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第一篇 导言3

1 细胞和细胞研究概述3

细胞的起源和进化4

始祖细胞4

代谢的进化6

现代的原核细胞8

真核细胞8

真核细胞的起源9

多细胞有机体的发生12

细胞的实验模型16

大肠杆菌16

酵母菌17

秀丽新小杆线虫18

黑尾果蝇18

拟南芥19

脊椎动物19

细胞生物学的研究工具21

光学显微镜21

电子显微镜28

亚细胞组分分离30

培养动物细胞的生长33

植物细胞培养36

病毒37

重点实验：动物细胞培养34

分子医学：病毒和癌症37

小结和关键词39

问题41

参考文献和推荐读物42

2 细胞的组分43

细胞的组成分子43

糖类44

脂类46

核酸49

蛋白质52

细胞膜58

膜脂类58

膜蛋白60

跨细胞膜转运63

蛋白质组学：细胞蛋白质的大规模分析64

细胞蛋白质的识别65

蛋白质定位的总体分析67

蛋白质相互反应68

重点实验：多肽链的折叠54

重点实验：细胞膜的结构60

小结和关键词70

问题71

参考文献和推荐读物71

3 细胞代谢73

酶在生物催化中的关键作用73

酶的催化活性73

酶催化作用的机制74

辅酶76

酶活性的调节作用79

代谢能81

自由能和ATP81

ATP产生于葡萄糖84

来自其他有机分子的能量89

光合作用89

细胞成分的生物合成91

糖类92

脂类93

蛋白质94

核酸96

分子医学：苯丙酮酸尿97

重点实验：抗代谢药物和化疗98

小结和关键词99

问题100

参考文献和推荐读物101

4 分子生物学基础103

遗传、基因和DNA103

基因和染色体104

基因和酶105

DNA作为遗传物质的识别107

DNA的结构108

DNA的复制109

基因信息的表达110

基因和蛋白质的共线性111

信使RNA的作用112

遗传密码113

RNA病毒和反转录115

重组体DNA118

限制性内切核酸酶118

重组体DNA分子的产生120

重组DNA的载体121

DNA测序124

克隆基因的表达124

核酸和蛋白质的监测127

用聚合酶链反应扩增DNA128

核酸杂交130

作为蛋白质探针的抗体133

真核细胞中的基因功能136

酵母的遗传分析136

植物和动物的基因转移137

克隆DNAs的突变作用140

将突变导入细胞基因141

细胞基因表达的干扰143

重点实验：DNA前病毒假说116

重点实验：RNA干扰146

小结和关键词148

问题150

参考文献和推荐读物150

第二篇 遗传信息的传递150

5 细胞基因组的结构和序列155

真核细胞基因组的复杂性155

内含子和外显子157

重复DNA序列161

基因复制和假基因164

高等真核生物基因组的组成165

染色体和染色质166

染色质166

着丝粒170

端粒174

全基因组序列176

原核生物基因组177

酵母基因组178

线虫、果蝇和其他无脊椎动物基因组180

植物基因组182

人类基因组184

其他脊椎动物基因组188

生物信息学和系统生物学191

基因功能的系统筛查191

基因表达的调控192

个体差异和基因组医学194

重点实验：内含子的发现158

重点实验：人类基因组186

小结和关键词195

问题198

参考文献和推荐读物198

6 基因组DNA的复制、维持和重排201

DNA复制201

DNA聚合酶202

复制叉203

复制的忠实性210

复制的起源和起始211

端粒和端粒酶：维护染色体末端214

DNA修复216

DNA损伤的直接恢复216

切除修复219

跨损伤DNA合成224

双链断裂的修复226

同源DNA序列间的重组227

同源重组模型228

参与同源重组的酶类229

DNA重排233

位点特异性重组234

经DNA中间体的易位240

经RNA中间体的易位242

基因扩增245

分子医学：结肠癌和DNA修复225

重点实验：免疫球蛋白基因的重排236

小结和关键词247

问题249

参考文献和推荐读物249

7 RNA合成和加工251

原核细胞中的转录251

RNA聚合酶和转录252

转录阻遏物和负调控256

转录的正调控258

真核细胞RNA聚合酶和通用转录因子258

真核细胞RNA聚合酶259

通用转录因子和RNA聚合酶Ⅱ的转录起始259

RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的转录263

真核细胞转录的调控265

