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CHAPTER 1基础遗传学1

遗传学之父——孟德尔2

基因决定生化途径的每一步3

突变是来自於基因的改变4

表现型与基因型5

染色体为一含有基因的细长分子6

不同的生物体具有不同数目的染色体8

显性及隐性的对偶基因10

部分显性、共同显性、穿透性及修饰基因11

来自父母双方的基因由於有性生殖而产生混合13

性别的决定与特性16

在遗传时邻近基因是互相关联17

减数分裂的重组是为了确保基因的多变性18

大肠杆菌是研究细菌基因的模组20

CHAPTER 2细胞与生物体25

生命是什么？26

生命体由细胞组成27

活细胞的主要特质28

原核细胞缺少细胞核31

真细菌和古细菌在基因上是不同的32

细菌可用来做细胞功能的基础研究33

大肠杆菌为细菌的主要系统36

大自然中哪里可找到细菌？37

部分细菌引起感染性疾病，但大部分是有益的38

真核细胞内部可分为数个区间38

真核细胞的多变性41

真核细胞具有两个基本细胞系统41

生物体的分类41

研究中广泛使用的生物体45

酵母菌广泛用来研究单一真核细胞45

线虫与果蝇用来研究多细胞动物47

斑马鱼用来研究脊椎动物发育48

老鼠与人类49

阿拉伯芥可做为植物系统50

单倍体、双倍体与真核细胞的细胞周期50

病毒并非活细胞51

细菌病毒感染细菌53

常见的人类病毒疾病53

多种亚细胞基因实体55

CHAPTER 3 DNA、RNA和蛋白质59

核酸分子带著基因讯息60

核酸的化学结构60

DNA和RNA各有四个硷基62

核苷是由硷基与糖组成：核苷酸是由核苷加上磷酸而成63

两条DNA形成双股螺旋64

硷基配对的稳定利用氢键的形成66

双股螺旋的互补性解释遗传学的迷思69

染色体的组成69

中心理论列出基因讯息的流向72

核糖体判读基因密码75

基因密码指示蛋白质的胺基酸序列76

各种的RNA具有不同的功能78

蛋白质由胺基酸组成来执行许多细胞的功能80

蛋白质的结构有四种层级81

蛋白质各具有不同的功能83

CHAPTER 4基因、基因体与DNA87

DNA为遗传物质的历史回溯88

维持生命需要多少的基因讯息才足够90

非编码DNA90

非编码DNA序列中也可能存在编码DNA93

重复序列的DNA是较高等生物的特性94

卫星DNA是非编码DNA以重复序列出现96

迷你卫星DNA与VNTR97

自私DNA与垃圾DNA的起源98

回文、倒转重复序列、茎状与环状结构100

多个A-tracts造成DNA弯曲102

超螺旋在细菌DNA的包装上是必要的102

拓朴酶和DNA促旋酶104

锁形与打结的DNA必须被校正105

局部的超螺旋105

超螺旋影响DNA的结构107

DNA的另类螺旋结构107

真核细胞的组蛋白包装DNA110

真核细胞更进一步的DNA包装112

高温使得DNA双股分开：冷却使它们结合115

CHAPTER 5细胞分裂与DNA复制121

细胞分裂和繁殖不一定相同122

DNA复制发生在复制叉上，是一种两阶段的过程123

超螺旋引起复制的问题124

双股分离在DNA合成之前126

DNA聚合酶的特性127

核苷酸的聚合128

供应DNA合成的前驱物质128

DNA聚合酶延长DNA单股130

复制叉是复杂的133

DNA间断的合成需要一个引发体的蛋白复合体134

延迟股的完成136

染色体复制起始於oriC137

DNA甲基化和附著到细胞膜可以控制复制初始139

染色体复制结束在terC141

松开子代染色体142

在染色体复制后才发生细菌细胞分裂143

细菌花了多少时间进行复制143

复制子的概念145

在真核细胞中复制直线状DNA147

真核细胞染色体有多个的复制起始点150

真核细胞DNA复制150

高等生物体的细胞分裂152

CHAPTER 6基因转录作用155

基因藉由制造RNA而表现156

染色体上的短片段可转变成遗传讯息157

词汇：顺反子、编码序列、开放读取框架158

基因的起始序列是如何被辨识的？159

