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绪论1

一、分子生物学与药学分子生物学1

二、分子生物学发展的回顾1

三、分子生物学和现代医药科学2

第一章 遗传物质的分子结构、性质和功能5

第一节 核酸是遗传物质5

一、核酸的种类和分布5

二、核酸是遗传物质5

第二节 核酸的结构6

一、DNA的结构6

（一）DNA的一级结构6

（二）DNA一级结构与种属的差异6

（三）DNA的二级结构—双螺旋模型6

（四）DNA的三级结构7

（五）DNA的拓扑结构7

（六）DNA的四级结构8

二、RNA的结构8

第三节 核酸的功能8

一、DNA的功能及基因治疗8

二、RNA的功能10

（一）hnRNA和mRNA的功能10

（二）tRNA的功能10

（三）rRNA的功能11

（四）snRNA、scRNA、iRNA、gRNA11

（五）端粒酶RNA、Ribozyme11

第四节 核酸的变性、复性和杂交12

一、核酸的变性12

二、核酸的复性13

三、核酸的杂交与应用13

（一）Southern印迹14

（二）Northern印迹14

（三）Western印迹14

（四）原位杂交14

四、生物芯片—基因芯片15

（一）基因芯片的概念15

（二）基因芯片的主要类型15

（三）基因芯片的杂交及检测15

（四）基因芯片的应用15

第五节 病毒核酸16

一、病毒的基本概念16

二、病毒核酸的一般特征16

三、DNA病毒的核酸结构17

四、RNA病毒的核酸结构17

第六节 反义核酸18

一、反义核酸概述18

二、反义技术19

（一）反义DNA19

（二）反义RNA20

（三）肽核酸20

三、反义核酸应用20

第二章 染色质、染色体、基因和基因组22

第一节 染色质和染色体22

一、染色质和染色体的形态22

（一）染色质22

（二）染色体25

二、染色质和染色体的化学成分及组成26

（一）脱氧核糖核酸26

（二）组蛋白27

（三）非组蛋白27

（四）核糖核酸28

（五）酶28

三、染色质和染色体的功能28

（一）染色体在遗传中的作用29

（二）组蛋白和非组蛋白的磷酸化34

（三）组蛋白和非组蛋白的转录调控36

第二节 基因37

一、基因生物学定义37

二、基因的分子生物学定义39

三、基因功能40

四、原核生物基因特征41

五、真核生物基因特征42

（一）基因不连续性42

（二）基因家族43

（三）重复基因结构44

六、细胞器基因46

七、亚细胞结构基因特征48

八、原核和真核细胞中基因和顺反子的关系49

第三节 基因组50

一、基因组定义50

二、基因组的结构特点51

（一）原核生物基因组结构51

（二）真核生物基因组结构51

（三）线粒体基因组结构52

（四）叶绿体基因组结构52

（五）细胞器基因组结构52

三、基因组的染色体倍数性和数目53

四、遗传图谱、物理图谱、基因图谱53

（一）遗传图谱53

（二）物理图谱55

（三）基因图谱56

五、人类基因组56

（一）人类基因组定义56

（二）人类基因组计划研究的意义56

（三）人类基因组计划研究的内容56

（四）人类基因组的多态性与基因组药学58

（五）后基因组研究计划59

（六）人类基因组的生物信息在药物研究中的应用60

第三章 可移动的遗传因子（转座子）和染色体外遗传因子61

第一节 转座子61

一、转座子的分类和结构特征61

二、转座子机制62

（一）转座中复制子融合形成共合体62

（二）转座子的复制过程63

（三）转座作用模型（Ⅰ）63

（四）转座作用模型（Ⅱ）63

三、转座效应63

四、原核生物和真核生物的转座子66

（一）原核生物的转座子66

（二）真核生物的转座子68

五、逆转录病毒和逆转录转座子71

第二节 质粒72

一、质粒遗传学类型72

二、质粒DNA特性72

（一）质粒的复制72

（二）质粒的不相容性73

（三）质粒的转移性75

（四）质粒中的选择性标记75

三、特殊细菌质粒76

（一）F质粒—性质粒76

（二）R质粒—耐药性质粒76

（三）Col质粒—大肠杆菌质粒76

