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绪论 1

第一节 生物化学与分子生物学推动生命科学进入分子层次 1

一、生物化学与分子生物学的发展经历了三个阶段 1

二、我国科学家对生物化学与分子生物学发展的贡献 3

三、当代生物化学与分子生物学研究的目标和特点 3

第二节 自然界生物体及生命活动具有共同的分子基础 4

一、生物体由信息大分子和多种小分子共同构成 4

二、生物体的化学反应有效利用并适应地球环境 5

第三节 生物化学与分子生物学的发展引领医学进入分子医学新时代 6

一、从分子层次认识疾病将从根本上理解疾病的发生和发展机制 6

二、医学进入了分子诊断和分子治疗新时代 7

三、分子组学研究是未来实现个体化治疗的基础 8

第一篇 生物分子结构与功能 11

第一章 蛋白质的结构与功能 11

第一节 蛋白质的分子组成 11

一、L-α-氨基酸是构成蛋白质的基本结构单位 11

二、氨基酸的侧链结构（R基团）决定其差异性和功能 12

三、氨基酸具有共同或特异的理化性质 14

四、氨基酸通过肽键连接形成蛋白质或活性肽 15

五、非常见氨基酸也具有重要的生物功能 17

第二节 蛋白质的分子结构 17

一、氨基酸残基的排列顺序是蛋白质一级结构的最主要因素 17

二、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构 18

三、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成三级结构 22

四、多亚基的蛋白质具有四级结构 24

五、蛋白质的结构与功能是其分类基础 25

第三节 蛋白质的结构与功能的关系 26

一、蛋白质一级结构与功能的关系 26

二、蛋白质的功能依赖特定空间结构 28

三、蛋白质的化学修饰是其功能调控的重要方式 32

第四节 蛋白质的理化性质 32

一、蛋白质具有两性解离性质 32

二、蛋白质具有胶体性质 32

三、蛋白质空间结构破坏可引起变性 32

四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰 33

五、蛋白质呈色反应可用于蛋白质浓度测定 33

第五节 蛋白质分离、纯化和结构分析 33

一、基于蛋白质理化性质的分离和纯化方法 34

二、蛋白质一级结构可通过两种策略进行分析 37

三、测定蛋白质空间结构有利于功能研究 39

第六节 血浆蛋白质 40

一、采用电泳法可将血浆蛋白质分成若干组分 40

二、血浆中大多数蛋白质具有特殊的生物学功能 40

小结 41

第二章 核酸的结构与功能 43

第一节 核酸的化学组成和一级结构 43

一、核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本组成单位 43

二、DNA链是脱氧核糖核苷酸聚合形成的线性大分子 46

三、RNA链是核糖核苷酸组成的线性大分子 46

四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序 46

第二节DNA的空间结构与功能 47

一、DNA的二级结构是右手双螺旋结构 47

二、DNA在二级结构基础上形成超螺旋结构 51

三、DNA是遗传信息的载体 54

第三节RNA的结构与功能 54

一、mRNA含有氨基酸编码信息 55

二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸转运载体 56

三、rRNA与核糖体蛋白组成的核糖体为蛋白质合成提供场所 58

四、组成型非编码RNA直接或间接参与蛋白质合成 59

五、调控型非编码RNA参与基因表达的调控 59

第四节 核酸的理化特性与分子间相互作用 60

一、核酸分子具有强烈的紫外吸收 60

二、核酸的分子结构决定其多种特性 61

三、核酸链变性是双链解离为单链的过程 61

四、变性的核酸可以复性或杂交形成双链 62

五、核酸可与其他分子发生相互作用 63

六、化学修饰可影响核酸的功能 63

第五节 核酸酶 63

小结 64

第三章 糖蛋白和蛋白聚糖的结构与功能 65

第一节 糖蛋白的结构与功能 65

一、聚糖是组成糖缀合物的重要部分 65

二、N-连接型聚糖是糖蛋白最常见的聚糖 66

