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第1章 中心法则的补充和发展1

1.1 中心法则的要点及其面临的挑战1

1.1.1 中心法则的提出1

1.1.2 20世纪70年代后的补充1

1.1.3 20世纪90年代面临的新挑战2

1.1.4 全面认识RNA生物功能的多样性和重要性2

1.1.5 表观效应可以遗传3

1.2 以蛋白质为模板的肽链合成5

1.2.1 合成短杆菌肽S的多酶体系5

1.2.2 以多酶体系为模板合成GS的步骤6

1.2.3 以非核糖体合成酶为模板合成Surfactin短肽的过程7

1.3 朊病毒的繁殖与复制模型9

1.3.1 朊病毒的性质9

1.3.2 两种不同类型的prp10

1.3.3 prpsc的繁殖与复制11

1.4 蛋白质的自剪接14

1.4.1 蛋白质的内含子和外显子14

1.4.2 蛋白质自剪接机制15

1.5 新生肽的折叠16

1.5.1 新生肽折叠研究中的新观点16

1.5.2 帮助新生肽折叠的蛋白质——分子伴侣17

1.5.3 分子内分子伴侣19

思考题20

主要参考文献21

第2章 人类基因组计划与基因组工业的崛起22

2.1 人类基因组计划的提出及其意义22

2.1.1 基因和基因组22

2.1.2 人类基因组计划的建立22

2.2 人类基因组计划的内容23

2.2.1 人类基因组计划的研究目标23

2.2.2 人类基因组计划的技术路线23

2.3 人类基因组计划的作图24

2.3.1 遗传作图24

2.3.2 物理作图24

2.4 人类基因组计划的测序25

2.4.1 测序策略25

2.4.2 测序技术26

2.5 人类基因组计划的信息处理26

2.5.1 建立和发展数据库26

2.5.2 建立和发展相应的软件27

2.6 人类基因组计划研究进展28

2.6.1 酿酒酵母基因组的DNA序列28

2.6.2 大肠杆菌基因组的DNA序列30

2.6.3 秀丽新小杆线虫基因组的DNA序列34

2.6.4 果蝇基因组的DNA序列36

2.6.5 人类22号染色体的DNA序列39

2.6.6 人类21号染色体的DNA序列42

2.6.7 人类20号染色体的DNA序列47

2.6.8 水稻（籼稻）基因组的DNA序列47

2.6.9 拟南芥基因组的DNA序列47

2.7 我国人类基因组研究计划47

2.8 人类基因组计划推动了基因组工业的崛起48

2.9 人类基因组计划的实施带动了新学科的产生和发展49

思考题49

主要参考文献50

第3章 基因组学51

3.1 基因组学的提出及其任务51

3.2 结构基因组学51

3.2.1 基因组作图52

3.2.2 序列分析53

3.2.3 基因组分析53

3.3 功能基因组学55

3.3.1 功能基因组学的提出55

3.3.2 功能基因组的研究方法55

3.4 比较基因组学56

3.4.1 比较基因组学的任务56

3.4.2 比较基因组学的研究方法58

3.5 药物基因组学59

3.5.1 个体对药物不同反应的遗传背景研究60

3.5.2 为药物设计和筛选提供依据60

3.6 基因组研究推动了现代生物医药业的第三次浪潮61

3.6.1 现代生物医药业概况61

3.6.2 生物医药的三次浪潮61

思考题62

主要参考文献62

第4章 蛋白质组学64

4.1 蛋白质组学的产生64

4.2 蛋白质组及蛋白质组学的概念64

4.3 高通量mRNA表达分析技术65

4.4 双向凝胶电泳66

4.4.1 双向凝胶电泳（2-DE）原理67

4.4.2 图像分析与数据库构建68

4.5 生物质谱技术69

4.5.1 种类及其原理69

4.5.2 肽质量指纹谱鉴定技术（PMF）71

4.5.3 肽序列标签串联质谱技术（PST）72

4.5.4 翻译后修饰蛋白质的鉴定72

4.6 蛋白质组数据库72

4.7 蛋白质芯片技术73

4.8 分析蛋白质-蛋白质相互作用的酵母双杂交系统73

4.8.1 酵母双杂交系统的基本原理73

4.8.2 酵母双杂交系统的改进74

4.9 蛋白质组研究进展75

4.9.1 病毒蛋白质组研究75

4.9.2 细菌蛋白质组研究76

4.9.3 酿酒酵母蛋白质组研究76

4.9.4 多细胞生物蛋白质组研究78

思考题80

主要参考文献80

第5章 迅速发展中的转录组学和代谢组学82

