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前言 1

第一篇 生物化学与分子生物学 3

第一章 蛋白质分子的结构层次 3

1.1 蛋白质是多肽链 3

1.1.1 氨基酸是构成蛋白质的基本化学成分 3

1.1.2 多肽链的形成和主链构象角 3

1.2 蛋白质分子的二级结构 4

1.2.1 水溶性蛋白质分子内部的疏水性 4

1.1.3 氨基酸侧链可为蛋白质构象稳定和功能发挥提供结构基础 4

1.2.2 α-螺旋 5

1.2.3 β-回折 7

1.2.4 蛋白质分子表面的环区域 7

1.3 蛋白质分子的超二级结构 8

1.3.1 α-环-α花样 8

1.3.2 发夹β花样(β-环-β花样) 8

1.3.3 希腊图案花样 9

1.3.4 β-α-β花样 9

1.4.2 蛋白质结构域和三级结构的分类 10

1.4.1 结构域是蛋白质三级结构的基本结构单位和功能单位 10

1.4 蛋白质分子的结构域与三级结构 10

1.4.3 α型结构域结构 11

1.4.4 β型结构域结构 11

1.4.5 α/β型结构域结构 13

第二章 遗传物质-DNA 16

2.1 信息贮藏库-DNA 16

2.1.1 DNA的发现 16

2.1.2 DNA、RNA的组成与结构 17

2.2.1 DNA半保留复制 20

2.2 DNA的复制 20

2.2.2 半保留复制的证明 21

2.2.3 复制的起始和终止 22

2.2.4 DNA复制类型 23

2.2.5 DNA复制的相关酶类和蛋白因子 24

第三章 从基因到蛋白质 28

3.1 DNA转录 28

3.1.1 转录的一般特征 28

3.1.2 转录的相关问题 29

3.1.3 转录后的加工、修饰 32

3.2.1 遗传密码的提出 34

3.2 遗传密码 34

3.2.2 遗传密码的解续 35

3.2.3 密码子的特点 35

3.3 蛋白质的生物合成 36

3.3.1 蛋白质合成反应的主要元件 36

3.3.2 蛋白质合成的三大步骤 38

3.3.3 蛋白质合成的转运及加工 39

3.4.1 乳糖操纵子模型 41

3.4 基因表达的调控 41

3.4.2 Britten-Davidson 42

第四章 病毒结构 44

4.1 引言 44

4.2 球状病毒外壳蛋白的二十面体对称结构 45

4.3 细小RNA病毒的结构和亚基折叠 46

4.4 基于病毒三维结构的药物设计 48

5.1.3 Watson-Crick碱基对和氨基酸残基侧链间的相互作用 50

5.1.2 两独立单元（氨基酸和核苷酸）间的相互作用 50

5.1.1 引言 50

5.1 蛋白质-核酸相互作用的一般考虑 50

第五章 蛋白质-核酸相互作用 50

5.1.4 核酸双螺旋和蛋白质反平行β-回折间的相互作用 51

5.1.5 核酸双螺旋与蛋白质α-螺旋的相互作用 51

5.1.6 蛋白质-核酸相互作用和识别的特性 51

5.2 原核生物中的基因调控蛋白 52

5.2.1 DNA结合花样（α-环-α花样） 52

5.2.2 复合物中的扭曲B-DNA构象 52

5.2.3 DNA结合的别构调控 54

5.3 真核生物转录因子 55

5.3.1 转录因子可与DNA结合并控制结构基因转录启动 55

5.3.2 锌指 56

5.3.3 螺旋-环-螺旋 58

5.3.4 亮氨酸拉链 59

第六章 X射线晶体学方法在结构生物学中的应用 61

6.1 引言 61

6.2 蛋白质分子的结晶 61

6.3 晶体衍射数据的记录 62

6.4 相位问题 63

6.5 结构模型的构建、修正和误差分析 64

第七章 多维核磁共振波谱及其在结构生物学中的应用 65

7.1 引言 65

7.2 核磁共振波谱的基本原理 66

7.2.1 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简写为NMR) 66

7.2.2 核磁共振波谱的几种主要参数 66

7.3 脉冲傅里叶变换核磁共振(FT-NMR) 67

7.4 核磁共振的经典模型及Bloch方程 67

7.5 多维核磁共振的基本概念 69

7.6 二维核磁共振波谱的基本原理 70

7.6.1 同核化学位移相关谱(COSY)谱 71

7.6.2 双量子滤波的COSY谱(DQF-COSY) 73

7.6.3 总相关谱(TOCSY)及HOHAHA谱 73

7.6.4 核欧沃豪斯效应增强谱(NOESY) 74

7.7 用二维核磁共振波谱测定蛋白质的空间结构 76

7.7.1 残基自旋系统的认证 77

7.7.2 通过1H-1H间欧沃豪斯效应的顺序认证 82

7.7.3 确定二结构单元 84

7.8 三维及四维NMR实验 87

7.8.1 自旋系统的认证 91

7.8.2 顺序识别 92

7.8.3 通过3D和4D异核编辑的NOESY,得到长程NOE联结 93

第八章 生物分子的计算机模拟和结构、动力学、热力学与功能关系的研究 94

8.1 引言 94

8.2 分子力场 95

8.3 能量极小化 96

8.4 分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD)和随机动力学模拟(Stochastic Dynamics Simula 98