顺式作用调控序列：启动子和增强子265

转录因子结合位点269

转录调控蛋白270

转录激活因子的结构和功能273

真核细胞阻遏物276

延伸的调节278

染色质结构与转录的关系278

非编码RNA的转录调节285

DNA甲基化286

RNA加工和更新287

核糖体和转运RNA的加工288

真核细胞中mRNA的加工290

剪接机制293

可变剪接298

RNA校正300

RNA降解301

重点实验：真核细胞转录因子的分离272

重点实验：snRNP的发现294

小结和关键词303

问题305

参考文献和推荐读物306

8 蛋白质合成、加工和调节309

mRNA的翻译309

转移RNA310

核糖体311

mRNA的结构和翻译的起始317

翻译的加工程序318

翻译的调节323

蛋白质折叠和加工329

伴侣蛋白和蛋白质折叠330

催化蛋白质折叠的酶类332

蛋白质剪切333

糖基化作用335

脂类的附着337

蛋白质功能的调节340

小分子物质的调节340

蛋白质磷酸化341

蛋白质之间的相互作用343

蛋白质降解345

泛素-蛋白酶体途径345

溶酶体的蛋白降解348

重点实验：核糖体RNA的催化作用316

重点实验：蛋白质-酪氨酸激酶的发现344

小结和关键词349

问题351

参考文献和推荐读物351

第三篇 细胞结构和功能351

9 细胞核355

核被膜和细胞核与细胞质间的运输355

核被膜的结构356

核孔复合物360

蛋白质出入的选择性转运361

核蛋白质进入的调节367

RNAs的转运368

细胞核的内部结构369

染色体和高序染色质结构370

核内的亚组分372

核仁和rRNA加工374

核糖体RNA基因和核仁的结构375

rRNA的转录和加工376

核糖体组装378

分子医学：核纤层疾病358

重点实验：核定位信号的识别362

小结和关键词379

问题381

参考文献和推荐读物381

10 蛋白质分选和运输：内质网、高尔基体和溶酶体383

内质网383

内质网和蛋白质分泌384

蛋白质靶向内质网386

蛋白质插入ER膜391

蛋白质折叠与在ER的加工396

ER中的质量控制398

光滑ER和脂质合成402

蛋白质和脂质从ER的外运405

高尔基体408

高尔基体的结构408

高尔基体内的蛋白质糖基化410

高尔基体中的脂质和多糖代谢412

高尔基体的蛋白质分选和外输413

小泡运输的机制416

小泡运输的实验研究416

负荷选择、包被蛋白和小泡芽生418

小泡融合420

溶酶体423

溶酶体酸性水解酶423

内吞作用和溶酶体形成426

吞噬作用和自噬426

重点实验：信号学说388

分子医学：戈谢病425

小结和关键词429

问题431

参考文献和推荐读物431

11 生物能学和代谢：线粒体、叶绿体和过氧化物酶体433

线粒体433

线粒体的结构和功能434

线粒体的遗传系统435

蛋白质进入和线粒体组装437

氧化磷酸化的机制445

电子传递链445

化学渗透耦连446

代谢物跨内膜的运输450

叶绿体和其他质体452

叶绿体的结构和功能451

叶绿体基因组454

叶绿体蛋白质的输入和分选455

其他质体457

光合作用459

通过光合系统Ⅰ和Ⅱ的电子传递460

循环电子流463

ATP合成464

过氧化物酶体464

过氧化物酶体的功能465

过氧化物酶体的组装467

分子医学：线粒体疾病：莱伯遗传性视神经病438

重点实验：化学渗透理论448

小结和关键词469

问题471

参考文献和推荐读物471

12 细胞骨架和细胞运动473

肌动蛋白纤丝的结构和组织474

肌动蛋白纤丝的组装和去组装474

肌动蛋白纤丝的组织479

肌动蛋白纤丝与质膜的联系481

细胞表面的突起485

肌动蛋白、肌球蛋白和细胞运动487

肌肉收缩487

非肌肉细胞中肌动蛋白和肌球蛋白的收缩性组装492

非肌肉细胞的肌球蛋白493

突起形成和细胞运动494

中间丝496

中间丝蛋白496

中间丝的组装498

中间丝的细胞内组织499

角蛋白和神经丝的功能：皮肤和神经系统疾病501

微管504

微管的结构和动力学组织504

微管的组装507

细胞内微管的组织509

微管马达和运动511

微管蛋白的识别511

负荷运输和细胞内组织515

纤毛和鞭毛516

有丝分裂期间微管的重组织519

染色体运动520

重点实验：突变体角蛋白表达引起皮肤发育异常502

重点实验：驱动蛋白的分离512

小结和关键词522

问题525

参考文献和推荐读物525

13 质膜529

质膜的结构529