遗传讯息的大量制造161

RNA聚合酶知道应该在何处停止163

细胞如何知道哪些基因需要被启动表现？167

启动子如何被活化？168

抑制子的作用导致了转录的负向调控作用169

许多调控蛋白可与小分子结合并因此改变形状170

真核生物的转录作用较为复杂172

真核生物的rRNA与tRNA的转录作用173

真核生物中带有蛋白质编码基因的转录作用176

上游因子可增加RNA聚合酶Ⅱ的效能179

增强子可从远端调控转录作用181

CHAPTER 7蛋白质的结构与功能183

胺基酸组成蛋白质184

多胜性肽链的形成184

二十种胺基酸组成多胜肽链186

胺基酸拥有α碳的不对称性188

蛋白质在有机体中有四种层级的结构189

蛋白质藉由氢键形成二级结构190

蛋白质的三级结构193

维持蛋白质3-D结构的多种作用力196

半胱胺酸形成双硫键197

大分子蛋白质中的多摺叠功能区域197

蛋白质的四级结构199

较高程度的组装与自行组装200

辅助因子和金属离子通常帮助相关的蛋白质200

核酸蛋白、脂蛋白和糖蛋白都是复合蛋白质204

蛋白质提供许多细胞功能205

蛋白质机器209

酵素催化代谢反应209

酵素有多样的专一性211

锁钥模型和诱使适合的模型描述酵素与受质的结合213

酵素根据其受质来命名和分类214

酵素可以降低活化能215

酵素的反应速率216

受质类似物和酵素抑制剂作用於酵素的活化区217

酵素也可以直接被调节219

异位酵素受讯息分子所影响220

酵素藉由化学修饰来调控223

蛋白质以多种不同的路径与去氧核糖核酸（DNA）结合224

蛋白质的变性228

CHAPTER 8蛋白质的合成233

蛋白质的合成过程是有计画的执行234

蛋白质为基因的产物234

基因密码的解译235

tRNA会扭转成三叶形，并摺叠成L型236

存在於tRNA的修饰硷基238

某些tRNA能识别超过一个以上的密码子238

tRNA如何进行充电240

核糖体：细胞的遗传讯息解码机242

三种可能的读取框架245

起始密码子的选择246

起始复合物在转译前必须先行组合248

tRNA在多肽链延长过程中在核糖体的三个结合位置250

释放因子可终止蛋白质合成251

数个核糖体可以同时读取同一条mRNA上面的遗传讯息252

细菌的单一mRNA分子即可以编译数种蛋白质253

细菌内的转录与转译作用是同时进行254

转译过程中作用延滞的核糖体及状况的解除255

真核细胞与原核细胞合成蛋白质的差异256

真核细胞如何开始进行蛋白质合成258

细胞能在当资源缺乏时暂停蛋白质的合成258

被输出至细胞外的蛋白质具有一段特殊的讯号序列261

伴侣素能监控蛋白质摺叠的正确性262

粒线体与叶绿体内的蛋白质合成264

转位酶负责将蛋白质运送至粒线体与叶绿体内265

误译导致蛋白质的合成错误266

基因密码并非总是通用266

罕见胺基酸透过转译后修饰机制产生267

硒胺酸：第21种胺基酸268

吡咯赖胺酸：第22个胺基酸269

多数的抗生素的作用是透过抑制蛋白质合成270

蛋白质的降解271

CHAPTER 9原核生物转录的调控277

基因调控确认生理反应278

转录层次的调控涉及数个步骤279

原核生物替代的sigma因子辨识不同的基因组281

原核生物的热休克sigma因子受温度调节282

杆菌孢子形成时发生的替代sigma因子阶梯284

抗-sigma因子使sigma不活化：抗-抗-sigma因子释放sigma使它能发挥作用286

活化子与抑制子参与正向及负向调控287

基因调控的操作组模型288

某些蛋白质可以同时做为抑制子及活化子291

讯号分子的性质294

活化子与抑制子可以被共价性地修饰296

二元调节系统297

磷酸重置系统（Phosphorelay Systems）299

特异的与全面的调节300

Crp蛋白质是全面性调控蛋白的一个例子300

附属因子与拟核结合蛋白质301

在远处的作用与DNA套环化303

抗-终止做为一种调控机制304

CHAPTER 10真核细胞转录的调控309

