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绪论 1

第一节 生物化学与分子生物学发展简史 1

一、蛋白质是生命的主要基础物质 1

二、物质代谢通路图的描绘 2

三、生物遗传的物质基础是核酸 2

四、遗传信息传递中心法则的建立 2

五、基因工程技术的发展 3

六、基因组研究的发展 4

七、细胞信号转导机制的研究 4

八、我国科学工作者对近代生物化学与分子生物学的贡献 4

第二节 生物化学、分子生物学与其他学科的关系 7

第三节 本书的内容 7

第一篇 生物大分子的结构与功能 8

第1章 蛋白质的结构与功能 8

第一节 蛋白质的分子组成 9

一、氨基酸是蛋白质的基本组成单位 9

二、蛋白质是氨基酸通过肽键相连而成的生物大分子 13

第二节 蛋白质的分子结构 14

一、氨基酸的排列顺序是蛋白质的一级结构 14

二、多肽链主链的局部空间构象是蛋白质的二级结构 15

三、侧链R基团的相互作用形成蛋白质的三级结构 18

四、亚基缔合成分子——蛋白质的四级结构 19

五、蛋白质的分类 20

第三节 蛋白质结构与功能的关系 21

一、蛋白质一级结构是空间构象和功能的基础 21

二、蛋白质的功能依赖其特定的空间构象 23

第四节 蛋白质的理化性质及其应用 25

一、蛋白质具有与氨基酸相同和特殊的理化性质 25

二、利用蛋白质的性质分离和纯化蛋白质 27

第2章 核酸的结构与功能 31

第一节 核酸的化学组成及一级结构 31

一、核酸可以分为核糖核酸及脱氧核糖核酸 31

二、核酸的基本组成单位是核苷酸 32

三、核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键连接成多聚核苷酸链 35

四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序 36

第二节 DNA的结构与功能 36

一、DNA的二级结构是双螺旋结构 36

二、DNA的三级结构是超螺旋结构 38

三、DNA的功能是携带遗传信息 40

第三节 RNA的结构与功能 40

一、mRNA从DNA转录遗传信息指导蛋白质合成 40

二、tRNA是蛋白质合成的接合器分子 41

三、rRNA参与蛋白质合成的场所核糖体的组成 42

四、细胞内其他的小分子RNA参与体内重要的过程 43

第四节 核酸的理化性质 44

一、核酸是具有酸性的生物大分子 44

二、核酸分子在紫外260nm处有强烈的吸收 44

三、核酸的变性是双链解离的过程 44

四、核酸的变复性是分子杂交技术的基础 45

第五节 常用的核酸分离纯化技术 45

一、酚抽提法可分离核酸 45

二、层析法可分离核酸 46

三、密度梯度离心法可分离核酸 46

四、凝胶电泳法可分离核酸 46

第3章 酶和维生素 47

第一节 酶的分子结构与功能 48

一、辅基、辅酶和辅助因子对酶催化活性至关重要 48

二、酶的活性中心是与底物结合的局部特定空间结构 49

三、酶活性可用单位时间内底物消耗或产物生成量表示 50

第二节 酶的命名与分类 50

一、酶按催化反应的性质分为六大类 50

二、酶的命名有系统命名和习惯命名 51

第三节 酶促反应的特点与机制 51

一、酶促反应的特点 52

二、酶促反应具有多样化机制 53

第四节 酶动力学 56

一、化学反应速度和酶促反应速度 56

二、底物浓度对酶促反应速度的影响存在饱和效应 56

三、酶浓度增加能提高酶促反应的速度 58

四、温度对酶促反应速度存在双重影响 59

五、pH可影响酶分子结构而影响酶促反应速度 59

六、抑制剂能与酶结合抑制酶促反应速度 60

七、激活剂能提高酶促反应速度 63

第五节 酶活性调节 63

一、酶原激活的本质是形成酶的活性中心 63

二、酶的共价修饰与级联效应 64

三、别构酶与别构效应 65

四、酶含量的调节 65

第六节 酶与生物医学的关系 66

一、许多疾病的发生与酶的结构和功能改变直接相关 66

二、酶活性的测定可应用于疾病诊断 67

三、酶可用于疾病治疗 69

四、酶广泛应用于生物医学研究 70

第七节 维生素与辅酶 70

一、水溶性维生素与辅酶 71

二、脂溶性维生素 76

第4章 糖复合物 80

第一节 糖蛋白 81

一、糖蛋白的结构 81

二、糖蛋白中寡糖链的功能 84

第二节 蛋白聚糖 86

一、糖胺聚糖的结构 86