8.5 MD中解方程的数值积分 99

8.6.2 扩展壁区域边界条件(Extended Wall Region Boundary Condition) 100

8.6.3 周期性边界条件 100

8.6 边界条件的处理 100

8.6.1 真空边界条件 100

8.7 约束 102

8.8 恒温及恒压条件下分子动力学模拟 104

8.8.1 恒温条件下的分子动力学模拟 104

8.8.2 恒压条件下分子动力学模拟 105

8.9 自由能和熵的计算机模拟 106

8.9.2 热力学积分法 108

8.9.1 微扰法 108

8.10 量子动力学模拟 111

8.10.1 将量子力学(QM)势和经典力学(MM)势相结合 111

8.10.2 路径积分分子动力学模拟 112

第二篇 细胞生物学 121

第一章 细胞的结构与功能 121

1.1 细胞世界 121

1.1.1 细胞的基本概念 121

1.1.2 细胞的种类 124

1.1.3 如何研究细胞 128

1.2 生物膜系统 130

1.2.1 细胞质膜 130

1.2.2 细胞内膜系统 137

1.2.3 细胞能量内膜性细胞器 142

1.3 细胞骨架 149

1.3.1 微管 150

1.3.2 微丝 153

1.3.3 中间纤维 157

1.4.1 核被膜和核孔复合体 159

1.4 细胞核与染色体 159

1.4.2 染色质和染色体 160

1.4.3 核仁 164

1.4.4 核基质 164

第二章 细胞增殖 166

2.1 细胞周期 167

2.1.1 细胞周期的发现 167

2.1.2 细胞周期和细胞类群 167

2.1.3 细胞周期各时相的动态 168

2.2.2 肿瘤细胞周期 173

2.3 细胞周期的调控因子 173

2.2 细胞癌变及其细胞周期 173

2.2.1 细胞癌变的特点 173

2.3.1 P34+{cdc2}激酶的结构 175

2.3.2 P34+{cdc2}激酶的生物学作用 176

2.4 CDK的调节原理 178

2.4.1 CDK催化亚单位 179

2.4.2 细胞周期进程中的CDK的调节 179

3.1 胚胎发生 184

3.1.1 配子的发生 184

第三章 细胞分化 184

3.1.2 受精过程 185

3.1.3 胚胎发生 186

3.2 胚胎细胞的分化 186

3.2.1 原肠胚的形成 186

3.2.2 细胞分化的可能性与决定 187

3.2.3 分化过程中的位置信息 188

3.2.4 胚胎诱导对细胞分化的作用 188

3.2.6 激素对细胞分化的作用 190

3.2.5 发育的时序 190

3.2.7 细胞分化与基因表达 191

第四章 细胞衰老、死亡与癌变 194

4.1 细胞的衰老与死亡 194

4.1.1 衰老的概念 194

4.1.2 细胞衰老的一般特征 195

4.1.3 细胞衰老的机理 195

4.2.1 癌细胞的特征 197

4.2.2 致癌因子 197

4.2 细胞癌变 197

4.2.3 癌基因学说 198

4.2.4 癌基因与信息传递 198

4.2.5 病毒癌基因 199

4.2.6 v-onc和c-onc结构和功能的差别 199

4.2.7 细胞癌基因的激活 200

4.2.8 癌基因的分类 200

5.1 DNA重组技术 203

5.1.1 DNA重组技术建立的基础 203

第五章 生物技术 203

5.1.2 基因工程的操作原理及步骤 208

5.1.3 基因工程技术的应用 212

5.1.4 蛋白质工程 214

5.2 单克隆抗体杂交瘤技术 215

5.2.1 单克隆抗体技术产生的理论基础 215

5.2.2 细胞融合与杂交瘤技术的产生 217

5.2.3 单克隆抗体制备原理和方法 218

5.2.4 单克隆抗体的应用 220

5.2.5 单克隆抗体技术的展望 220

5.3.2 植物细胞融合技术 223

5.3.1 植物组织细胞培养技术 223

5.3 植物生物技术 223

5.3.3 植物基因工程 224

第三篇 神经生物学 227

第一章 神经科学的新世纪 227

1.1 什么是神经科学 227

1.2 神经科学的任务 228

1.3 神经科学所取得的巨大进展 231

1.3.1 分子和细胞水平的神经科学发展迅猛 231

1.3.2 感觉信息加工的重大突破--视觉的脑机制 236

1.3.3 神经网络的研究进入新的高潮 239

1.3.4 发育神经生物学的崛起 240

1.3.5 神经和精神疾病的研究进展惊人 242

1.3.6 整体的和无创伤条件下的研究 244

1.4 展望神经科学的新世纪 245

第二章 神经系统信息处理机制--以视觉系统为例 248

2.1 视觉系统的形态结构 248