真核细胞转录的调控远比原核细胞的调控复杂310

特定的转录因子可调控能转译成蛋白质的基因311

中介子复合物可将讯息传递到RNA聚合酶311

增强子与绝缘子序列将不同功能的DNA区隔开312

矩阵的连结部位允许DNA形成环状315

真核细胞具有转录的负向调控315

异染色质使得真核细胞DNA难以被接近317

真核细胞的DNA甲基化可调控基因表现321

基因的静默可由DNA甲基化而引起323

真核细胞基因的印痕以DNA甲基化为基础324

X-染色体的不活化发生在雌性××动物326

CHAPTER 11 RNA层次上的调控331

RNA层次上的调控332

蛋白质结合mRNA控制其分解速率332

某些mRNA分子在转译前必须先切割333

某些调控蛋白可以导致转译抑制335

某些调控蛋白可以导致转译活化337

转译可以受到反义RNA调控339

核糖体改变进行转译调控341

RNA干扰（RNAi）342

RNA干扰的放大及扩散344

实验中使用小片段干扰RNA （siRNA）345

植物的后转录基因静默与真菌的基因压制作用346

微小RNA：一类小型调控RNA347

前驱物终止作用导致RNA转录的衰减作用349

核糖开关——RNA可以直接做为调控机制351

CHAPTER 12核糖核酸（RNA）的修饰355

核糖核酸（RNA）产生过程需经过数种修饰356

编码及非编码之RNA357

核糖体核糖核酸（rRNA）及转运核糖核酸（tRNA）之产生过程358

真核细胞讯息核糖核酸（mRNA）包含一帽盖及一尾部359

成帽反应为讯息核糖核酸（mRNA）成熟之第一步骤360

多重聚腺嘌吟尾（poly（A） tail）会被加在真核细胞讯息核糖核酸（mRNA）362

内含子会经由剪接过程由RNA中移除363

不同类型的内含子有不同的剪接机制367

选择性剪接可产生多种形式的RNA370

内蛋白子及蛋白质的剪接373

核糖体核糖核酸（rRNA）硷基的修饰需要导引核糖核酸（guide RNA）378

RNA的编辑包含了硷基序列的改变379

RNA需由细胞核转运出383

讯息核糖核酸（mRNA）的降解384

无意义序列的存在能中介讯息核糖核酸（mRNA）的衰退386

CHAPTER 13突变391

改变DNA序列的突变392

突变的主要分类393

硷基替换的突变394

误义突变的影响可大可小395

无义突变会使胜肽链提早终止398

删除突变会造成蛋白质变短或消失399

插入突变常会干扰原有基因400

框架位移突变有时会造成不正常蛋白质401

DNA的重排包含了倒转、移位及重复402

相位变异是因为可回复的DNA变化所造成的404

静默突变并不会改变表现型406

化学致变剂会损害DNA407

辐射会造成突变410

自发突变可能是由於DNA聚合酶的错误所造成的411

突变可能是因为配对错误及重组所造成412

自发突变可能是互变异构作用的结果413

自发突变可能是由於遗传的化学不稳定性所造成415

突变发生在热点的频率更高418

突变有多常发生？418

回复突变是使表现型回复成野生型的遗传基因改变420

回复突变可因其他基因的补偿性改变而发生422

转移RNA所造成的解码改变可能会造成抑制423

致变性化合物可以经由回复突变来侦测425

突变株分离实验426

生体外与生体内致突变作用427

定点突变429

CHAPTER 14重组与修复433

重组作用总览434

同源重组的分子机制435

单股入侵及chi位438

位置专一性重组439

高等生物的重组作用443

DNA修复总览444

DNA的错误配对修复系统445

一般切除修复系统449

切除特定的硷基来修复DNA450

特化的DNA修复机制451

光活化作用切除胸腺嘧啶二元体453

伴随转录的修复作用454

重组作用的修复456

细菌的SOS错误倾向修复457

真核生物的修复458

真核生物的双股修复459

基因转换461

CHAPTER 15移动DNA465

细胞中的遗传因子可以被视为是基因生物466

大部分的移动DNA是由转位因子所组成466

转位子的必要组成468