二、蛋白聚糖的生物合成 86

三、蛋白聚糖的功能 87

第三节 糖脂 88

一、鞘糖脂 88

二、糖脂的功能 90

三、糖脂与疾病 90

第四节 细胞外基质成分 91

一、胶原 91

二、纤连蛋白 93

三、层黏连蛋白 94

第二篇 物质代谢与调节 96

第5章 糖代谢 96

第一节 概述 97

一、糖在体内具有以氧化供能为主的多种生理功能 97

二、糖的消化、吸收主要在小肠中进行 97

第二节 糖的无氧分解 98

一、糖的无氧分解过程分为糖酵解途径和乳酸生成两个阶段 99

二、糖的无氧分解以不需氧、产能少为主要反应特点 102

三、对糖酵解的调节通过影响三个关键酶的含量与活性而实现 102

四、糖的无氧分解的主要生理意义是在机体相对缺氧时快速提供能量 103

第三节 糖的有氧氧化 104

一、有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环和氧化磷酸化 104

二、有氧氧化的代谢调节适应了机体对能量的需要 108

三、糖的有氧氧化的最主要生理意义是为机体提供能量 109

四、糖的有氧氧化和糖酵解之间相互调节 110

第四节 磷酸戊糖途径 110

一、磷酸戊糖途径的反应过程分为氧化和非氧化两个阶段 110

二、磷酸戊糖途径的重要生理意义在于生成5-磷酸核糖和NADPH+H+ 112

第五节 糖的其他代谢途径 113

一、糖醛酸代谢途径可生成葡萄糖醛酸 113

二、其他单糖通过转变为磷酸己糖后进入葡萄糖的代谢途径 113

第六节 糖异生 113

一、糖异生途径基本上是糖酵解的逆过程，但需越过三个“能障”反应 114

二、糖异生途径中的四个关键酶是主要调节点 116

三、糖异生最主要的生理意义在于饥饿时，维持血糖浓度恒定 116

第七节 糖原的合成与分解 117

一、糖原的合成代谢主要在肝脏和肌肉组织中进行 117

二、肝糖原的分解产物主要用于补充血糖 119

三、糖原合成与分解的主要生理意义是维持血糖浓度相对恒定 120

四、糖原合成和分解代谢的调节 120

第八节 血糖的调节及糖代谢障碍 122

一、血糖的来源和去路保持动态平衡 122

二、血糖浓度主要受到激素的调节 122

三、糖代谢障碍导致血糖水平紊乱 123

第6章 生物氧化 126

第一节 生物氧化概述 126

一、氧化反应类型有脱电子、脱氢和加氧 126

二、生物氧化的酶以不需氧脱氢酶最常见 127

第二节 线粒体氧化体系 129

一、代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水 129

二、氧化磷酸化是电子经呼吸链传递产生的能量与ADP磷酸化偶联的过程 134

三、能量的生成、利用、储存是以ATP为中心 137

四、线粒体内膜对物质的转运具有选择性 140

第三节 线粒体外氧化体系 141

一、微粒体中的细胞色素P450单加氧酶使底物羟基化 141

二、过氧化物酶体中的氧化体系可分解过氧化氢 142

三、超氧化物歧化酶可清除超氧阴离子 143

第7章 脂类代谢 144

第一节 脂类概述 144

一、脂类包括脂肪、类脂及其衍生物 144

二、可变脂和固定脂在人体的分布 145

三、膳食中的脂类经小肠吸收 145

四、脂类具有重要的生理功能 147

第二节 脂肪代谢 147

一、脂肪的分解代谢产生大量ATP供机体需要 147

二、脂肪由脂肪酸和甘油磷酸合成 152

第三节 磷脂代谢 159

一、磷脂是含有磷酸的脂类 159

二、甘油磷脂的合成与分解 160

三、鞘磷脂的合成与分解 162

第四节 胆固醇代谢 163

一、胆固醇是机体重要的组成成分 163

二、胆固醇的合成与转化 165

第五节 血浆脂蛋白代谢 167

一、血浆中脂类统称血脂 167

二、血脂以血浆脂蛋白形式运输及代谢 168

三、不同来源脂蛋白功能和代谢各异 171

第8章 氨基酸代谢 177

第一节 蛋白质的生理功能和营养价值 177

一、体内蛋白质具有重要的生理功能 177

二、蛋白质的营养价值与营养必需氨基酸的种类、数量和比例有关 178

第二节 体内氨基酸的来源 179

一、食物蛋白质的消化、吸收和腐败 179

二、体内蛋白质的降解是体内氨基酸另一重要来源 183

三、体内自身合成营养非必需氨基酸 186

四、体内氨基酸代谢库由外源性和内源性氨基酸组成 188

第三节 氨基酸的分解代谢 189

