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第1章 绪论1

1.1　基因与基因工程1

1.1.1　基因的概念1

1.1.2　基因工程与生物工程的关系3

1.2　基因工程的操作和应用4

1.2.1　基因工程的操作流程4

1.2.2　基因工程的应用4

思考题10

第2章　生物大分子12

2.1　核酸的结构与性质12

2.1.1　核苷酸12

2.1.2　DNA的结构12

2.1.3　RNA的结构15

2.1.4　核酸的性质17

2.2　蛋白质的结构和性质18

2.2.1　蛋白质的一级结构18

2.2.2　蛋白质的二级结构19

2.2.3　蛋白质的三级结构21

2.2.4　蛋白质的性质21

2.3　基因的组织22

2.3.1　原核生物基因的结构22

2.3.2　真核生物基因的结构23

2.4　大分子间的信息传导25

2.4.1　DNA的复制25

2.4.2　遗传信息的转录26

2.4.3　RNA的翻译30

思考题35

第3章　基因工程的工具酶36

3.1　限制性核酸内切酶36

3.1.1　寄主的限制和修饰现象36

3.1.2 限制性核酸内切酶的类型38

3.1.3　限制性核酸内切酶的命名44

3.1.4　影响限制性核酸内切酶活性的因素45

3.1.5 限制性核酸内切酶对DNA的消化作用47

3.1.6　限制性核酸内切酶反应的终止48

3.2　DNA修饰酶49

3.2.1　核酸酶49

3.2.2　聚合酶50

3.2.3　修饰DNA分子末端的酶51

3.3　DNA连接酶53

3.3.1 大肠杆菌和T4噬菌体的DNA连接酶53

3.3.2　影响连接反应的因素55

思考题56

第4章 目的基因的获得58

4.1 从基因组DNA中获得目的基因58

4.1.1　碱抽提法提取DNA58

4.1.2　层析法获得细胞总RNA62

4.1.3　核酸的定量和纯度测定63

4.2　从基因文库中筛选目的基因68

4.2.1　基因组文库的构建68

4.2.2　cDNA文库的构建70

4.3　化学法合成目的基因76

4.3.1　磷酸二酯法76

4.3.2　亚磷酸三酯法78

4.3.3　寡核苷酸的连接79

4.4　通过PCR获得目的基因79

思考题79

第5章　基因扩增81

5.1 PCR技术81

5.1.1 PCR技术的发明81

5.1.2　PCR技术的原理82

5.1.3　PCR技术的特点84

5.2　聚合酶链式反应的最适条件85

5.2.1 Taq DNA聚合酶85

5.2.2　引物90

5.2.3　模板92

5.2.4 dNTP93

5.2.5　Mg2+浓度94

5.2.6　PCR系统中的其他成分94

5.2.7 PCR的热循环计划94

5.3　聚合酶链式反应技术的应用96

5.3.1　基因克隆96

5.3.2　反向PCR与染色体步移97

5.3.3　不对称PCR与DNA序列测定98

5.3.4　RT-PCR与RNA分析99

5.3.5　基因的体外诱变与突变的检测101

5.3.6　基因组的比较研究101

思考题102

第6章　基因的体外重组103

6.1　基因克隆策略103

6.2　克隆载体104

6.2.1　质粒载体104

6.2.2　噬菌体载体120

6.2.3　柯斯质粒载体136

6.2.4　人工染色体载体141

6.3　DNA的连接141

6.3.1 DNA片段在体内和体外的连接——粘性末端的连接141

6.3.2　平齐末端的连接143

思考题147

第7章　基因的转移与重组体的检测148

7.1　重组体向寄主细胞的导人148

7.1.1　重组体DNA分子的转化或转染149

7.1.2　λDNA的体外包装151

7.1.3　体外包装的λ噬菌体的转导153

7.2　重组体克隆的筛选与鉴定155

7.2.1　遗传检测法155

7.2.2　物理检测法161

7.2.3　核酸杂交筛选法162

7.2.4　免疫化学检测法165

7.2.5　DNA-蛋白质筛选法170

7.2.6　转译筛选法171

思考题174

第8章　克隆基因的表达176

8.1　外源基因在原核细胞中的表达176

8.1.1　原核生物基因表达的特点177

8.1.2　基因表达的调控序列178

8.1.3　几种类型的原核表达载体184

8.1.4　提高克隆基因表达效率的途径187

8.2　外源基因在真核细胞中的表达197

8.2.1　真核细胞基因克隆载体197

8.2.2　哺乳动物基因转移的选择标记206

8.2.3　外源基因导入真核细胞的方法208

思考题213

第9章　酵母的基因工程215

9.1　酵母基因的克隆215