四、真核生物中的质粒77

第三节 遗传重组78

一、同源重组79

二、位点特异性重组85

三、遗传重组在分子生物学中的应用90

第四章 DNA的复制、突变、损伤和修复93

第一节 DNA的复制93

一、DNA复制的一般特征93

（一）半保留复制、复制子、复制叉、双向复制93

（二）DNA复制的酶系97

（三）DNA的复制过程99

二、原核生物的DNA复制100

（一）大肠杆菌基因组复制的起始101

（二）大肠杆菌基因组复制的终止103

三、真核生物的DNA复制103

（一）真核细胞DNA复制的起始点103

（二）真核细胞DNA复制的过程104

（三）真核细胞DNA复制的终止105

（四）真核细胞端粒复制过程中的核小体结构108

四、线粒体DNA复制108

（一）线粒体DNA结构108

（二）线粒体DNA复制过程109

（三）线粒体基因与疾病110

五、噬菌体和病毒DNA的复制112

（一）单链环状DNA的复制112

（二）线状DNA的复制114

（三）逆转录病毒119

第二节 基因突变125

一、突变概念和类型125

（一）突变概念125

（二）突变类型125

二、突变原因127

（一）自发突变127

（二）诱发突变128

（三）基因的人工诱变133

（四）适应性突变135

三、突变体的分离与分析135

第三节 DNA的修复系统139

一、复制修复139

二、损伤修复142

三、复制后修复143

四、限制与修饰145

五、DNA损伤修复系统与疾病145

第五章 转录、转录后加工146

第一节 转录的基本原理146

一、基本概念146

二、转录与复制的异同146

第二节 DNA指导下的RNA聚合酶147

一、原核生物RNA聚合酶147

二、真核生物RNA聚合酶148

第三节 与转录起始和终止有关的DNA结构148

一、原核生物启动子和终止子148

（一）启动子结构149

（二）终止子结构151

二、真核生物启动子152

（一）RNA聚合酶Ⅰ的启动子152

（二）RNA聚合酶Ⅱ的启动子152

（三）RNA聚合酶Ⅲ的启动子154

三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异154

第四节 原核生物和真核生物转录及抑制剂155

一、原核生物转录的起始155

二、原核生物转录的延长156

三、原核生物转录的终止和新合成RNA链的释放157

（一）依赖于ρ因子的终止157

（二）不依赖于ρ因子的终止158

四、真核生物的转录158

五、RNA生物合成抑制剂159

第五节 转录后加工过程及其机制160

一、mRNA的前体加工160

（一）5′端加帽161

（二）3′末端的产生和多聚腺苷酸化161

（三）mRNA的甲基化162

二、rRNA的前体加工162

三、tRNA的前体加工163

四、RNA的剪接和RNA催化活性164

（一）第Ⅰ类内含子和第Ⅱ类内含子的自我剪接特征165

（二）rRNA的自我剪接166

（三）RNA的催化功能167

（四）tRNA的剪接167

（五）mRNA的自我剪接168

（六）顺式和反式剪接170

五、RNA编辑170

第六章 蛋白质生物合成—翻译173

第一节 遗传密码173

一、遗传密码及密码的破译173

二、遗传密码的性质176

（一）遗传密码的简并性和摆动性176

（二）遗传密码的通用性177

（三）遗传密码的偏爱性177

（四）线粒体密码177

三、阅读框架178

第二节 蛋白质的生物合成179

一、生物合成的模板mRNA179

（一）原核生物mRNA的特点179

（二）真核生物mRNA的特点180

二、蛋白质生物合成的场所—核糖体180

（一）核糖体RNA181

（二）核糖体蛋白质182

三、蛋白质生物合成的机制184

（一）合成元件—tRNA、rRNA和蛋白质因子184

（二）合成过程—起始、延伸、终止186

四、蛋白质生物合成的调节194

（一）阅读框架的漂移、重叠和5′-AUG的作用194

（二）翻译错误194

（三）poly（A）尾196

（四）蛋白质生物合成的阻断剂196

第三节 蛋白质转运201