插入序列——最简单的转位子469

藉由保留转位移动471

复杂转位子藉由复制转位移动472

保留转位及复制转位是相关的475

复合转位子478

转位可能会重排宿主DNA479

较高等生物中的转位子480

反转录因子会制造一个RNA复本484

哺乳类动物中的重复DNA486

宿主衍生DNA的反转录插入487

反子转码产生细菌的反转录酶487

各类转位因子489

噬菌体Mu是转位子491

接合转位子491

嵌入子帮转位子收集基因494

垃圾DNA与自私DNA495

返巢内含子496

CHAPTER 16质体501

质体做为一个复制子502

质体的一般特性503

质体家族和不相容性505

质体偶尔是直线状或是RNA的形式505

质体DNA以两种不同的方法进行复制507

以反股RNA对复本数的控制510

质体瘾和寄主杀害作用511

许多质体帮助它们的寄主细胞514

抗-抗生素的质体515

抗生素抗药性的机制516

乙内醯胺（Beta-lactam）抗生素的抗药性517

对氯霉素的抗药性518

对胺基糖苷的抗药性519

对四环霉素的抗药性520

对磺胺和三甲氧二胺嘧啶的抗药性521

质体可能提供侵略的特质523

大部分大肠杆菌素以两种不同机制中的一种进行杀害作用524

细菌对自己的大肠杆菌素产生免疫525

大肠杆菌素的合成和释放526

毒力质体527

Ti质体可以从细菌转移到植物528

酵母菌的2μ质体531

某些DNA分子的行为像病毒或质体532

CHAPTER 17病毒535

病毒是一种具有遗传物质的传染性微生物536

病毒的生活史538

细菌病毒即所谓的「噬菌体」541

潜溶期或潜伏期543

各种病毒544

小型的单股DNA细菌病毒546

复杂的双股DNA细菌病毒548

高等生物DNA病毒549

RNA病毒基因体仅携带极少数的基因550

细菌RNA病毒552

动物双股RNA病毒553

单股RNA病毒可合成「聚合蛋白质」553

单股 RNA病毒的策略554

植物RNA病毒555

反转录病毒可灵活使用DNA和RNA556

反转录病毒基因体561

次级病毒传染物561

卫星病毒561

类病毒是一种具感染力的裸露RNA分子564

普立子是一种具感染力的蛋白质566

CHAPTER 18细菌遗传571

繁殖与基因转移572

外来DNA进入菌体后的结果573

转型是由裸露的DNA片段进行转移575

转型是DNA为遗传物质的证明576

自然界中的转型578

病毒的基因转移——转导579

一般化的转导580

特化的转导581

细菌间质体的转移583

染色体基因转移需要质体的插入585

格兰氏阳性菌间的基因转移588

古细菌的遗传591

全基因体的定序593

CHAPTER 19低等真核生物之多样性597

真核生物起源於共生598

粒线体与叶绿体的基因体600

一级内共生与二级内共生600

疟原虫是植物吗？603

共生：寄生及互利共生605

杀手型草履虫的内共生菌605

布赫纳氏菌是胞器还是细菌？607

纤毛虫有两种细胞核608

锥体虫藉由改变其表面蛋白质来逃脱免疫系统的攻击611

酵母菌交配型的决定617

多细胞生物与同位序列基因622

CHAPTER 20分子演化627

源起——地球的形成628

早期的大气628

奥裴林生命起源假说629

密勒实验630

单分子形成聚合物的聚合作用633

随机性类蛋白的酵素活性634

生成巨分子的起源635

Ribozymes和RNA世界636

第一个细胞639

代谢起源的自营学说639

DNA、RNA和蛋白质序列的演化641

藉由复制作用创造新基因643

同种同源性和异种同源性序列645

以改组（shuffling）创造新基因646

不同的蛋白质以极相异的速度逐步演化647

以分子时钟来追踪演化649

核糖体RNA——缓慢发出滴答声的时钟650

古细菌与真细菌互相抗衡652

DNA定序和生物的分类656

粒线体DNA——快速发出滴答声的时钟657

非洲夏娃假说658

来自绝种动物的古老DNA661

侧面演化：平行基因转移663