5.1 转录组学82

5.1.1 转录物的多样性82

5.1.2 转录组及转录组学的含义83

5.1.3 转录组学研究的方法83

5.2 代谢组学85

5.2.1 代谢组学的定义和研究任务85

5.2.2 代谢组学的研究方法86

5.2.3 代谢网络和数据库87

思考题88

主要参考文献88

第6章 生物信息学90

6.1 生物信息学及其产生的背景90

6.2 发现编码蛋白的新基因91

6.3 寻找蛋白质家族新成员及预测二级结构93

6.4 用EST分析推导全长蛋白质编码序列94

6.5 分子系统发育分析95

6.5.1 距离法96

6.5.2 最大简约法96

6.5.3 最大似然法96

6.5.4 分子系统树检验97

6.5.5 分子系统发育分析软件97

6.6 生物信息学的公用数据库97

6.6.1 序列数据库97

6.6.2 数据库的电子邮件检索99

6.6.3 怎样向数据库发送核酸序列数据100

6.7 生物信息学的分析工具102

6.7.1 序列相似性查询软件102

6.7.2 预测蛋白质结构的软件103

6.8 生物信息学的应用105

6.8.1 基因组分析和蛋白质组分析方面105

6.8.2 生物芯片方面105

6.8.3 药物开发方面106

6.8.4 遗传流行病学方面106

思考题106

主要参考文献107

第7章 分子生物学技术进展108

7.1 PCR技术的进展108

7.1.1 PCR技术是分子生物方法学上的一次革命108

7.1.2 实时定量PCR109

7.1.3 快速扩增cDNA末端111

7.1.4 芯片PCR技术112

7.1.5 固相PCR113

7.1.6 电子PCR114

7.1.7 快循环PCR114

7.1.8 滚环DNA扩增115

7.1.9 LAPCR（long and accurate PCR）技术116

7.1.10 乳胶PCR117

7.2 DNA序列分析技术新进展118

7.2.1 Pyrosequencing技术118

7.2.2 在微微升反应系统中对Mycoplasma genitalium基因组序列分析119

7.2.3 一种快速非电泳DNA序列分析细菌基因组技术121

7.2.4 一种检测人类全基因组SNP基因型的序列分析技术122

7.3 结合微流（Microfluidics）技术开创分子生物技术新篇章123

7.3.1 什么是Microfluidics123

7.3.2 微流技术用于分离和培养细胞124

7.3.3 微流技术用于PCR126

7.3.4 微流技术用于凝胶电泳126

7.3.5 微流技术用于DNA合成127

7.3.6 微流技术和微阵列128

7.3.7 微流技术与药物开发128

7.4 DNA芯片技术的原理及应用129

7.4.1 什么是DNA芯片129

7.4.2 DNA芯片的两种形式129

7.4.3 制备Format Ⅰ芯片129

7.4.4 制备Format Ⅱ芯片130

7.4.5 靶DNA与探针杂交及荧光标记检测131

7.4.6 DNA芯片技术的应用132

7.5 蛋白质芯片技术原理及应用133

7.5.1 什么是蛋白质芯片133

7.5.2 蛋白质芯片的制备134

7.5.3 靶蛋白与捕捉分子结合情况的检测134

7.5.4 蛋白质芯片的应用135

7.6 基因表达连续分析技术136

7.7 DNA shuffling技术136

7.7.1 DNA shuffling技术原理138

7.7.2 DNA shuffling操作步骤138

7.7.3 DNA shuffling效果138

7.8 噬菌体表面呈现技术139

7.8.1 噬菌体表面呈现技术原理及操作步骤139

7.8.2 噬菌体表面呈现技术的应用140

7.9 遗传分子标记技术研究进展141

7.9.1 限制性片段长度多态性（RFLP）标记141

7.9.2 随机扩增多态性DNA标记145

7.9.3 AFLP标记146

7.9.4 微卫星多态性标记147

7.9.5 单链构象多态性标记149

7.9.6 单核苷酸多态性（SNP）标记151

7.9.7 SCAR标记153

7.9.8 CAPs标记154

7.9.9 STS和EST154

7.10 RNA干扰技术的研发155

7.10.1 什么是RNA干扰技术155

7.10.2 RNA干扰技术的机制155

7.10.3 RNA干扰技术的应用157