三、O-连接型聚糖结构丰富多样 69

四、蛋白质的N-乙酰葡糖胺修饰是可逆的单糖基修饰 69

五、聚糖组分影响糖蛋白的结构和功能 70

六、凝集素识别糖蛋白介导很多生物过程 71

第二节 蛋白聚糖的结构与功能 73

一、蛋白聚糖结构变化多、种类多 73

二、蛋白聚糖由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成 75

三、蛋白聚糖最主要功能是构成细胞间基质 75

四 、各种蛋白聚糖有其特殊功能 75

第三节 聚糖的生物信息与功能 75

一、聚糖是可能携带生物信息的物质 76

二、聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础 76

三、聚糖空间结构多样性受基因编码的糖基转移酶和糖苷酶调控 76

小结 76

第四章 维生素与无机元素 78

第一节 脂溶性维生素 78

一、维生素A 78

二、维生素D 80

三、维生素E 81

四、维生素K 82

第二节 水溶性维生素 83

一、维生素B1 83

二、维生素B2 84

三、维生素PP 85

四、泛酸 85

五、生物素 86

六、维生素B6 86

七、叶酸 87

八、维生素B12 88

九、α-硫辛酸 89

十、维生素C 89

第三节 微量元素 90

一、铁 90

二、锌 91

三、铜 91

四、锰 92

五、硒 92

六、碘 92

七、钴 93

八、氟 93

九、铬 93

第四节钙、磷及其代谢 94

一、钙、磷在体内分布及其功能 94

二、钙磷代谢与骨的代谢密切相关 95

三、钙和磷代谢受三种激素的调节 96

小结 96

第五章 酶 98

第一节 酶的分子结构与功能 98

一、酶具有不同的蛋白结构和组织形式 98

二、辅助因子是结合酶的重要组分 99

三、酶的活性中心是酶分子中结合底物并催化反应的特定部位 100

四、同工酶具有特殊的生理及临床意义 102

第二节 酶的工作原理 103

一、化学反应具有热力学和动力学特性 103

二、酶具有与一般催化剂相似的催化原理 104

三、酶具有不同于一般催化剂的显著特点 105

四、酶对底物具有多元催化作用 107

第三节 酶促反应动力学 109

一、采用酶促反应初速率研究酶促反应动力学 109

二、底物浓度的变化影响酶促反应速率 111

三、酶浓度升高可增加酶促反应速率 115

四、温度对酶促反应速率有双重影响 115

五、 pH的变化可影响酶的活性 116

六、激活剂可加速酶促反应速率 116

七、抑制剂对酶活性具有可逆或不可逆性抑制作用 116

第四节 酶的调节 121

一、变构效应剂能直接调节酶的活性 121

二、酶的活性可经共价修饰来调节 123

三、酶原需经激活后才具有催化活性 123

四、酶含量的调节可控制酶的总活性 124

第五节 酶的分类与命名 124

一、按催化反应的类型可将酶分为六大类 124

二、酶有系统名称和推荐名称 125

第六节 酶与医学 125

一、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关 126

二、酶作为试剂可用于生物化学分析 126

小结 127

第二篇 物质代谢及其调节 131

第六章 糖代谢 131

第一节 糖代谢概况 131

一、糖在小肠内消化吸收 131

二、糖代谢是指葡萄糖在体内分解与合成的复杂过程 132

第二节 糖的无氧氧化 132

一、糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段 132

二、糖酵解的调节可通过三个关键酶调控 134

三、糖无氧氧化可不利用氧而快速供能 135

四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物 136

第三节 糖的有氧氧化 137

一、糖的有氧氧化反应分为三个阶段 137

二、柠檬酸循环将乙酰CoA彻底氧化 138

三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式 143

四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求 143