一、蛋白质分泌运输的细胞学过程201

二、蛋白质转运理论201

（一）信号肽假设202

（二）导肽假设204

（三）分子伴侣205

三、原核和真核生物的蛋白质跨膜运输207

（一）分泌蛋白的运输207

（二）细胞质膜蛋白的类型和转运207

（三）内质网膜蛋白的转运208

（四）溶酶体蛋白的转运209

（五）线粒体蛋白的转运209

（六）核蛋白的转运210

第四节 蛋白质合成后的折叠与修饰加工211

一、蛋白质合成后的正确折叠是其行使功能的基础211

二、翻译后修饰对功能蛋白质产物的重要性212

三、二硫键的形成和正确配对212

四、N端fMet或Met的切除213

五、前体加工213

六、剪切和剪接214

（一）剪切214

（二）剪接214

七、化学编辑215

（一）化学编辑概况215

（二）蛋白质的糖基化215

第五节 功能蛋白质研究进展219

一、蛋白质工程的概念及技术路线219

（一）蛋白质工程研究的一般规律220

（二）蛋白质工程和基因诱变220

二、蛋白质的功能域及其模拟肽221

（一）功能蛋白质结构特点221

（二）噬菌体表面展示肽库—随机多肽文库222

（三）噬菌体抗原决定簇文库224

三、蛋白质组学和药物蛋白质组学224

（一）后基因组时代和蛋白质组学224

（二）药物蛋白质组学226

第七章 基因表达的调控227

第一节 概述227

一、基因表达调控的元件和作用方式227

二、原核生物与真核生物的基因调控策略228

第二节 原核生物的基因表达调控229

一、乳糖操纵子230

（一）乳糖操纵子的结构与功能230

（二）乳糖操纵子的负调控和正调控232

（三）乳糖操纵子调控区的突变效应232

二、色氨酸操纵子233

（一）色氨酸操纵子的结构与功能233

（二）色氨酸操纵子的阻遏调节系统233

三、转录水平调控234

（一）RNA聚合酶的转录起始调控235

（二）转录终止的调控241

四、翻译水平调控243

（一）翻译起始的调控243

（二）翻译延伸的调控248

（三）翻译水平的终止调控249

五、链霉菌的基因表达调控系统254

（一）调控元件254

（二）链霉菌基因转录水平上的调控255

第三节 真核生物的基因表达调控257

一、染色体重排的调控258

（一）酵母结合型的转变258

（二）结合型转变的模型259

（三）MATa和MATa基因编码的调节蛋白260

二、染色质水平的调控262

（一）活性染色质262

（二）组蛋白的修饰264

三、DNA水平的调控264

（一）基因的丢失、扩增与重排264

（二）DNA的甲基化和去甲基化268

四、转录水平的调控270

（一）顺式作用元件271

（二）反式作用因子273

五、转录起始与加工调节278

六、翻译水平的调控279

（一）5′UTR结构与翻译起始调控279

（二）蛋白因子磷酸化与翻译起始调控280

（三）3′UTR结构与mRNA稳定性调控281

（四）蛋白质的加工成熟283

第八章 基因工程及其在医药工业中的应用285

第一节 基因工程的诞生、原理和发展285

第二节 基因工程相关的酶学287

一、核酸限制性内切酶与DNA分子体外切割288

（一）宿主控制的限制与修饰现象—细菌自我保护机制288

（二）核酸内切酶的命名与类型289

（三）Ⅱ型核酸限制性内切酶的基本特性290

二、DNA连接酶293

（一）大肠杆菌DNA连接酶293

（二）T4DNA连接酶293

三、聚合酶293

（一）大肠杆菌DNA聚合酶I（E.colipolI）294

（二）Klenow聚合酶294

（三）T4噬菌体DNA多聚酶294

（四）经修饰的T7噬菌体DNA聚合酶（测序酶）294

（五）TaqDNA聚合酶295

（六）逆转录酶295

四、DNA和RNA的修饰酶295

（一）末端脱氧核苷酸转移酶与同聚物加尾295

（二）T4多核苷酸激酶与DNA分子5′末端标记296

（三）碱性磷酸酶与DNA脱磷酸作用296

五、核酸酶296

（一）核酸酶S1与RNA分子定位296

（二）BAL31核酸酶与确定限制位点296

（三）外切核酸酶Ⅲ297

（四）脱氧核糖核酸酶I297