7.10.4 miRNA158

7.11 蛋白质转导技术160

7.11.1 蛋白质转导160

7.11.2 蛋白质转导结构域161

7.11.3 蛋白质转导的应用潜力162

7.12 纳米技术在生命科学中的应用162

7.12.1 生物制药中的应用162

7.12.2 生物组织工程中的应用163

7.12.3 开发新型荧光生物标记163

思考题164

主要参考文献164

第8章 基因工程研究进展167

8.1 转基因植物167

8.1.1 转基因植物的目的基因168

8.1.2 分离、鉴定和修饰目的基因170

8.1.3 转化方法172

8.1.4 转化细胞的筛选及转基因植物的鉴定174

8.1.5 提高外源基因表达的研究176

8.1.6 植物反应器制药178

8.1.7 转基因植物的安全性178

8.2 转基因动物179

8.2.1 转基因动物的技术原理及发展179

8.2.2 转基因动物乳腺反应器制药业的兴起182

8.3 克隆动物及其意义184

8.3.1 克隆动物研究简史185

8.3.2 克隆动物的技术186

8.3.3 体细胞核移植进展187

8.4 基因治疗188

8.4.1 基因转移技术189

8.4.2 基因转移的受体细胞191

8.4.3 外源基因的靶向表达191

8.4.4 肿瘤基因治疗的策略192

8.4.5 基因治疗研究进展193

8.5 生物制药产业的发展195

思考题196

主要参考文献196

第9章 免疫分子生物学198

9.1 免疫的概念和基础知识198

9.1.1 免疫的现代概念及功能198

9.1.2 免疫反应的特征198

9.1.3 免疫器官和淋巴组织200

9.1.4 免疫细胞201

9.1.5 克隆选择假说202

9.2 免疫的分子生物学204

9.2.1 免疫球蛋白的分子结构205

9.2.2 免疫球蛋白的基因结构206

9.2.3 免疫球蛋白基因重排与DNA的多样性208

9.2.4 免疫球蛋白基因表达212

9.2.5 T细胞抗原受体（TCR）基因表达214

9.2.6 主要组织相容性复合体216

9.2.7 MHC的细胞特异性表达及发育调控217

9.3 杂交瘤单克隆抗体技术221

9.3.1 杂交瘤单克隆抗体技术的理论基础221

9.3.2 杂交瘤单克隆抗体技术223

9.3.3 单克隆抗体的应用224

9.4 基因工程抗体与抗体库技术224

9.4.1 反转录PCR（RT-PCR）克隆Ig可变区基因225

9.4.2 鼠-人嵌合体的构建226

9.4.3 单链抗体226

9.4.4 噬菌体抗体库技术227

思考题229

主要参考文献229

第10章 发育分子生物学230

10.1 生物的个体发育230

10.1.1 发育的概念230

10.1.2 生殖细胞和受精230

10.1.3 早期胚胎发生230

10.1.4 发育中基因活动的理论232

10.1.5 同源转换区基因与同源域蛋白232

10.2 细胞周期的调控236

10.2.1 细胞周期及其调控体系236

10.2.2 周期蛋白237

10.2.3 周期蛋白依赖性蛋白激酶（Cdk）237

10.3 细胞程序性死亡238

10.3.1 细胞凋亡与细胞坏死238

10.3.2 细胞凋亡的生物学意义239

10.3.3 细胞凋亡的机制240

10.3.4 细胞凋亡与疾病242

10.4 细胞的信号传导244

10.4.1 酪氨酸激酶途径246

10.4.2 G蛋白耦联的信号传递途径249

10.5 干细胞研究进展251

10.5.1 什么是人的胚胎干细胞251

10.5.2 人胚胎干细胞研究进展252

10.5.3 成体干细胞概念的变化252

10.5.4 成体干细胞的鉴别与分离纯化253

10.5.5 成体干细胞向多种功能细胞的诱导分化254

10.5.6 成体干细胞的应用前景255

10.6 个体发育的调控256

10.6.1 果蝇的发育依赖于大量转录调节因子的级联反应256

10.6.2 在早期胚胎发育中母体效应基因的产物形成轴性梯度257

10.6.3 背-腹轴发育利用特定的受体-配体相互作用258

10.6.4 决定体节发育的基因调节259

10.6.5 果蝇同源转换区基因复合座与发育调控260

思考题261

主要参考文献261

第11章 神经生物学262

11.1 细胞神经生物学262

11.1.1 神经元的功能结构262