五、糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化 145

第四节 磷酸戊糖途径 146

一、磷酸戊糖途径分为两个阶段 146

二、磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP＋比值的调节 148

三、磷酸戊糖途径是NADPH和磷酸戊糖的主要来源 149

第五节 糖原的合成与分解 149

一、糖原合成是将葡萄糖连接成多聚体 149

二、糖原分解是从非还原端进行磷酸解 151

三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节 152

第六节 糖异生 154

一、糖异生不完全是糖酵解的逆反应 154

二、糖异生和糖酵解通过2个底物循环进行调节而彼此协调 156

三、糖异生的生理意义 157

四、肌肉收缩产生的乳酸在肝中糖异生形成乳酸循环 157

第七节 葡萄糖的其他代谢途径 158

一、糖醛酸途径生成葡糖醛酸 158

二、多元醇途径可产生少量多元醇 159

三、甘油酸-2，3-二磷酸旁路调节血红蛋白的运氧能力 159

第八节 血糖及其调节 160

一、血糖的来源和去路相对平衡 160

二、血糖水平的平衡主要受到激素调节 160

第九节 糖代谢异常与临床疾病 162

一、先天性酶缺陷导致糖原贮积症 162

二、糖代谢障碍导致血糖水平异常及糖尿病 162

三、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应 163

小结 163

第七章 脂质代谢 165

第一节 脂质的构成、功能及分析 165

一、脂质是种类繁多、结构复杂的一类大分子物质 165

二、脂质具有多种复杂的生物学功能 168

三、脂质组分的复杂性决定了脂质分析技术的复杂性 171

第二节 脂质的消化吸收 171

一、胆汁酸盐协助脂质消化酶消化脂质 171

二、吸收的脂质经再合成进入血循环 172

三、脂质消化吸收在维持机体脂质平衡中具有重要作用 172

第三节 甘油三酯代谢 172

一、甘油三酯氧化分解产生大量ATP供机体需要 172

二、不同来源脂肪酸在不同器官以不完全相同的途径合成甘油三酯 178

三、内源性脂肪酸的合成需先合成软脂酸再加工 179

第四节 磷脂代谢 183

一、磷脂酸是甘油磷脂合成的重要中间产物 183

二、甘油磷脂由磷脂酶催化降解 186

三、鞘氨醇是神经鞘磷脂合成的重要中间产物 187

四、神经鞘磷脂在神经鞘磷脂酶催化下降解 187

第五节 胆固醇代谢 188

一、体内胆固醇来自食物和内源性合成 188

二、转化为胆汁酸是胆固醇的主要去路 190

第六节 血浆脂蛋白代谢 190

一、血脂是血浆所有脂质的统称 190

二、血浆脂蛋白是血脂的运输及代谢形式 191

三、不同来源脂蛋白具有不同功能和不同代谢途径 193

四、血浆脂蛋白代谢紊乱导致脂蛋白异常血症 196

小结 197

第八章 生物氧化 198

第一节 氧化还原酶的基本类型 198

一、生物氧化需要酶和辅助因子 198

二、氧化酶以氧为直接受氢体 198

三、不需氧脱氢酶不以氧为直接受氢体 199

第二节 线粒体氧化体系与氧化磷酸化 200

一、氧化呼吸链是由具有电子传递功能的蛋白复合体组成 200

二、线粒体中有两条重要的呼吸链 204

三、蛋白复合体与泛醌和细胞色素c协同传递质子和电子 205

四、氧化呼吸链建立质子跨膜梯度驱动ATP合酶合成ATP 208

五、线粒体内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物 212

六、ATP在机体能量代谢中起核心作用 214

第三节 氧化呼吸链的调节和影响因素 216

一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率 216

二、抑制剂通过不同机制阻断氧化磷酸化过程 216

三、甲状腺激素促进氧化磷酸化和产热 217

四、线粒体DNA突变可影响氧化磷酸化并导致疾病 217

第四节 细胞抗氧化体系和非线粒体氧化-还原体系 218

一、线粒体氧化呼吸链可产生反应活性氧 218

二、抗氧化体系具有清除反应活性氧的功能 219

三、细胞微粒体中存在加氧酶类 220

小结 221

