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第1章 细胞引言 1

显微镜下的细胞 1

光学显微镜的发明导致细胞的发现 2

在显微镜下可以看到细胞、细胞器甚至分子 3

真核细胞 8

细胞核是细胞的信息存贮器 9

线粒体利用食物产生能量而赋予细胞动力 10

叶绿体从日光捕获能量 12

内膜创建功能各异的胞内区室 13

胞质溶胶是一种浓缩大分子和小分子的含水凝胶 15

细胞骨架负责细胞运动 15

细胞的同一性与多样性 16

细胞在外形与功能方面变化巨大 19

活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质 20

一切现代细胞看来都从同一祖先进化而来 21

细菌是最小、最简单的细胞 22

分子生物学家曾集中研究过大肠杆菌 24

贾第鞭毛虫可能代表真核细胞进化过程中的一个中间阶段 24

酿酒酵母是一种简单的真核细胞 25

单细胞生物可以是巨大的、复杂的并且是凶猛的：原生动物 26

从30万种植物中选出拟南芥作为模式植物 27

动物界以果蝇、蠕虫、鼠和人为代表 27

在一个多细胞生物中细胞洋洋大观各显神通 29

基本概念 32

关键词 33

问题 33

第2章 细胞的化学成分 35

化学键 35

细胞由少数几种原子组成 35

最外层电子决定原子间如何相互作用 37

电子得失形成离子键 39

电子共享形成共价键 41

共价键有不同的类型 42

水是细胞中最丰富的物质 43

一些极性分子在水中形成酸或碱 48

细胞内的分子 49

细胞由碳化合物构成 49

细胞含有4种主要的有机小分子 49

糖是细胞的能源及多糖的亚基 50

脂肪酸是细胞膜的组分 52

氨基酸是蛋白质的亚基 53

核苷酸是DNA及PNA的亚基 58

GTP结合蛋白可发生巨大的构象变化 64

大分子具有一种特殊的亚基序列 64

非共价键规定一个大分子的精确形状 65

非共价键使一个大分子能与另一些特定的分子结合 68

基本概念 69

关键词 69

问题 69

第3章 能量、催化作用及生物合成 73

催化作用及细胞中能量的利用 74

细胞释放热能，从而可能形成生物学有序性 75

光合生物利用太阳光合成有机分子 77

细胞通过有机分子的氧化作用获得能量 78

氧化及还原反应涉及电子转移 79

酶降低阻止化学反应的势垒 80

酶如何找到它们的底物：快速扩散的重要性 82

一个反应的自由能变化决定这个反应能否进行 84

反应物的浓度影响ΔG值 84

接续反应的ΔG0值是叠加的 88

活化的载体分子与生物合成 88

一个活化载体的形成与一个能量方面有利的反应相偶合 90

ATP是用得最广泛的活化载体分子 90

贮存在ATP中的能量常被用于两个分子的连接 92

NADH及NADPH是重要的电子载体 93

细胞内有许多其他活化载体分子 94

生物聚合物的合成要求能量输入 96

基本概念 99

关键词 99

问题 99

第4章 细胞怎样从食物获得能量 101

糖和脂肪的分解 102

食物分子分三个阶段分解以产生ATP 102

糖酵解是一条重要的ATP生产途径 104

发酵使ATP在无氧条件下产生 105

糖酵解说明酶如何将氧化作用偶合至能量贮存 108

糖与脂肪都在线粒体中降解为乙酰辅酶A 110

柠檬酸循环通过乙酰基氧化为CO2而产生NADH 113

在大多数细胞中电子传递驱动大部分ATP合成 114

贮存与利用食物 115

生物在特殊的存贮器中贮存食物分子 115

许多生物合成途径从糖酵解或柠檬酸循环开始 119

代谢是有组织并受调控的 120

基本概念 122

关键词 122

问题 122

第5章 蛋白质的结构和功能 125

蛋白质的形状与结构 125

蛋白质的形状是由其氨基酸序列规定的 128

蛋白质折叠成能量最低的构象 132

蛋白质可形成多种复杂形状 133

α螺旋和β折叠是普遍的折叠形式 134

蛋白质有多个层次的组织形式 136

在大量可能的多肽链中只有少数几个是有功能的 138

蛋白质可被归纳分类 138

较大的蛋白质分子往往含有一条以上的多肽链 139