11.1.2 神经纤维兴奋的产生及其传导的机制263

11.1.3 突触的结构、类型以及突触传递机制264

11.1.4 神经胶质细胞266

11.2 分子神经生物学268

11.2.1 神经递质、调质、神经内分泌268

11.2.2 神经生长因子及营养因子269

11.2.3 神经活动过程中c-fos/c-jun基因表达的研究270

11.2.4 离子通道273

11.3 泛脑网络学说276

11.3.1 泛脑层次与泛脑关系276

11.3.2 泛脑网络学说的意义279

思考题280

主要参考文献280

第12章 癌基因的分子生物学282

12.1 细胞转化282

12.2 癌基因282

12.2.1 原癌基因的发现282

12.2.2 反转录病毒癌基因的起源283

12.2.3 原癌基因编码的蛋白质种类284

12.2.4 原癌基因与蛋白激酶的关系285

12.2.5 原癌基因与信号转导系统的关系285

12.2.6 原癌基因和生长因子的关系286

12.2.7 原癌基因和转录因子的关系286

12.3 抑癌基因287

12.3.1 p53287

12.3.2 p21289

12.3.3 p19ARF、p16INK4a、pRb290

12.4 癌变理论290

12.4.1 增强子插入模型290

12.4.2 转座子模型291

12.4.3 基因突变说292

12.4.4 癌基因的两阶段作用学说292

12.4.5 癌基因的表观遗传学293

12.5 肿瘤抗原294

12.6 肿瘤治疗297

思考题297

主要参考文献297

第13章 病毒的分子生物学299

13.1 艾滋病毒的分子生物学299

13.1.1 艾滋病毒的致病性299

13.1.2 HIV病毒的结构302

13.1.3 HIV的生活周期305

13.1.4 HIV-Ⅰ基因的表达调控310

13.1.5 HIV预防与治疗315

13.2 SARS冠状病毒的研究317

13.2.1 冠状病毒的形态结构318

13.2.2 冠状病毒RNA基因组318

13.2.3 SARS病毒蛋白质组320

13.2.4 SARS病毒的检测321

13.2.5 SARS病的疫苗和治疗药物322

13.3 丙型肝炎病毒（HCV）的研究322

13.3.1 HCV基因组的结构与功能322

13.3.2 HCV的致病性、检测和治疗324

13.4 禽流感病毒的研究325

13.4.1 AIV的形态与结构326

13.4.2 AIV的致病机理327

13.4.3 AIV的诊断与防治328

思考题328

主要参考文献329

第14章 环境生物学330

14.1 环境生物学概述330

14.1.1 环境生物学的定义330

14.1.2 环境生物学的研究内容330

14.1.3 环境生物学的形成与发展330

14.2 环境污染物在生态系统中的行为331

14.2.1 环境污染源和污染物331

14.2.2 污染物在环境中的迁移、转化和生物放大332

14.2.3 污染物的群落与生态系统效应333

14.3 环境监测与评价的生物学方法335

14.3.1 生物监测335

14.3.2 危害性与风险评价337

14.4 环境污染的生物净化与降解338

14.4.1 水污染的生物防治338

14.4.2 大气污染的生物防治342

14.4.3 土壤污染的生物治理342

14.4.4 固体废弃物的生物处理343

14.4.5 基因工程在环境污染生物处理中的应用343

14.5 生物资源的保护344

14.5.1 自然资源过度开发344

14.5.2 生物多样性保护347

思考题348

主要参考文献348

第15章 生物进化研究349

15.1 向进化论挑战的寒武纪生物大暴发349

15.1.1 困扰达尔文的寒武纪生物群大暴发之谜349

15.1.2 我国澄江生物群寒武纪大暴发的确证350

15.1.3 寒武纪大暴发成因的推测352

15.1.4 进化论在化石记录中面对的主要难题353

15.2 黑格尔“重演论”虚伪性的被揭露354

15.2.1 黑格尔“重演论”的依据354

15.2.2 黑格尔“重演论”依据的虚伪性355

15.3 关于生命起源的探索356

15.3.1 “先有蛋白质”之说357

15.3.2 “先有核酸”之说358

思考题359

主要参考文献359

第二版后记361

第一版后记362