一、氨基酸脱氨的方式有转氨、氧化脱氨和联合脱氨 189

二、氨基酸脱下的氨有毒，需要安全转运和解毒 192

三、氨基酸脱氨后的α-酮酸进行转变或分解 197

第四节 氨基酸的分类代谢 198

一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类物质 198

二、体内有些氨基酸分解代谢产生一碳单位 200

三、含硫氨基酸的代谢相互联系且有差别 201

四、肌酸和磷酸肌酸的代谢 204

五、芳香族氨基酸代谢可转变成重要的神经递质 204

六、支链氨基酸分解代谢途径相似 206

第9章 核苷酸代谢 208

第一节 嘌吟核苷酸的代谢 208

一、嘌吟核苷酸的合成代谢包括从头合成与补救合成两种途径 208

二、嘌吟碱基最终被降解为尿酸 213

第二节 嘧 啶核苷酸的代谢 214

一、嘧啶核苷酸的合成代谢包括从头合成与补救合成两种途径 214

二、嘧啶核苷酸的分解代谢 216

第三节 脱氧核糖核苷酸的生成 217

一、NDP还原为dNDP 217

二、脱氧胸苷酸的生成 217

第四节 核苷三磷酸的生成 218

一、ATP的生成 218

二、（d） NMP磷酸化为（d）NDP 218

三、（d） NDP磷酸化为（d）NTP 219

第五节 核苷酸抗代谢物 219

一、嘌吟核苷酸抗代谢物 219

二、嘧啶核苷酸抗代谢物 220

第10章 物质代谢的联系与调节 221

第一节 物质代谢的特点 221

一、体内各种物质代谢相互联系形成一个整体 221

二、物质代谢过程合理有序进行 221

三、代谢反应离不开酶的催化作用并受到精细调节 222

四、ATP是机体能量储存和消耗的共同形式 223

五、NADPH提供合成代谢所需的还原当量 223

第二节 物质代谢的相互联系 223

一、三大营养物在能量代谢上相互联系相互制约 223

二、三大营养物代谢通过中间代谢物而相互联系 224

第三节 物质代谢的调节方式 225

一、细胞水平的代谢调节主要调节关键酶的活性 225

二、激素水平的代谢调节通过激素作用特异受体调节代谢过程 227

三、整体水平的代谢调节通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢 227

第四节 组织、器官的代谢特点及相互联系 228

一、肝是人体物质代谢的中心和枢纽 229

二、脑主要利用葡萄糖供能 229

三、肌肉主要氧化脂肪酸，剧烈运动产生大量乳酸 229

四、肾是可进行糖异生和生成酮体的器官 229

五、心肌可利用多种能源物质并以有氧氧化为主 230

六、脂肪组织是合成和储存脂肪的重要组织 230

七、成熟红细胞高效运氧，自身却不耗氧 230

第11章 血液生物化学 231

第一节 血液的化学成分 231

一、血液中水和电解质含量的相对稳定是内环境稳定的基础 232

二、血浆蛋白质种类很多除各具特定专一的功能外还有几项共同的非专一的功能 232

三、血液中的非蛋白含氮化合物大多数是蛋白质和核酸的分解代谢终产物 235

四、气体和其他有机化合物 236

第二节 红细胞代谢 236

一、血红素合成的原料是甘氨酸，琥珀酰CoA和铁等简单小分子物质 236

二、成熟红细胞中保留的代谢通路主要有糖酵解磷酸戊糖通路和2，3-BPG支路 241

第三节 血红蛋白的结构和功能 243

一、血红蛋白是由珠蛋白和辅基血红素结合构成 243

二、血红蛋白特定的结构表达特定的生理功能 245

第12章 肝胆生物化学 250

第一节 肝脏的解剖结构特点及其生物化学功能 250

一、肝的结构组成是其执行生理功能的物质基础 250

二、肝脏是机体物质代谢的中心和枢纽 251

第二节 肝的生物转化作用 252

一、生物转化的主要作用是解除毒性、保护机体 252

二、生物转化包括两相反应 253

三、生物转化具有连续性、多样性、解毒和致毒性的特点 257

四、多种因素影响调节生物转化作用 258

第三节 胆汁酸的代谢 260

一、胆汁是肝细胞分泌液 260

二、胆汁酸按其来源分为初级和次级胆汁酸 260

三、胆汁酸代谢及其肠肝循环 260

第四节 胆色素代谢与黄疸 264

一、血红素等铁卟啉化合物的分解生成胆红素 264

二、血液中的胆红素与清蛋白结合运输 265

三、胆红素在肝中转变为结合胆红素并分泌入胆小管 266

四、结合胆红素在肠道内转换为胆素原和胆素 267

五、血液胆红素含量增高可引起黄疸 269