磷脂双层529

膜蛋白533

膜蛋白的流动538

糖萼540

小分子运输540

被动弥散541

促进性弥散和载体蛋白542

离子通道544

ATP水解作用导致的主动运输551

离子梯度导致的主动运输555

内吞作用557

吞噬作用557

受体介导的内吞作用558

内吞作用中的蛋白质运输563

分子医学：囊性纤丝化554

重点实验：LDL受体560

小结和关键词567

问题568

参考文献和推荐读物568

14 细胞壁、细胞外基质和细胞相互作用571

细胞壁571

细菌细胞壁571

真核生物细胞壁572

细胞外基质和细胞-基质相互作用577

基质结构性蛋白质578

基质多糖581

基质黏着蛋白质582

细胞-基质相互作用583

细胞间相互作用587

黏着连接587

紧密连接590

间歇连接591

胞间连丝595

重点实验：整合蛋白的特性鉴定584

分子医学：间歇连接疾病594

小结和关键词596

问题598

参考文献和推荐读物598

第四篇 细胞调节598

15 细胞信号传导603

信号传导分子及其受体603

细胞间信号传递的模式604

甾类激素与核受体超家族605

氧化氮与一氧化碳607

神经递质608

肽激素和生长因子609

廿烷类610

植物激素612

细胞表面受体的功能613

G蛋白耦连受体613

受体蛋白-酪氨酸激酶615

细胞因子受体和非受体蛋白-酪氨酸激酶620

与其他酶活性相联系的受体620

细胞内信号转导的途径621

cAMP途径：第二信使和蛋白质磷酸化作用622

环鸟苷酸cGMP624

磷脂和Ca2+625

PI3-激酶／Akt和mTOR途径628

MAP激酶途径630

JAK/STAT和TGF-β/Smad途径636

NF-κB信号传导637

Hedgehog,Wnt和Notch途径638

信号转导和细胞骨架641

整合素和信号转导641

肌动蛋白细胞骨架的调节642

信号传导网络644

反馈和分子对话644

细胞信号转导的网络646

重点实验：G蛋白耦连受体和气味检测616

分子医学：癌信号转导和ras癌基因633

小结和关键词647

问题650

参考文献和推荐读物650

16 细胞周期653

真核细胞细胞周期653

细胞周期时相654

细胞生物和细胞外信号对细胞周期的调节作用655

细胞周期检控点657

限制DNA复制于每一个细胞周期659

细胞周期进程的调节659

蛋白质激酶和细胞周期调节659

细胞周期蛋白家族和细胞周期蛋白依赖激酶664

生长因子和G1 Cdk's的调节667

DNA损伤检控点670

M期的事件672

有丝分裂各时期672

Cdk1／周期蛋白B和进展至分裂中期675

纺锤体组装检控点和进展至分裂后期678

胞质分裂680

减数分裂和受精681

减数分裂过程681

卵母细胞减数分裂的调节684

受精687

重点实验：MPF的发现660

重点实验：细胞周期蛋白的识别663

小结和关键词688

问题690

参考文献和推荐读物691

17 细胞死亡和细胞更新693

程序性细胞死亡693

细胞凋亡的事件694

胱天蛋白酶：细胞凋亡的执行者697

细胞凋亡的主要调节者：Bcl-2家族699

调节细胞凋亡的信号传导途径701

程序性细胞死亡的其他途径705

干细胞和成体组织的维持705

分化细胞的增殖706

干细胞708

成体干细胞的医学应用713

胚胎干细胞和治疗性克隆714

胚胎干细胞716

体细胞核移植718

诱导多能干细胞719

重点实验：程序性细胞死亡所需基因的识别696

重点实验：胚胎干细胞培养715

小结和关键词720

问题722

参考文献和推荐读物722

18 癌症725

癌症的发生和原因725

癌症的分类725

癌症的发生发展727

癌症的原因729

癌细胞的特性730

培养细胞的转化734

肿瘤病毒735

乙型和丙型肝炎病毒735

SV40和多瘤病毒736

乳头瘤病毒737

腺病毒737

疱疹病毒738

反转录病毒738

癌基因739

反转录病毒癌基因739

原癌基因740

人类肿瘤中的癌基因743

癌基因产物的功能747

肿瘤抑制基因752

肿瘤抑制基因的识别752

肿瘤抑制基因的功能756

癌基因和肿瘤抑制基因在肿瘤发生中的作用759

肿瘤治疗的分子途径761

预防和早期检测761

分子诊断762

治疗743

重点实验：原癌基因的发现742

分子医学：Imatinib：靶向bcr/abl癌基因的癌症治疗766

小结和关键词767

问题769

参考文献和推荐读物770

问题解答773

词汇783

索引799