第九章 氨基酸代谢 223

第一节 氨基酸代谢概况 223

一、外源性氨基酸和内源性氨基酸构成氨基酸代谢库 223

二、氨基酸可用于蛋白质合成或被代谢消耗 224

三、氮平衡状态反映氨基酸摄入与消耗的状态 224

第二节 体内氨基酸的来源 225

一、机体从食物蛋白质获取氨基酸 225

二、体内蛋白质降解释放氨基酸 228

三、营养非必需氨基酸可在体内通过不同途径合成 230

第三节 氨基酸氮的代谢 234

一、脱氨基是氨基酸分解代谢的起始反应 234

二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺形式转运 237

三、肝合成尿素是机体排泄氨的主要方式 238

第四节 氨基酸碳链骨架的代谢 242

一、某些α-酮酸可直接氨基化而重新形成氨基酸 242

二、氨基酸脱氨基后的碳链骨架可转变成糖或酮体 243

三、氨基酸脱氨基后的碳链骨架可彻底氧化分解供能 244

第五节 氨基酸代谢转换产生的特殊产物 244

一、机体利用某些氨基酸产生具有生物活性的胺类化合物 245

二、通过分解氨基酸可获得一碳单位 246

三、含硫氨基酸可产生重要的化学修饰基团 248

四、机体利用氨基酸合成其他含氮化合物 249

小结 252

第十章 核苷酸代谢 253

第一节 核苷酸代谢概述 253

一、核苷酸除了作为合成核酸的重要原料外还具有其他多种生物学功能 253

二、核苷酸的合成代谢有从头合成和补救合成两种途径 253

三、核苷酸的降解具有重要生物学意义 254

四、磷酸核糖焦磷酸处于从头合成和补救合成代谢的中心位置 254

第二节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 255

一、嘌呤核苷酸的从头合成起始于核糖-5′-磷酸 255

二、嘌呤核苷酸的补救合成代谢有两种方式 257

三、嘌呤核苷酸的合成代谢受到反馈抑制调节 258

四、嘌呤核苷酸在人体内的分解代谢终产物是尿酸 259

第三节 嘧啶核苷酸的合成与分解代谢 259

一、嘧啶核苷酸的从头合成过程比嘌呤核苷酸简单 259

二、嘧啶核苷酸存在与嘌呤核苷酸类似的补救合成途径 261

三、嘧啶核苷酸的合成代谢同样受到精细调节 261

四、嘧啶核苷酸经分解代谢得到小分子可溶性物质 262

第四节 体内核苷酸的转化 263

一、脱氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸还原而生成 263

二、核苷二磷酸和核苷三磷酸可以相互转化 264

第五节 核苷酸代谢与医学的关系 264

一、核苷酸代谢障碍可引发多种疾病 264

二、抗代谢物的作用机制主要在于阻断核苷酸合成途径 266

小结 267

第十一章 非营养物质代谢 268

第一节 生物转化作用 268

一、肝是生物转化作用的主要器官 268

二、肝的生物转化反应可分为两相 268

三、生物转化反应具有连续性、多样性及双重性的特点 273

四、生物转化作用受许多因素的调节和影响 274

第二节 胆汁酸的代谢 275

一、胆汁兼具消化和排泄功能 275

二、胆汁酸促进脂类的消化、吸收和胆固醇排泄 276

三、胆汁酸有游离型、结合型及初级、次级之分 277

四、胆汁酸的肠肝循环有利机体对胆汁酸的再利用 280

第三节 血红素的生物合成 281

一、血红素的化学结构 281

二、血红素的生物合成及调节 281

第四节 胆色素的代谢与黄疸 284

一、胆红素是卟啉环的分解代谢产物 284

二、血液中的血红素主要与清蛋白结合而运输 286

三、胆红素在肝细胞中转化为结合型胆红素并分泌入胆小管 286

四、胆红素在肠道内经历转化及肠肝循环 287

五、血液胆红素含量增高可出现黄疸 289

小结 291

第十二章 物质代谢的整合与调节 292

第一节 代谢的整体性和动态性 292

一、体内物质代谢是有机联系的统一整体 292

二、物质代谢是高度开放的稳态系统 294

三、代谢的整合与调节满足能量代谢和物质转变的需要 296

第二节 肝在代谢整合与调节中的作用 298

一、肝是物质代谢的核心器官 298

二、肝是调节血糖的主要器官 299

三、肝是合成内源性脂类和酮体的场所 299

四、肝有合成尿素与调节氨基酸代谢池的功能 300

五、肝参与多种维生素和辅酶的代谢 300

