1.4 RNA合成的基本特性150

6.1.3 原核和真核生物基因转录的差异150

6.1.2 RNA聚合酶催化转录的三个阶段150

6.1.5 RNA合成的测定151

6.2 合成RNA的酶类151

6.2.1 原核生物RNA聚合酶151

6.2.2 真核生物RNA聚合酶152

6.3 原核生物基因的转录起始155

6.3.1 原核基因启动子的结构155

6.3.2 原核基因转录的起始159

6.4 原核RNA合成的延伸和终止163

6.4.1 RNA的延伸163

6.4.2 原核转录终止信号165

6.5 真核基因的调控区167

6.5.1 类型Ⅰ基因的调控区167

6.5.2 类型Ⅱ基因的调控区169

6.5.3 类型Ⅲ基因的调控区173

6.6 真核基因的转录因子175

6.6.1 RNA聚合酶Ⅱ的普遍性转录因子176

6.6.2 RNA聚合酶Ⅰ的转录因子177

6.6.3 RNA聚合酶Ⅲ的转录因子178

6.7 真核基因转录的起始和终止179

6.7.1 真核类型Ⅱ基因转录的起始179

6.7.2 真核基因转录的终止180

6.8.1 5＇帽子结构181

6.8 真核基因的转录产物及其加工181

6.8.2 mRNA的3＇端poly(A)化183

6.8.3 真核基因转录产物的剪接结构184

6.8.4 RNA的3种剪接方式185

6.8.5 Ⅰ型内含子的自我剪接186

6.8.6 Ⅱ型内含子的自我剪接187

6.8.7 蛋白质(酶)剪接的内含子--tRNA前体的剪接反应187

6.8.8 真核mRNA前体内含子的剪接反应188

6.8.9 RNA的编辑191

6.8.10 hnRNA的选择性加工192

7.1.1 原核mRNA的5＇端序列196

7.1.2 真核mRNA的5＇端结构196

7.1 mRNA的5＇端结构196

第七章 蛋白质的生物合成196

7.2 tRNA197

7.2.1 氨基酸活化形式的载体197

7.2.2 氨基酰-tRNA合成酶199

7.3 核糖体结构200

7.4 可溶性蛋白质因子202

7.4.1 E.coli的可溶性蛋白质因子202

7.4.2 真核的可溶性蛋白质因子202

7.5 原核生物蛋白质合成的过程203

7.5.1 肽链合成的起始203

7.5.2 肽链合成的延伸206

7.5.3 肽链合成的终止208

7.6.1 翻译起始的机制209

7.6 真核生物的蛋白质合成机制209

7.6.2 翻译的延伸和终止212

7.7 翻译的调控214

7.7.1 翻译装置组分的磷酸化与去磷酸化作用214

7.7.2 蛋白质生物合成的结构性调控215

7.7.3 稀有密码子的调控作用217

7.7.4 翻译中蛋白因子的调控217

7.8 新生肽的折叠219

7.8.1 折叠过程是动力学驱动过程219

7.8.2 折叠是个动态过程219

7.8.4 蛋白质折叠和分子伴侣220

7.8.3 蛋白质分子的结构域与折叠220

7.9 蛋白质的跨膜运输221

7.9.1 分泌蛋白和信号肽221

7.9.2 线粒体蛋白质的跨膜移位224

第八章 细胞的信号传递228

8.1 受体的概念228

8.1.1 细胞的信号分子228

8.1.2 受体及其类型229

8.2 G蛋白与跨膜信号传递230

8.2.1 G蛋白的结构特点230

8.2.2 G蛋白的作用原理232

8.2.4 G蛋白激活和抑制腺苷酸环化酶(ACase)233

8.2.3 G蛋白介导的信号传递系统233

8.2.5 G蛋白对磷脂酰肌代谢的影响234

8.2.6 G蛋白调节离子通道的功能235

8.3 酪氨酸蛋白激酶功能的受体235

8.3.1 酪氨酸蛋白激酶(TRK)236

8.3.2 生长因子受体TPK的一般特性236

8.3.3 RTK与信号跨膜传递237

8.3.4 胰岛素受体237

8.3.5 表皮生长因子受体239

8.4 甾体激素受体240

8.4.1 甾体激素受体超家族的组成241

8.4.2 甾体激素受体的结构域241

8.4.3 留体激素受体的作用机理243

8.4.4 糖皮质激素受体(GR)245

8.5 cANP信号传递系统246

8.5.1 cANP与腺苷酸环化酶(ACase)246

8.5.2 cAMP信号传递途径247

8.5.3 cANP的生物化学及分子生物学功能248

8.5.4 蛋白激酶A249

8.6 磷脂酰肌醇系统249

8.6.1 磷脂酰肌醇循环和信号分子的产生249

8.6.2 DG／PKC信号传递途径251

8.6.3 IPs／Ca++信号传递途径255

8.7.1 细胞内Ca++转移256

8.7 Ca++信使系统256

8.7.2 钙信号传递途径257

8.8 G蛋白介导的信号系统之间的相互作用258

8.9 蛋白质酪氨酸磷酸化与信号传递259

8.9.1 蛋白激酶和磷酸蛋白磷酸酶259