2.1.1 视觉通络 248

2.1.2 视网膜(retina) 249

2.1.3 外膝体核(LGN) 250

2.1.4 视皮层 251

2.2 视网膜内的视觉信息处理 252

2.3 外膝体(核)在视觉平行处理中的作用 256

2.3.1 外膝体神经元的感受野性质 256

2.3.2 外膝体在视觉平行处理中的作用 256

2.4 视皮层细胞的性质和分类 260

2.5 视皮层的功能组织--视觉功能柱 261

2.5.1 方位功能柱(orientation functional column) 261

2.6.1 细胞色素氧化酶染色方法引起的新发现 262

2.6 17、18区内形状、颜色、运动和深度视觉的平行处理 262

2.5.2 眼优势功能柱(ocular dominance column) 262

2.6.2 Livingstone和Hubel的贡献 264

2.7 更高级的视皮层区域 265

2.7.1 运动分析 268

2.7.2 形状和颜色分析 268

第三章 神经系统的发育和神经元连接的可塑性 270

3.1 神经系统的发育 270

3.1.1 神经系统的发育和分化 270

3.1.2 细胞生长因子 271

3.1.3 神经元连接的特异性 272

3.2.1 神经的再生和侧枝发芽 274

3.2 神经元连接的可塑性 274

3.2.2 经验对神经发育的影响 275

3.2.3 神经元与靶细胞之间的相互作用 276

第四章 中枢神经系统 279

4.1 脊髓 279

4.1.1 脊髓的外形 279

4.1.2 脊髓的内部结构 279

4.2.1 脑干 281

4.1.3 脊髓的功能 281

4.2 脑 281

4.2.2 间脑 283

4.2.3 小脑 283

4.2.4 大脑 284

第五章 脑的学习和记忆的功能 288

5.1 学习和记忆的定义 288

5.1.1 学习的类型 288

5.2.1 海马 289

5.2 学习记忆在大脑中的重要部位之一:海马 289

5.1.2 记忆 289

5.2.2 海马LTP可能是学习记忆的分子基础 291

5.2.3 NMDA受体通道复合体依赖的LTP 293

5.2.4 非NMDA受体通道复合体依赖的LTP 294

5.2.5 逆行信使理论 294

5.3 哺乳动物视皮层的长时程增强效应 296

5.3.1 视皮层的LTP 296

5.3.3 视皮层的和海马的LTP的比较 298

5.3.4 视皮层NMDA受体和LTP 298

5.3.2 LTP产生的关键时期 298

5.3.5 LTP与低阈值Ca2+通道(low-threshold Ca2+ channels. LTCs) 299

第六章 认知神经科学 300

6.1 认知神经科学和心理学 300

6.1.1 了解人类自身 300

6.1.2 为医学服务 301

6.1.3 为高技术的发展提供好的思路 301

6.2 视觉 303

6.2.1 视知觉的恒常性 303

6.2.2 视觉识别的三种模型 305

6.2.3 整体和局部 306

6.2.4 Marr的视觉计算理论 307

6.2.5 RBC理论 308

6.2.6 并行的视觉系统和模块 308

6.3 选择性注意和视觉忽略症 309

6.3.1 注意是什么 309

6.3.2 注意研究中的新方法和新发现 309

6.3.3 Stroop 效应 310

6.3.4 依据目标位置的选择 310

6.3.6 视觉忽略症与注意的神经机制 311

6.3.5 负启动的反转和注意的功能 311

6.4 学习和记忆 312

6.4.1 学习 312

6.4.2 记忆 312

6.4.3 短期记忆和工作记忆 313

6.4.4 健忘症和多重记忆 313

6.5 语言 314

6.5.4 字母和单词的识别及其PDP模型 315

6.5.3 语言和脑 315

6.5.2 语言的功能 315

6.5.1 语言学 315

6.6 认知神经科学的新时代 316

6.6.1 新问题 316

6.6.2 人脑与计算机--智能的本质 319

6.6.3 认知神经科学的新方向 320

第七章 环境和神经科学 323

7.1 环境对人类健康的影响 323

7.1.1 环境对健康和疾病的影响 323

7.1.2 环境污染对人类健康的危害 324

7.2 神经毒理学 327

7.2.1 神经毒理学的定义和分类 327

7.2.2 神经毒物的种类和来源 328

7.2.3 研究神经毒理学的方法 328

7.2.4 神经性毒物的作用特点 329

7.2.5 神经性毒物作用的细胞和分子机制 330

7.3 脑损伤与脑疾病 333

7.3.1 脑损伤的分子机制 333

7.3.2 脑损伤的修复 335

7.3.3 几种脑疾病 336