六、肝参与多种激素和药物的灭活 300

第三节 肝外组织器官的代谢特点和联系 300

一、脂肪组织是机体最重要的“能储” 300

二、脑利用葡萄糖和酮体氧化供能 301

三、心肌主要利用脂肪酸、酮体和乳酸氧化供能 301

四、骨骼肌兼有氧氧化和无氧氧化供能机制 302

五、成熟红细胞依赖糖的无氧氧化供能 302

六、肾兼具糖异生和酮体生成功能 302

第四节 物质代谢的调节机制 302

一、细胞水平调节的本质是调节关键酶的活性与含量 302

二、微环境变化通过刺激细胞内分子感应器而引起细胞代谢改变 305

三、激素水平的调节在器官代谢层面整合各条代谢途径 306

四、整体水平的调节是通过神经-内分泌系统综合调控体内物质代谢 307

小结 310

第三篇 遗传信息的传递 313

第十三章 真核基因与基因组 313

第一节 真核基因的结构与功能 313

一、真核基因的基本结构 313

二、基因编码区编码多肽链和特定的RNA分子 314

三、调控序列参与真核基因表达调控 315

第二节 真核基因组的结构与功能 316

一、真核基因组具有独特的结构 317

二、真核基因组中存在大量重复序列 317

三、真核基因组中存在大量的多基因家族与假基因 318

四、线粒体DNA结构有别于染色体DNA 319

五、人基因组中有约2万个蛋白质编码基因 319

六、人的基因在染色体上的分布特征 320

小结 321

第十四章 DNA的生物合成 322

第一节DNA复制的基本特征 322

一、DNA以半保留方式进行复制 322

二、DNA复制从起点向两个方向延伸 323

三、DNA复制的延伸呈半不连续特征 324

第二节DNA复制的酶学和拓扑学变化 325

一、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸间的聚合 325

二、DNA聚合酶的碱基选择和校对功能实现复制的保真性 327

三、复制中的解链伴有DNA分子拓扑学变化 328

四、DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口 329

第三节 原核生物DNA复制过程 330

一、复制的起始 330

二、复制中DNA链的延长 332

三、复制的终止 332

第四节 真核生物基因组DNA复制和调控 333

一、真核生物DNA复制基本过程 333

二、真核生物DNA复制的调节 337

第五节 逆转录和其他复制方式 340

一、逆转录病毒的基因组RNA以逆转录机制复制 340

二、逆转录的发现发展了中心法则 341

三、真核生物线粒体DNA按D环方式复制 342

小结 342

第十五章DNA损伤与修复 344

第一节DNA损伤 344

一、多种因素可导致DNA损伤 344

二、DNA损伤有多种类型 347

第二节DNA损伤的修复 347

一、有些DNA损伤可以直接修复 348

二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式 349

三、DNA严重损伤时需要重组修复 352

四、某些修复发生在跨越损伤DNA的复制事件之后 353

第三节DNA损伤和修复的意义 355

一、DNA损伤具有双重效应 355

二、DNA损伤修复缺陷可导致肿瘤等多种疾病发生 355

小结 357

第十六章 RNA的生物合成 358

第一节RNA合成概述 358

一、RNA合成有DNA依赖和RNA依赖两种方式 358

二、DNA依赖的RNA合成是选择性和不对称转录 359

三、RNA聚合酶催化RNA的合成 360

第二节 原核生物的转录过程 362

一、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上起始转录 362

二、RNA Pol核心酶延长RNA链 364

三、原核生物的转录与翻译同时进行 365

四、转录终止有p因子依赖和非依赖两种方式 365

第三节 真核生物mRNA的转录及加工 367

一、真核生物基因转录需要调整染色质结构并需要转录因子协助 367

二、RNA聚合酶Ⅱ催化mRNA的合成 368

三、真核生物mRNA由hnRNA经转录后加工成为成熟分子 371

第四节 真核生物非编码RNA的生物合成 378

一、组成型非编码RNA的合成 378