8.9.2 磷酸化／去磷酸化与细胞信号传递260

8.9.3 膜受体TPK的信号传递260

8.10 癌基因产物与信号传递263

8.10.1 癌基因的概念263

8.10.2 癌基因表达为生长因子样物质264

8.10.3 癌基因编码生长因子受体264

8.10.5 癌基因产物具有TPK的功能266

8.10.4 癌基因产物作为信号传递的转传器266

8.10.6 某些癌蛋白是一类DNA结合蛋白267

8.10.7 癌基因与信号传递267

第九章 原核生物基因表达的调控271

9.1 原核操纵子调控的概述271

9.1.1 诱导和阻遏271

9.1.2 调控的效应物271

9.1.3 正调控和负调控272

9.2 乳糖操纵子(lac)的转录调控273

9.2.1 乳糖操纵子的结构273

9.2.2 lac负调控模型274

9.2.3 调节基因Ⅰ的产物275

9.2.5 操纵基因lacO的结构277

9.2.4 操纵基因lacO是顺式作用元件277

9.2.6 阻遏蛋白与操纵基因的相互作用279

9.2.7 lacP-O区结构和阻遏蛋白阻塞RNA聚合酶280

9.2.8 阻遏蛋白脱离开操纵基因280

9.2.10 操纵子受(CAP)正调控282

9.2.11 CAP结合位点283

9.2.12 CAP结合与lac转录起始的关系284

9.3 色氨酸操纵子(trp)的转录调控285

9.3.1 色氨酸操纵子的结构285

9.3.2 色氨酸操纵子是个负调控系统285

9.3.3 色氨酸操纵子的前导序列287

9.3.4 前导序列的二级结构衰减子的构象288

9.3.5 衰减效应的机理289

9.3.6 其它氨基酸饥饿对trp衰减子的作用290

9.3.7 原核生物中衰减作用的普遍性290

9.4 原核基因表达的时序291

9.4.1 σ因子控制的转录时序291

9.4.2 T7通过RNA聚合酶控制时序表达293

9.4.3 λ通过新的蛋白因子调节时序表达295

9.4.4 λ噬菌体转录的调控298

9.5 翻译水平上的调控304

9.5.1 核糖体蛋白质合成起始的调控304

9.5.2 终止因子RF2翻译的自身调控307

9.5.5 反义RNA的调控作用308

9.5.3 多顺反子各个基因表达相对数量的调控308

9.5.4 稀有密码子的调控作用308

第十章 真核生物基因表达的调控311

10.1 真核基因表达调控的特点311

10.2 活性染色质和基因的转录312

10.2.1 转录活性染色质中核小体的构建312

10.2.2 某些调控因子阻止核小体的抑制作用314

10.2.3 上游调控因子对核小体模板的激活作用316

10.2.4 基因转录后核小体结构和组分的变化316

10.2.5 DNA转录时的“双元结构域”316

10.2.6 活性染色质上DNase敏感性结构域317

10.2.7 DNA上DnaseⅠ高敏感性和超敏感性318

10.2.8 非组蛋白HMG319

10.2.9 基因表达与DNA的甲基化作用321

10.2.10 CG岛322

10.3 转录的顺式作用元件322

10.3.1 真核基因转录调控区的3个层次322

10.3.2 真核类型Ⅱ基因的顺式作用元件323

10.3.3 RNA聚合酶Ⅰ转录调控区329

10.3.4 RNA聚合酶Ⅲ转录调控区330

10.3.5 真核基因组内重复序列的调控元件331

10.4.1 真核基因转录调控因子的类型333

10.4.2 转录因子的结构式样333

10.4.3 类型Ⅰ基因的转录调控因子335

10.4.4 类型Ⅲ基因的转录调控因子336

10.4.5 类型Ⅱ基因的转录调控因子338

10.5 类型Ⅱ基因转录因子与顺式元件的相互作用349

10.5.1 转录因子的作用规律349

10.5.2 TFID介导形成转录前起始复合物350

10.5.3 TATA框和上游调控元件的相互作用351

10.5.4 转录调控因子控制着基因的表达352

10.5.5 转录活化结构域的转录激活活性353

10.6 真核基因转录的调控机制356

10.6.1 转录复合物的某些特点356

10.6.2 转录前起始复合物的装配356

10.6.3 真核基因受活化因子和阻遏因子作用的模型357

10.6.4 真核基因转录的正调控359

10.6.5 真核基因转录的负调控361

10.6.6 转录调控因子活化结构域的作用机理363

10.6.7 基因特异性转录调控因子的作用机理366

10.6.8 调控因子在基因调控区构成三维的拼盘模块368

10.6.9 真核基因特异性表达的模式370

10.6.10 细胞特异性基因表达的调控373

10.6.11 组织特异性基因表达的调控376

10.7 细胞周期的调控378

10.7.1 P34cdc2和cyclin对真核细胞周期的调控378

10.7.2 生长因子与细胞周期调控380