蛋白质可组合成丝、片或球 140

螺旋是生物结构中一种常见的结构模体 142

一些类型的蛋白质具有伸长的纤维形状 143

胞外蛋白质常因共价交联而得以稳定 144

蛋白质怎样发挥作用 144

蛋白质结合其他分子 145

抗体结合部位极为多样化 146

结合强度可由平衡常数来衡量 147

酶是强有力且高度专一的催化剂 156

溶菌酶显示了酶的工作机制 157

Vmax和Km衡量酶效率 159

紧密结合的小分子赋予蛋白质额外功能 160

酶的催化活性是可以调节的 161

别构酶有两个相互影响的结合部位 162

蛋白质的磷酸化可引起构象变化 163

细胞中摩托蛋白产生大的位移 165

蛋白质通常形成大型复合物，起蛋白质机器的作用 166

基本概念 168

关键词 168

问题 168

第6章 DNA 171

基因是由DNA组合的 172

DNA的结构和功能 172

一个DNA分子是由两条互补的核苷酸链组成的 173

DNA的结构提供了一种遗传机制 175

DNA复制 177

DNA合成从复制起始位点开始 177

新的DNA合成在复制叉上进行 178

复制叉是不对称的 178

DNA聚合酶能自我校正 180

短的RNA充当DNA合成的引物 182

在复制叉处的蛋白质相互协调，形成复制机构 183

DNA修复 184

DNA上的变化引起突变 185

DNA错配修复系统清除被复制机构忽略了的复制差错 186

DNA在细胞内持续不断地受到损伤 187

基因的稳定性取决于DNA修复 189

高保真地维持DNA意味着近缘种的蛋白质有很相似的序列 190

基本概念 191

关键词 191

问题 192

第7章 从DNA到蛋白质 195

从DNA到RNA 196

部分DNA序列转录成RNA 196

转录产生与一条DNA链互补的RNA 197

细胞内产生数种RNA 199

DNA上的信号指示RNA聚合酶何处起始和结束 200

真核RNA在核内被加工 200

真核基因被非编码序列所间隔 203

内含子由RNA拼接而被去除 203

mRNA分子最终被细胞降解 205

最早期的细胞基因内可能已有内含子 206

从RNA到蛋白质 207

mRNA以三核苷酸组的形式被解译 207

tRNA分子使氨基酸与mRNA上的密码子相匹配 208

特定的酶使tRNA与正确的氨基酸偶联 210

RNA信息在核糖体上被解译 210

MRNA上的密码子指示蛋白质合成的起始及终止 213

蛋白质在多核糖体上合成 214

精细控制的蛋白质降解协助调控细胞内每种蛋白质的量 215

从DNA到蛋白质之间有很多步骤 216

RNA和生命起源 217

简单的生物分子能在前生命条件下形成 218

RNA既能贮存信息也能催化化学反应 219

RNA在进化上早于DNA 221

基本概念 222

关键词 223

问题 223

第8章 染色体和基因调控 225

真核生物染色体的结构 226

真核生物的DNA包装成染色体 226

细胞周期中染色体以不同状态存在 228

特殊DNA序列保证染色体高效复制 228

核小体是染色质结构的基本单位 230

染色体有多级的DNA包装 231

间期染色体同时含有浓缩的和比较伸展的染色质形态 232

基因表达的位置效应揭示了间期染色体包装的不同 234

间期染色体在细胞核内组织 235

基因调控 236

细胞调控自身基因的表达 236

转录控制是通过蛋白质结合到DNA调节序列上实现的 237

阻抑物关闭基因，活化物打开基因 239

真核生物基因转录的起始是一个复杂的过程 241

真核RNA聚合酶要求通用转录因子 242

真核基因调控蛋白从远处控制基因表达 242

启动子DNA包装成核小体会影响转录起始 244

真核基因是由蛋白质组合来调控的 245

不同基因的表达可被单个蛋白质协调 246

组合控制可产生不同细胞类型 247

稳定的基因表达型式可传递给子细胞 248

单个基因调控蛋白能触发一个完整器官的生成 250

基本概念 251

关键词 251

问题 251

第9章 遗传性变异 255

细菌的遗传性变异 256