二、调控型非编码RNA的合成 382

第五节 基因组RNA复制的主要特点 384

一、大多数RNA病毒的基因组是单链RNA分子 384

二、许多病毒基因RNA复制利用宿主翻译系统合成有关酶和蛋白质 384

三、多数RNA病毒可利用RNA复制酶合成RNA 384

小结 385

第十七章 蛋白质的生物合成 386

第一节 蛋白质生物合成体系 386

一、mRNA是蛋白质合成的信息模板 386

二、tRNA具有运载工具和分子“适配器”的双重作用 389

三、核糖体是蛋白质合成的场所 391

四、蛋白质合成体系还需要能量、酶类和蛋白因子 391

第二节 肽链的生物合成过程 392

一、翻译起始阶段形成起始复合物 392

二、延长阶段通过循环反应合成肽链 394

三、终止阶段释放新生肽链 396

第三节 肽链合成后的加工和靶向输送 396

一、翻译后加工修饰使新生肽链成为成熟的有功能的蛋白质 397

二、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位 400

第四节 蛋白质功能相关的化学修饰 403

一、磷酸化修饰 404

二、乙酰化修饰 405

三、甲基化修饰 406

四、脂基化修饰 406

五、类泛素化修饰 407

六、不同翻译后修饰过程的相互协调与影响 408

第五节 蛋白质生物合成与医学 409

一、蛋白质生物合成与疾病发生 409

二、蛋白质生物合成的干扰及抑制 409

小结 411

第十八章 原核生物基因表达调控 412

第一节 原核生物基因表达特点 412

一、操纵子是原核生物的转录单位 412

二、原核生物中mRNA的转录、翻译和降解偶联进行 412

三、mRNA所携带的信息差别很大 413

第二节 原核生物基因表达的转录水平调控 414

一、转录调控是以特定的DNA序列和蛋白质结构为基础 414

二、特定蛋白质与DNA结合后控制转录起始 415

三、原核基因表达的转录过程可通过不同模式进行调控 419

第三节 原核生物基因表达的翻译水平调控 423

一、SD序列决定翻译起始效率 424

二、mRNA的稳定性是决定翻译产物量的重要因素 425

三、翻译产物可对翻译过程产生反馈调节效应 426

四、小分子反义RNA参与调节蛋白质合成 427

小结 428

第十九章 真核生物基因表达调控 429

第一节 真核基因表达的染色质水平调控 429

一、常染色质区内的基因有转录活性 429

二、组蛋白修饰改变染色质活性 429

三、转录活性基因启动子区甲基化程度低 431

四、非编码RNA参与调控染色质结构 432

第二节 真核基因转录的调控 433

一、顺式作用元件是调控转录起始的DNA序列 433

二、转录激活因子可激活或促进基因转录起始 435

三、转录抑制因子可抑制基因转录起始 438

四、RNA聚合酶ⅡCTD的磷酸化促进转录延长 439

五、CTD的进一步磷酸化可挽救不成功的转录起始 439

第三节 真核基因的转录后调控 440

一、mRNA 5′-端加帽和脱帽由相应的酶和其他蛋白质调控 440

二、CTD参与调节RNA的转录后加工 440

三、剪接过程受调控元件和调控因子的调控 441

四、mRNA 3′-端加尾受poly （A）信号和多种蛋白因子的调控 442

五、mRNA的转运及细胞质定位受多种序列元件和蛋白因子调控 443

六、mRNA的稳定性受多种因素调控 444

第四节 真核基因的翻译调控 447

一、翻译起始因子的磷酸化调节蛋白质翻译 447

二、某些RBP可通过与mRNA的5′-或3′-UTR结合而抑制翻译 448

三、真核mRNA可通过5′-AUG调控翻译起始效率 448

四、miRISC结合靶mRNA而抑制翻译 449

五、lncRNA可调控mRNA的翻译 449

小结 451

第二十章 细胞信号转导 452

第一节 细胞信号转导概述 452

一、细胞外化学信号有可溶型和膜结合型两种形式 452

二、细胞经由受体接收细胞外信号 453

三、细胞内信使构成信号通路并形成复杂网络 454

四、细胞信号转导存在共同的规律和特征 455

第二节 主要的信号转导分子及其作用方式 456

一、GTP结合蛋白是许多信号通路的分子开关 456

二、蛋白质激酶广泛参与细胞信号通路的构成 457