（五）核糖核酸酶A297

第三节 基因工程的载体297

一、大肠杆菌载体298

（一）克隆载体298

（二）穿梭载体303

（三）表达载体303

二、真核细胞载体307

（一）哺乳动物细胞的病毒载体307

（二）酵母载体308

（三）杆状病毒载体310

第四节 目的基因制备和常用分离方法310

一、基因克隆和分离的基本步骤310

（一）选择含目的基因实验材料的原则310

（二）选择合适的载体制备目的DNA片段并克隆311

（三）选择合适的检测方法筛选目的基因311

二、人工合成311

（一）DNA的化学合成过程312

（二）化学合成寡聚核苷酸可通过以下几种方法连接成完整的基因312

（三）化学合成寡聚核苷酸的应用313

（四）采用化学酶促相结合的办法313

（五）人工合成基因的基本程序313

（六）人工合成基因的局限性314

三、基因文库构建（限制性内切酶法）314

（一）原核生物的目的基因直接分离314

（二）鸟枪法克隆基因314

（三）真核生物基因文库的建立315

四、cDNA文库构建（逆转录法）315

（一）构建理想的cDNA文库需要考虑的因素316

（二）构建cDNA文库的步骤317

五、PCR法318

（一）基本原理319

（二）PCR反应控制要点320

（三）PCR扩增的应用321

（四）PCR分类322

第五节 载体DNA与目的基因的连接322

一、DNA分子间连接策略322

（一）粘性末端DNA片段连接323

（二）平末端DNA片段连接324

（三）粘平末端DNA片段间连接326

二、影响目的基因与载体之间连接效率的因素326

（一）DNA片段间的连接方式326

（二）目的基因与载体DNA的浓度和比例326

（三）连接温度与时间327

（四）其他因素327

第六节 重组分子引入受体细胞328

一、重组DNA导入大肠杆菌329

（一）氯化钙转化法329

（二）转染法330

二、抗生素生物合成基因引入链霉菌载体宿主系统330

（一）抗生素生物合成基因引入的途径330

（二）链霉菌的宿主转化系统331

三、酵母菌转化332

（一）完整细胞转化法332

（二）原生质体转化法333

四、重组DNA导入哺乳动物细胞333

（一）显微注射法333

（二）DNA－磷酸钙转染法333

（三）DEAE葡聚糖转染法333

（四）阳性脂质体及其介导的基因转染334

（五）电穿孔法334

（六）病毒感染法334

第七节 重组体的鉴定和分析335

一、生物学方法335

（一）表型筛选法335

（二）噬菌斑形成筛选法335

（三）遗传互补法—利用遗传选择标记筛选哺乳动物转基因细胞335

（四）利用报告基因筛选植物转化细胞335

二、核酸分子杂交法336

（一）菌落原位杂交336

（二）DNA印迹分析336

（三）RNA印迹分析336

（四）斑点印迹杂交和狭线印迹杂交336

三、免疫分析筛选336

四、限制性内切酶图谱的鉴定337

五、双脱氧终止法测序（Sanger法）337

第八节 克隆基因在大肠杆菌中表达策略339

一、真核基因在原核细胞中表达的特点339

二、影响外源基因在大肠杆菌中高效表达的因素340

（一）优化构建表达载体340

（二）影响转录水平的调控340

（三）影响翻译水平的因素341

（四）影响蛋白质水平的因素343

（五）其他因素343

三、真核基因在大肠杆菌中的表达类型343

（一）融合蛋白的表达343

（二）非融合蛋白的表达344

（三）蛋白分泌型表达344

四、表达蛋白提取、纯化和鉴定345

（一）提取345

（二）纯化346

（三）真核基因在大肠杆菌中表达产物的检测与鉴定346

第九节 克隆目的基因在酵母中表达347

一、常用宿主347

二、酵母表达载体特点347

三、在酵母中高效表达外源基因的策略348

四、酵母表达系统的应用348

第十节 重组原核微生物生产药物349

一、生产小分子药物349

（一）重组合成维生素C349

（二）重组合成抗生素350

二、生产蛋白类药物351

三、基因工程疫苗355

（一）乙肝病毒的结构355

（二）乙肝表面抗原的巴斯德毕赤酵母重组菌的构建356

参考文献358