细菌的快速分裂意味着突变会在短时间内产生 256

细菌中的突变能被环境条件中的变化所选择 258

细菌细胞能从其他细菌中获得基因 259

细菌基因能通过细菌接合而转移 259

细菌能从周围环境中摄取DNA 261

同源重组可在两个具有相似序列的DNA分子之间发生 262

用细菌病毒能使基因在细菌和细菌之间转移 264

转座因子创造遗传多样性 266

真核生物基因组中遗传性变异的来源 267

随机DNA重复造成相关基因家族 268

编码新蛋白质的基因可通过外显子重组而产生 269

多细胞真核生物DNA的大部分是由重复非编码序列组成的 270

人基因组约10%由两个转座序列家庭组成 271

转座因子加速了基因组的进化 272

病毒是能离开细胞的高度可动的遗传因子 273

反转录病毒逆转正常的遗传信息流 275

携带宿主基因的反转录病毒能使细胞癌变 277

有性生殖和基因的重新分配 278

有性生殖在一个不可预见的变化环境中给予生物竞争优势 278

有性生殖和二倍体及单倍体细胞都有关 279

减数分裂由二倍体细胞产生单倍体细胞 279

减数分裂产生大量遗传性变异 282

基本概念 283

关键词 283

问题 283

第10章 DNA技术 287

如何分析DNA分子 288

限制酶在特定位点上切割DNA分子 289

凝胶电泳分离不同大小的DNA片段 290

DNA片段的核苷酸序列是可以测定的 292

核酸杂交 292

DNA杂交促进遗传性疾病的产前诊断 294

原位杂交将核苷酸序列定位在细胞或染色体上 296

DNA克隆 297

DNA连接酶把DNA片段连在一起以产生一个重组DNA分子 297

细菌质粒可用来克隆DNA 298

通过DNA克隆分离人基因 299

cDNA文库代表一个特定组织产生的mRNA 302

杂交也能鉴定关系较远的基因 303

聚合酶链反应扩增选定的DNA序列 304

DNA工程 307

可以构建全新的DNA分子 307

利用克隆的DNA大量制备稀有的细胞蛋白质 307

体外转录产生RNA 309

突变的生物体能最好地提示基因功能 310

转基因动物携带工程基因 311

基本概念 313

关键词 314

问题 314

第11章 膜的结构 317

脂双层 318

膜脂质在水中形成双层 318

脂双层是一种二维流体 321

脂双层的流动性取决于它的组成部分 323

脂双层是不对称的 324

脂质不对称性产生于细胞内 324

溶质和离子不能透过脂双层 325

膜蛋白 326

膜蛋白以多种方式与脂双层结合 327

多肽链通常以α螺旋穿过双层 327

膜蛋白能被去垢剂溶解并纯化 328

很少几种膜蛋白的完整结构是清楚的 330

细胞皮层加固质膜 331

细胞表面被糖覆盖 333

细胞能限制膜蛋白的运动 333

基本概念 335

关键词 336

问题 336

第12章 膜转运 339

细胞内外的离子浓度差异很大 340

载体蛋白及其功能 341

溶质通过被动转运或主动转运穿过膜 342

电势和浓度梯度能驱动被动转运 343

主动转运使溶质逆它们的电化学梯度迁移 344

动物细胞利用ATP水解的能量泵出Na＋ 345

Na＋－K＋泵由瞬时磷酸化所驱动 346

动物细胞利用Na＋梯度主动摄取营养物 347

Na＋－K＋泵帮助维持动物细胞的渗透压平衡 349

Ca2＋泵使细胞内Ca2＋保持低浓度 350

植物、直菌和细菌利用H＋梯度驱动膜转运 350

离子通道和膜电位 352

离子通道是离子选择性的和门控的 352

离子通道在开放和关闭状态之间随机进行快速切换 354

电压门控离子通道应答膜电位 355

膜电位由膜对特定离子的通透性来调控 357

神经细胞的离子通道和信号传导 359

动物电位为迅速的长距离通讯提供了条件 359

动作电位通常由电压门控Na＋通道介导 360

在神经末梢处，电压门控Ca2＋通道把电信号转换为化学信号 363

靶细胞内的递质门控通道把化学信号转变回电信号 364

神经元既接收兴奋性输入又接收抑制性输入 364

突触连接使你能思考、动作和记忆 366

基本概念 367

关键词 368

问题 368