三、第二信使的浓度和分布变化是重要的信号转导方式 460

四、信号转导的根本机制是蛋白质分子的构象变化调节 463

五、细胞信号转导通路和网络的结构基础是蛋白质复合体 464

第三节 受体介导的细胞内信号转导的主要类别 465

一、位于细胞内的受体大部分属于转录因子 466

二、膜离子通道受体将化学信号转变为电信号 466

三、膜G蛋白偶联受体通过G蛋白和小分子信使介导信号转导 466

四、膜的酶偶联受体主要通过蛋白质化学修饰和相互作用传递信号 468

第四节 以调节代谢或蛋白质活性为主要效应的信号转导通路 469

一、cAMP-PKA通路 469

二、IP3/DAG-PKC途径 470

三、Ca 2＋/钙调蛋白依赖的蛋白质激酶途径 470

四、PI-3 K-AKT信号通路 470

第五节 以调控基因表达为主要效应的信号转导通路 471

一、细胞通过改变基因表达状态适应细胞内外环境 471

二、细胞内存在控制基因表达的信号转导网络 472

三、核受体超家族分子直接调节靶基因的转录 473

四、转录因子可作为膜受体介导的信号通路的关键效应靶分子 474

五、信号转导网络决定基因表达调控的复杂模式 479

第六节 信号转导的基本规律和复杂性 480

一、各种信号转导机制具有共同的基本规律 480

二、细胞信号转导复杂且具有多样性 480

第七节 细胞信号转导异常与疾病 481

一、信号转导异常及其与疾病的关系具有多样性 481

二、信号转导异常可发生在两个层次 482

三、信号转导异常可导致疾病的发生 483

四、细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位 483

小结 484

第四篇基因研究与分子医学 487

第二十一章 常用的分子生物学技术 487

第一节 分子杂交与印迹技术 487

一、分子杂交和印迹技术的原理 487

二、分子杂交和印迹技术的类别及应用 487

第二节 聚合酶链式反应 490

一、PCR技术的原理 490

二、利用PCR技术分析基因及其表达产物 491

三、利用PCR技术可以进行实时、定量分析 491

四、PCR结合免疫沉淀扩增可检测与蛋白质结合的DNA序列 492

第三节DNA测序技术 493

一、DNA序列分析有双脱氧链终止法和化学裂解法 493

二、新一代测序技术的发展 493

第四节 生物芯片技术 494

一、基因芯片 494

二、蛋白质芯片和组织芯片 496

第五节 生物大分子相互作用研究技术 497

一、蛋白质相互作用研究技术 497

二、蛋白质-DNA相互作用分析技术 500

三、蛋白质-RNA相互作用可采用酵母三杂交系统进行分析 502

小结 503

第二十二章DNA重组与重组DNA技术 505

第一节 自然界DNA重组 505

一、DNA的同源重组 505

二、DNA的位点特异性重组 508

三、DNA的转座重组 511

四、细菌的接合、转化和转导 513

第二节 重组DNA技术 513

一、重组DNA技术中常用的工具酶 514

二、重组DNA技术中常用的载体 517

三、重组DNA的克隆筛选 521

四、克隆基因的表达 527

第三节 重组DNA技术在医学中的应用 530

小结 531

第二十三章 基因结构与功能分析 532

第一节 基因序列结构的生物信息学检索和比对分析 532

一、通过数据库进行基因序列的同源性检索及比对 532

二、利用基因数据库查找基因序列 533

三、将基因序列定位到染色体（定位分析） 534

第二节 基因结构的分析 534

一、基因转录起始点的鉴定 534

二、启动子的结构和功能分析 538

三、基因编码区结构分析 541

第三节 基因表达的分析策略 542

一、通过检测mRNA分析基因转录活性 543

二、通过蛋白质检测分析基因表达的翻译水平特征 544

三、高通量检测技术成为基因表达研究的有利工具 545

第四节 生物信息学在预测基因功能中的应用 546

一、利用生物信息学方法进行基因功能注释 546

二、利用生物网络全面系统地了解基因的功能 547

第五节 基因的生物学功能鉴定 549

一、采用功能获得策略鉴定基因的功能 549

二、采用功能失活策略鉴定基因的功能 550

三、随机突变筛选策略 553

小结 554

第二十四章 疾病相关基因及其鉴定 555