评估平行基因转移所遭遇的问题664

CHAPTER 21核酸：分离、纯化、侦测与杂交667

DNA的分离668

DNA的纯化668

去除不需要的RNA669

DNA的胶体电泳670

脉冲式胶体电泳672

变性梯度胶体电泳674

DNA的化学合成675

完整基因的化学合成680

胜性肽核酸680

以紫外光测量DNA与RNA浓度682

核酸的放射线标示683

放射标示DNA的侦测685

用萤光侦测DNA与RNA686

以生物素或洋地黄素进行化学标定688

电子显微镜690

DNA与RNA的杂交692

南方氏、北方氏、西方氏墨点法695

动物园墨点法696

萤光原位杂交696

分子信标699

CHAPTER 22重组DNA技术701

绪论702

核酸酶水解核糖核酸702

限制与修饰DNA702

限制内切酶辨识DNA703

限制酶的命名704

限制酶切割DNA705

利用DNA接合酶连接DNA707

制作限制酶图谱707

限制酶片段长度多型性710

选殖载体的特性711

多重拷贝质体载体713

将基因插入载体中714

侦测插入载体的基因715

在生物体之间移动的基因：穿梭载体719

γ噬菌体载体720

黏性载体721

酵母菌人工染色体722

细菌人工染色体725

DNA库：收集某一特定生物的全部基因725

以杂交反应筛选基因库727

利用免疫的方法筛选基因库728

选殖不含内含子的互补DNA728

染色体游走730

减去杂交法选殖733

表现载体735

CHAPTER23 聚合酶链反应739

聚合酶链反应的基础740

PCR循环的过程743

退化的引子745

反逆PCR746

加入人工的限制酶切位747

以PCR进行TA选殖748

随机放大多型性 DNA （RAPD）749

反转录酶PCR751

差别表现PCR752

cDNA末端的快速放大（RACE）753

PCR应用在遗传工程756

直接突变756

藉PCR进行基因删除与插入757

PCR应用在医学的诊断758

藉PCR行环境的分析760

藉PCR从灭绝的生命形式挽救DNA761

即时萤光PCR761

PCR——蠍引子应用在分子信标的内含物763

绕圆的放大技术（RCAT）766

CHAPTER 24基因体学与DNA定序769

基因体学的介绍770

DNA定序——一般性的法则770

DNA定序之链终止方法771

DNA聚合酶用於DNA定序776

产生模板DNA用於定序776

引子沿著DNA股移动778

自动化定序779

DNA晶片技术的出现780

寡核苷酸晶片侦测器781

焦磷酸定序783

奈米通道DNA侦测仪783

大规模序列标定图谱786

序列标定位点图谱787

用散弹枪定序组合成小的基因体789

人类基因体竞赛791

由大型的选殖连续体组合成基因体792

由直接散弹枪定序组合成基因体793

人类基因体调查794

序列多型性：简单序列长度多型性与单一核苷酸多型性797

使用外显子套取找出基因799

生物资讯与电脑分析801

CHAPTER 25基因表现分析805

简介806

监测基因表现806

监测基因表现的报导基因807

方便检测的酵素做为报导者807

可释出光线的冷光酶当作报导系统811

绿萤光蛋白做为报导者812

基因接合813

上游区域的删除分析816

定位蛋白质键结的上游区域816

藉由引子延伸方法定位转录起始位置820

藉由S1核酸分解酶定位转录起始位置821

转录体分析822

DNA微阵列分析基因表现824

基因表现连续分析827

CHAPTER 26蛋白质体学：整体性的分析蛋白质833

蛋白质体学简介834

蛋白质胶体电泳分析835

二维聚丙烯醯胺蛋白质电泳836

以西方氏墨点法分析蛋白质839

以质谱仪技术鉴定蛋白质839

蛋白质标定系统843

使用全长蛋白质做为融合标定物844

可自我切割的内蛋白子标记847

以噬菌体展现系统筛选848

蛋白质交互作用：酵母菌二杂交系统853

以共同免疫沈淀法判定蛋白质交互作用857

蛋白质矩阵860

代谢体学863