第13章 线粒体和叶绿体中的能量生产 371

细胞通过一种基于膜的机制获得其大部分能量 371

线粒体和氧化磷酸化 374

一个线粒体有两个膜被区室 374

高能电子通守柠檬酸循环产生 375

电子沿线粒体内膜中的蛋白质链传递 377

电子传递产生跨膜质子梯度 378

质子梯度驱动ATP合成 380

电化学质子梯度驱动跨线粒体内膜的偶联转运 381

质子梯度产生细胞的大部分ATP 382

在线粒体内ADP快速转变成ATP，使细胞内维持ATP/ADP的高比率 383

电子传递链与质子泵送 384

电子传递容易移动质子 384

氧化还原电位是电子亲和性的量度 385

电子传递释放大量能量 385

金属紧密地与蛋白质结合，形成多种多样的电子载体 387

质子由三种呼吸酶复合物泵送过膜 389

呼吸作用有惊人的效率 390

叶绿体与光合作用 391

叶绿体与线粒体相似但有一个额外的区室 392

叶绿体从阳光捕获能量用以固定碳 393

受激的叶经素分子把能量汇集到一个反应中心 394

光能驱动ATP和NADPH的合成 396

碳固定作用由核酮糖二磷酸羧化酶催化 397

叶绿体内的碳固定作用产生蔗糖和演粉 399

线粒体和叶绿体的遗传系统表明它们起源于析核细胞 399

我们的单细胞祖先 400

RAN序列提示进化史 400

古代的细胞可能发生于热环境 401

甲烷球菌生活在黑暗中，仅以无机物质为食物 402

基本概念 403

关键词 404

问题 404

第14章 胞内区室及转运 407

膜被细胞器 407

真核细胞含有一套基本的膜被细胞器 408

膜被细胞器由不同途径进化而来 410

蛋白质分选 411

蛋白质通过三种机制输入细胞器内 412

信号序列指导蛋白质到正确的区室中去 412

蛋白质通过核孔进入核内 414

蛋白质伸展进入线粒体和叶绿体 416

蛋白质在合成后即进入内质网 417

可溶性蛋白质被释入内质网腔 418

起始和终止信号决定跨膜蛋白在脂双层中的排列 419

小泡转运 420

转运小泡携带可溶性蛋白质和膜来往于区室之间 421

小泡出芽由一种蛋白质外被的装配所驱动 421

DNARE决定小泡停靠的特定地点 423

分泌途径 425

大多数蛋白质的共价修饰发生在ER内 425

蛋白质离开ER时受到控制以保证蛋白质的质量 426

蛋白质在高尔基体内被进一步修饰和分选 427

分泌蛋白通过胞吐作用自细胞中释出 428

胞吞途径 429

特化的吞噬细胞摄入大的颗粒 430

液体和大分子通过胞饮作用而被摄入 430

受体介导的胞吞作用提供一条通向动物细胞内的特殊通路 431

胞吞的大分子在内体中分选 432

溶酶体是细胞内消化的主要场所 433

基本概念 434

关键词 435

问题 435

第15章 细胞通讯 437

细胞信号传导的一般原理 438

信号能经过长程或短程而起作用 438

每个细胞应答有限的一组信号 441

受体通过细胞内信号传导途径传递信号 442

有些信号分子能穿过质膜 443

一氧化氮能进入细胞，直接激活酶 445

主要的三类细胞表面受体 445

与离子通道偶联的受体把化学信号转变成电信号 447

细胞内信号级联放大起一系列分子开关的作用 447

G蛋白偶联受体 448

G蛋白偶联受体的刺激作用激活G蛋白亚基 449

某些G蛋白调节离子通道 450

某些G蛋白激活与膜结合的酶 451

cAMP通路可激活酶并开启基因 452

经过磷脂酶C的通路引起细胞内Ca2＋升高 455

Ca2＋信号触发诸多生物学过程 455

细胞内信号及联放大能达到惊人的速度、敏感性和适应性：眼的光感受器 457

酶联受体 459

激活的受体酷氨酸激酶组装一个细胞内信号蛋白复合物 459

受体酶氨酸激酶激活GTP结合蛋白Ras 460

蛋白激酶网络整合信息以控制复杂的细胞行为 462

基本概念 464

关键词 464

问题 465

第16章 细胞骨架 467

中间丝 468

坚固耐久的中间丝 469

中间丝增强细胞，对付机械应力的作用 469

微管 472

微管是两端结构明显不同的中空管子 472

微管被维持在组装和去组装的动态平衡中 473