第一节 基因与疾病的关系 555

一、人类所有疾病均可视为基因病 555

二、不同基因对疾病发生发展的影响程度不同 556

三、多种原因可导致不同类型的基因和基因组异常 556

四、基因异常可导致表达产物的质/量变化而引起疾病 559

第二节 单基因疾病和多基因疾病 561

一、单基因疾病的致病基因可按孟德尔遗传模式传递 561

二、多基因疾病涉及多个基因和多种因素 563

三、疾病相关基因与其疾病表型之间存在异质性和复杂性 564

第三节 基因异常与肿瘤 565

一、癌基因 566

二、肿瘤抑制基因 568

三、基因异常参与肿瘤发生发展的作用机制 570

第四节 鉴定疾病相关基因的原则 571

一、鉴定疾病相关基因的关键是确定疾病表型和基因间的实质联系 571

二、鉴定克隆疾病相关基因需要多学科多途径的综合策略 572

三、确定候选基因是多种克隆疾病相关基因方法的交汇 572

第五节 疾病相关基因鉴定的策略和方法 573

一、疾病基因的定位需要借助各种遗传标记进行分析 573

二、定位克隆是鉴定疾病相关基因的经典策略 574

三、不依赖染色体定位的策略以疾病相关基因功能、表型等为出发点 574

四、鉴定疾病相关基因的主要方法 576

小结 579

第二十五章 基因诊断与基因治疗 580

第一节 基因诊断学基础 580

一、基因诊断检测的目标分子是核酸或蛋白质 580

二、基因诊断可采用多种分子生物学技术 581

三、结合诊断目的选择基因诊断技术路线和方法 583

第二节 遗传病的基因诊断 586

一、血红蛋白病针对血红蛋白结构或珠蛋白肽链量异常进行诊断 586

二、对血友病先检查基因倒位再进行遗传标志连锁分析及其他分析 587

第三节 恶性肿瘤的基因诊断 588

一、检测原癌基因和抑癌基因 588

二、相对特异的肿瘤基因诊断 589

第四节 基因诊断在法医学上的应用 590

一、多态性遗传标记具有个体特异性 590

二、DNA指纹鉴定是法医学个体识别的核心技术 590

第五节 基因治疗的概念及策略 591

一、基因治疗有几种策略 591

二、基因转移技术有直接和间接两条途径 592

三、基因干预抑制基因表达实现治疗目的 594

四、基因治疗研究显示应用前景 596

五、基因治疗尚有重要困难（问题）待解决 597

小结 598

第二十六章 组学与系统生物学 599

第一节 基因组学 600

一、结构基因组学揭示基因组序列信息 600

二、比较基因组学鉴别基因组的相似性和差异性 602

三、功能基因组学探讨基因的活动规律 603

四、ENCODE识别人类基因组所有功能元件 604

第二节 转录组学 605

一、转录组学全面分析基因表达谱 605

二、转录组研究可应用多种技术 605

三、转录组测序和单细胞转录组分析是转录组学的核心任务 606

第三节 蛋白质组学 606

一、蛋白质组学研究细胞内所有蛋白质的组成及其活动规律 606

二、2-DE-MALDI-MS和LC-ESI-MS是蛋白质组研究常用技术 607

第四节 代谢组学 609

一、代谢组学分析生物代谢产物全貌 609

二、核磁共振、色谱及质谱是代谢组学的主要分析工具 609

三、代谢组学数据依赖生物统计学方法进行分析 610

第五节 糖组学与脂组学 610

一、糖组学研究生命体聚糖多样性及其生物学功能 610

二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控 611

第六节 系统生物学 612

一、系统生物学是一门“整合”的大科学 612

二、生命系统的复杂性促进了系统生物学的形成 612

三、“整合”“信息”和“干涉”是系统生物学的特点 613

四、系统生物学的工作流程包含了从系统结构的鉴定到系统设计的全过程 613

第七节 组学和系统生物学在医学上的应用 614

一、疾病基因组学阐明疾病发病机制 614

二、药物基因组学揭示遗传变异对药物效能和毒性的影响 614

三、疾病转录组学阐明疾病发生机制并推动新诊治方式的进步 615

四、疾病相关蛋白质组学发现和鉴别药物新靶点 615

五、医学代谢组学是开展预测医学和个体化医学的重要手段 616

六、系统生物医学的发展将有力地促进医药领域的全面进步 616

小结 617

参考文献 618

名词释义 619

中英文名词对照索引 631

致谢 643