第三篇 生命信息的传递与调控 272

第13章DNA的生物合成 272

第一节DNA复制的基本特征 273

一、DNA复制是半保留复制 273

二、DNA复制是由5’→3’方向进行的半不连续复制 274

三、DNA复制是由复制起始点向两个方向延伸的双向复制 275

第二节DNA复制需要众多酶和蛋白质因子的参与 277

一、解螺旋酶解开DNA双链 277

二、DNA拓扑异构酶解除DNA的扭结现象 277

三、单链DNA结合蛋白稳定单链的DNA模板 278

四、引物酶在模板指导下催化引物RNA的合成 278

五、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸的聚合反应，保证复制的保真性 278

六、DNA连接酶接合DNA双链中的单链缺口 281

第三节DNA复制的过程 281

一、原核生物的DNA复制过程 281

二、真核生物的DNA复制过程 284

第四节DNA损伤与修复 286

一、多种因素可诱发DNA损伤 286

二、DNA损伤可引起基因突变 287

三、DNA损伤的修复 288

第五节RNA指导DNA的合成——逆转录 291

第14章RNA的生物合成 292

第一节 转录体系主要由RNA聚合酶和作为转录模板的DNA构成 293

一、RNA聚合酶催化RNA的生物合成 293

二、 DNA作为转录模板指导RNA的合成 294

第二节 转录过程 298

一、原核生物的RNA聚合酶通过σ亚基结合启动子启动转录 298

二、真核生物的转录由多种蛋白因子共同作用来调节 300

第三节RNA的转录后加工 302

一、原核生物中RNA的加工一般只限于rRNA和tRNA 303

二、真核生物中RNA具有多种加工方式 304

第四节RNA指导RNA的合成称为RNA的复制 308

第15章 蛋白质生物合成 311

第一节 蛋白质生物合成体系 312

一、mRNA是蛋白质合成的直接模板 312

二、tRNA是接合器和氨基酸的转运工具 313

三、核糖体是多肽链合成的场所 315

第二节 蛋白质生物合成过程 315

一、氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸的活化 316

二、原核细胞的核糖体循环可分为起始、延长和终止三阶段 317

三、真核细胞与原核细胞蛋白质生物合成的异同 320

第三节 翻译后加工 323

一、一级产物的修饰涉及共价修饰、水解修饰、肽段切除等 323

二、高级结构的修饰包括新生肽链的折叠、亚基聚合和辅基连接等 325

三、蛋白质合成的靶向输送依赖信号肽引导定位 326

第四节 蛋自质生物合成的于扰和抑制 327

一、部分抗生素通过干扰蛋白质的生物合成达到杀菌效果 327

二、细菌毒素与植物毒素是能抑制蛋白质合成的天然蛋白质 328

三、干扰素通过抑制病毒蛋白质的生物合成和促进病毒RNA的降解发挥作用 328

第16章 基因表达调控 330

第一节 基因表达调控的基本原理及其生物学意义 330

一、基因表达调控的相关概念 330

二、基因表达调控的基本规律 332

三、基因表达调控的生物学意义 334

第二节 原核生物基因表达调控 334

一、原核生物基因转录调控的规律 335

二、细菌的操纵子调控模式 335

三、原核生物翻译水平的基因表达调控 337

第三节 真核生物基因表达调控 337

一、真核基因组具有独特的结构特征 338

二、真核生物基因转录水平调控 341

三、真核生物基因翻译水平调控 345

第17章 细胞信号转导 348

第一节 细胞信号和受体 348

一、细胞间有三类通讯类型 348

二、在细胞间和胞内传递信息的化学信号 348

三、细胞分泌化学信号的四种作用方式 349

四、受体介导细胞外信号传递入胞内 349

第二节 跨膜信号转导及其下游胞内信号转导 351

一、C蛋白偶联型受体的信号转导 351

二、膜离子通道型受体介导化学信号与电信号的转换 355

三、催化型受体和酶偶联型受体的信号转导 357

第三节 细胞核内信号转导 362

一、细胞核受体介导脂溶性信号分子信号转导 362

二、胞质信号分子通过转录因子调控基因表达 362

三、细胞周期调控的信号转导 363

第四节 细胞信号转导网络 363

一、信号转导通路是网络状结构 363

二、信号转导网络的分子基础 364

三、蛋白质可逆磷酸化是信号转导通路的开关 365