中心体是动物细胞中主要的微管组织中心 474

增长中的微管表现动态不稳定性 475

微管把细胞的内部组织起来 477

摩托蛋白驱动胞内转运 478

细胞器沿着微管移动 479

纤毛和鞭毛具有由动力蛋白驱动的稳定微管 480

肌动蛋白丝 482

肌动蛋白丝纤细而富柔韧性 483

肌动蛋白和微管蛋白有机同的聚合机制 484

许多蛋白质能有肌动蛋白丝结合并修饰其性能 484

大部分真核细胞质膜下有一富含肌动蛋白的“皮层” 486

细胞的爬行依赖于肌动蛋白 486

肌动蛋白与肌球蛋白一起形成可收缩的结构 488

肌肉收缩期间肌动蛋白丝相对于肌球蛋白丝滑动 490

肌肉收缩由突发性Ca2＋升高所触发 492

基本概念 494

关键词 495

问题 495

第17章 细胞分裂 499

细胞周期概貌 501

真核细胞周期可分为4期 501

细胞骨架执行有丝分裂和胞质分裂 502

有丝分裂中一些细胞器裂成碎片 503

有丝分裂 503

有丝分裂纺锤体在前期开始组装 504

染色体在前中期附着于有丝分裂纺锤体 505

中期染色体排列在纺锤体的赤道板处 508

子染色体在后期分开 509

核被膜在分裂末期重新形成 510

动物细胞的收缩环由肌动蛋白和肌球蛋白构成 511

有丝分裂纺锤体决定胞质分裂面 511

胞质分裂 511

植物细胞中胞质分裂涉及新细胞壁的形成 513

减数分裂 513

减数分裂期间同源染色体成对分置 514

减数分裂包含两次而不是一次细胞分裂 515

基本概念 517

关键词 518

问题 518

第18章 细胞周期调控及细胞死亡 521

细胞周期控制系统 522

一个中央控制系统启动细胞周期的主要进程 522

细胞周期控制系统基于周期性激活的蛋白激酶 524

MPF是一种细胞周期蛋白-Cdk复合物，它控制着细胞能否进入M期 525

依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶受控于细胞周期蛋白的积聚及破坏 526

各种细胞周期蛋白-Cdk复合物启动细胞周期的不同步骤 527

Cdk的活性进一步为其自身磷酸化和去磷酸化所调节 527

Cdk抑制物蛋白能使细胞周期阻滞于G1期 528

细胞能分解其周期控制系统并脱离细胞周期 530

多细胞生物中细胞数目控制 531

细胞增殖依赖于来自其他细胞的信号 531

动物细胞具有内在的对其分裂次数的限制 533

动物细胞需要来自其他细胞的信号以免于编程性细胞死亡 533

胞内的蛋白质水解级联反应介导编程性细胞死亡 535

癌细胞不服从细胞增殖及生存的社会性控制 536

基本概念 538

关键词 538

问题 539

第19章 组织 541

胞外基质与结缔组织 542

植物细胞具有坚韧的细胞外壁 543

纤维素纤维使植物细胞具有抗拉强度 544

动物的结缔组织主要由胞外基质组成 545

胶原蛋白使动物结缔组织具有抗拉强度 549

细胞分泌胶原蛋白并组织其分布 550

整联蛋白使细胞外的基质与细胞内的细胞骨架偶合 551

多糖和蛋白质凝胶充填间隙并抗压 552

上皮层和细胞与细胞间连接 553

上皮层是极化的并位于基板上 554

紧密连接使上皮不渗漏并且隔离其顶端表面和基部表面 555

与细胞骨架相连的细胞连接坚固地把上皮细胞和上皮细胞以及上皮细胞和基板结合起来 556

间隙宫接使离子和小分子能在细胞之间穿行 560

组织的维持、更新以及癌对它的破坏作用 561

不同的组织以不同的速率更新 562

干细胞产生连续供应的终末分化细胞 563

单个分裂细胞中的突变可造成它及其后代细胞脱离正常控制 565

癌是组成身体细胞群体中发生突变和自然选择的结果 566

癌需要突变的累积 567

发育 568

程序性细胞运动造就动物个体图式 568

细胞随其经历及所处的位置不同而启动不同的各组基因 569

可扩散的信号给细胞提供位置信息 571

果蝇研究为脊椎动物发育研究提共了钥匙 572

整个动物界采用相似的基因给细胞一种关于其位置的内部记录 573

基本概念 575

关键词 575

问题 576

术语汇编 579

答案 597

索引 659