9.1.1　穿梭质粒215

9.1.2 利用大肠杆菌突变互补法克隆酵母生物合成基因217

9.1.3　用简单的互补法克隆酵母基因219

9.2　以酵母为材料对真核生物功能的研究221

9.2.1　酵母的同源重组221

9.2.2　酵母基因与高等生物基因具有相似的信号途径225

9.2.3　用酵母遗传实验解答某些生化难题228

9.2.4　用酵母遗传分析鉴别和研究高等生物基因231

思考题232

第10章　植物的基因工程233

10.1　再生植株233

10.1.1　植物在遗传工程方面的优缺点233

10.1.2　原生质体再生植株234

10.1.3　叶盘再生植株236

10.2　植物基因转移的途径237

10.2.1　土壤农癌杆菌的Ti质粒引起冠瘿瘤237

10.2.2　Ti质粒的T-DNA部分转移至植物细胞238

10.2.3　T-DNA经过改造后作为基因载体239

10.2.4　用报告基因证明转移基因在植物组织中的表达244

10.2.5　病毒作为植物基因转移的载体245

10.2.6　用基因枪和电击法将DNA转移入植物细胞246

10.2.7　用DNA包裹的粒子轰击可产生转基因细胞器248

10.3　植物基因的表达250

10.3.1　植物表达抗感染的病毒外壳蛋白250

10.3.2　植物表达微生物毒素以阻止昆虫蚕食252

10.3.3　抗除草剂植物254

10.3.4　转基因花卉植物256

10.3.5　利用转基因植物生产有重要价值的蛋白质256

思考题257

第11章 哺乳动物细胞的基因工程与转基因动物259

11.1　哺乳动物细胞的基因转移259

11.1.1　永久性细胞系的建立与基因转移259

11.1.2　哺乳动物细胞的选择性标记259

11.1.3　磷酸钙共沉淀与病毒粒子的基因转移261

11.1.4　应用于特殊细胞类型的转染方法265

11.1.5　用病毒载体将外源DNA引入细胞266

11.1.6　外源DNA在转染入细胞后的瞬时表达267

11.1.7　利用基因扩增使蛋白质高水平表达270

11.1.8　利用COS细胞使蛋白质高水平表达271

11.1.9 牛痘病毒和杆状病毒用于蛋白质的高水平表达272

11.1.10　基因的长期稳定表达275

11.2　转基因小鼠277

11.2.1　转基因小鼠的微注射途径277

11.2.2　转基因小鼠的胚胎干细胞途径279

11.2.3　转基因的组织特异性表达281

11.2.4　转基因小鼠的应用282

11.3　转基因家畜285

11.3.1 重组牛生长激素促进动物泌乳和改善饲料利用率285

11.3.2　转基因家畜286

11.3.3　用转基因动物生产药物蛋白287

11.3.4　通过转基因表达病毒外壳蛋白以保护家畜免受病毒感染289

思考题289

第12章　基因工程与药物蛋白生产291

12.1　利用基因工程技术生产胰岛素和生长激素291

12.1.1　生产重组蛋白的表达系统291

12.1.2　重组人胰岛素的生产292

12.1.3　重组人生长激素的生产293

12.2　利用基因工程技术生产疫苗和其他复杂蛋白质295

12.2.1　乙型肝炎病毒疫苗的生产295

12.2.2　用哺乳动物细胞大规模生产人的复杂蛋白质297

12.3　利用基因工程技术生产抗体298

12.3.1　单克隆抗体298

12.3.2　对识别特异性抗原的抗体直接克隆和选择300

12.3.3　单克隆抗体的人源化301

12.3.4　蛋白质工程使抗体具有特殊用途303

思考题303

第13章　遗传检测与基因治疗304

13.1　基因诊断304

13.1.1　基因诊断的特点和对象304

13.1.2　基因诊断技术305

13.1.3　基因诊断的应用示例308

13.2　基因治疗311

13.2.1　基因治疗的发展过程及基本策略311

13.2.2　反义核酸技术与基因治疗313

13.2.3　RNA干扰与基因治疗316

13.2.4　核酶与基因治疗318

13.3　基因图谱323

13.3.1　RFLP图谱324

13.3.2　RAPD图谱326

13.3.3 AFLP图谱330

13.3.4　SSR图谱333

思考题336

第14章　基因工程与社会伦理道德337

14.1　基因工程与宗教信仰和非政府组织的冲突337

14.2　基因工程在医学领域的伦理道德问题338

14.3　基因工程技术本身的社会伦理道德问题339

14.3.1　转基因食品的安全问题339

14.3.2　转基因的环境安全问题340

14.3.3　克隆技术的安全问题341

14.3.4　基因工程的其他社会和伦理道德问题342

思考题342

参考文献343