第五节 细胞信号转导与医学 366

一、细胞增殖调控信号紊乱与肿瘤 366

二、Ca2+超载介导缺血性神经元损伤 366

三、细胞信号转导与神经退行性疾病 367

第18章 细胞增殖、分化与凋亡的分子基础 368

第一节 细胞增殖及其调控 368

一、细胞增殖是通过细胞周期实现的 368

二、细胞周期受到精密的调控 369

三、细胞周期调控系统与肿瘤发生的关系 371

第二节 细胞分化 371

一、分化细胞的特征 371

二、基因差别表达是细胞分化的基础 372

三、细胞分化受到高度精密调控 373

第三节 细胞凋亡 374

一、细胞凋亡是重要的生命过程 374

二、细胞凋亡的主要途径 375

第四节 生长因子 378

一、生长因子 378

二、生长因子受体将生长因子信号导入胞内产生生物学效应 379

三、生长因子与其受体的作用机制 379

第五节 癌基因与抑癌基因 379

一、癌基因 379

二、抑癌基因 383

第19章 基因组学与后基因组学 386

第一节 基因组学 386

一、基因组与基因组学的概念 386

二、人类基因组计划（HGP）是20世纪自然科学史上最伟大的计划之一 387

三、基因组学的研究内容 391

第二节 后基因组学 392

一、转录物组学 393

二、蛋白质组学 393

三、代谢组学 397

四、糖组学 398

五、免疫组学 398

第三节 后基因组学时代生命科学的发展与趋势 398

一、基因组学研究的进一步发展 399

二、与基因组学相关的其他学科不断产生 399

三、基因组与后基因组研究将引发医学革命 399

第四篇 分子生物学技术与应用 401

第20章 常用分子生物学技术 401

第一节PCR技术 402

一、PCR技术的诞生 402

二、PCR的基本原理 402

三、常见的PCR衍生技术 403

四、定量PCR 404

五、PCR技术的应用 407

第二节 分子杂交与印迹技术 408

一、分子杂交与印迹技术简介 408

二、探针的种类及其制备 410

三、常用的分子杂交与印迹技术 411

第三节DNA测序技术 415

一、双脱氧链末端终止法 415

二、化学降解法 416

三、新型的DNA测序技术 416

第四节 生物芯片技术 417

一、基因芯片 417

二、蛋白质芯片 418

第五节 生物大分子相互作用研究技术 418

一、蛋白质与蛋白质相互作用研究技术 418

二、蛋白质与核酸相互作用研究技术 420

第六节 基因沉默技术 421

一、反义寡核苷酸技术和核酶技术 421

二、RNA干扰技术 422

第七节 转基因技术与基因敲除技术 425

一、转基因技术与转基因动物 425

二、基因靶向与基因敲除或基因敲入动物 426

三、转基因技术与基因敲除技术的应用 427

第21章 基因工程 429

第一节 基因克隆的工具酶 430

一、限制性核酸内切酶 430

二、其他工具酶 431

第二节 基因克隆的载体 432

一、克隆载体 432

二、表达载体 434

第三节 基因克隆的一般过程 436

一、目的基因的获取 436

二、选择与制备合适的基因载体 436

三、目的基因与载体的连接 437

四、重组DNA导入宿主细胞进行扩增 438

五、重组体的筛选与鉴定 439

第四节 克隆基因的表达 441

一、原核生物表达系统 441

二、真核生物表达系统 442

第五节 基因工程的下游技术 443

一、基因工程菌的发酵 443

二、目的蛋白的分离纯化 443

三、目的蛋白的分析鉴定 445

第六节 基因工程技术对推动医学和生命科学的发展具有重要意义 445

一、DNA重组技术促进了人类对遗传信息的认识 445

二、采用基因工程技术生产药物与疫苗 446

三、利用基因工程技术制造转基因动物和植物 447

四、运用DNA重组技术进行基因诊断与基因治疗 448

第22章 基因诊断与基因治疗 449

第一节 基因诊断 450

一、基因诊断的概念和特点 450

二、基因诊断的内容与基本策略 450

三、基因诊断的基本步骤 451

四、基因诊断常用的技术方法 452

五、基因诊断的应用 454

第二节 基因治疗 456

一、基因治疗的概念与分类 457

二、基因治疗的总体策略 458

三、基因治疗的基本程序 459

四、基因治疗的应用现状 461

五、基因治疗面临的问题与展望 463

主要参考资料 465

英中名词对照索引 466