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内容简介
CHAPTER 1基础遗传学
遗传学之父——孟德尔
基因决定生化途径的每一步
突变是来自於基因的改变
表现型与基因型
染色体为一含有基因的细长分子
不同的生物体具有不同数目的染色体
显性及隐性的对偶基因
部分显性、共同显性、穿透性及修饰基因
来自父母双方的基因由於有性生殖而产生混合
性别的决定与特性
在遗传时邻近基因是互相关联
减数分裂的重组是为了确保基因的多变性
大肠杆菌是研究细菌基因的模组
CHAPTER 2细胞与生物体
生命是什么？
生命体由细胞组成
活细胞的主要特质
原核细胞缺少细胞核
真细菌和古细菌在基因上是不同的
细菌可用来做细胞功能的基础研究
大肠杆菌为细菌的主要系统
大自然中哪里可找到细菌？
部分细菌引起感染性疾病，但大部分是有益的
真核细胞内部可分为数个区间
真核细胞的多变性
真核细胞具有两个基本细胞系统
生物体的分类
研究中广泛使用的生物体
酵母菌广泛用来研究单一真核细胞
线虫与果蝇用来研究多细胞动物
斑马鱼用来研究脊椎动物发育
老鼠与人类
阿拉伯芥可做为植物系统
单倍体、双倍体与真核细胞的细胞周期
病毒并非活细胞
细菌病毒感染细菌
常见的人类病毒疾病
多种亚细胞基因实体
CHAPTER 3 DNA、RNA和蛋白质
核酸分子带著基因讯息
核酸的化学结构
DNA和RNA各有四个硷基
核苷是由硷基与糖组成：核苷酸是由核苷加上磷酸而成
两条DNA形成双股螺旋
硷基配对的稳定利用氢键的形成
双股螺旋的互补性解释遗传学的迷思
染色体的组成
中心理论列出基因讯息的流向
核糖体判读基因密码
基因密码指示蛋白质的胺基酸序列
各种的RNA具有不同的功能
蛋白质由胺基酸组成来执行许多细胞的功能
蛋白质的结构有四种层级
蛋白质各具有不同的功能
CHAPTER 4基因、基因体与DNA
DNA为遗传物质的历史回溯
维持生命需要多少的基因讯息才足够
非编码DNA
非编码DNA序列中也可能存在编码DNA
重复序列的DNA是较高等生物的特性
卫星DNA是非编码DNA以重复序列出现
迷你卫星DNA与VNTR
自私DNA与垃圾DNA的起源
回文、倒转重复序列、茎状与环状结构
多个A-tracts造成DNA弯曲
超螺旋在细菌DNA的包装上是必要的
拓朴酶和DNA促旋酶
锁形与打结的DNA必须被校正
局部的超螺旋
超螺旋影响DNA的结构
DNA的另类螺旋结构
真核细胞的组蛋白包装DNA
真核细胞更进一步的DNA包装
高温使得DNA双股分开：冷却使它们结合
CHAPTER 5细胞分裂与DNA复制
细胞分裂和繁殖不一定相同
DNA复制发生在复制叉上，是一种两阶段的过程
超螺旋引起复制的问题
双股分离在DNA合成之前
DNA聚合酶的特性
核苷酸的聚合
供应DNA合成的前驱物质
DNA聚合酶延长DNA单股
复制叉是复杂的
DNA间断的合成需要一个引发体的蛋白复合体
延迟股的完成
染色体复制起始於oriC
DNA甲基化和附著到细胞膜可以控制复制初始
染色体复制结束在terC
松开子代染色体
在染色体复制后才发生细菌细胞分裂
细菌花了多少时间进行复制
复制子的概念
在真核细胞中复制直线状DNA
真核细胞染色体有多个的复制起始点
真核细胞DNA复制
高等生物体的细胞分裂
CHAPTER 6基因转录作用
基因藉由制造RNA而表现
染色体上的短片段可转变成遗传讯息
词汇：顺反子、编码序列、开放读取框架
基因的起始序列是如何被辨识的？
遗传讯息的大量制造
RNA聚合酶知道应该在何处停止
细胞如何知道哪些基因需要被启动表现？
启动子如何被活化？
抑制子的作用导致了转录的负向调控作用
许多调控蛋白可与小分子结合并因此改变形状
真核生物的转录作用较为复杂
真核生物的rRNA与tRNA的转录作用
真核生物中带有蛋白质编码基因的转录作用
上游因子可增加RNA聚合酶Ⅱ的效能
增强子可从远端调控转录作用
CHAPTER 7蛋白质的结构与功能
胺基酸组成蛋白质
多胜性肽链的形成
二十种胺基酸组成多胜肽链
胺基酸拥有α碳的不对称性
蛋白质在有机体中有四种层级的结构
蛋白质藉由氢键形成二级结构
蛋白质的三级结构
维持蛋白质3-D结构的多种作用力
半胱胺酸形成双硫键
大分子蛋白质中的多摺叠功能区域
蛋白质的四级结构
较高程度的组装与自行组装
辅助因子和金属离子通常帮助相关的蛋白质
核酸蛋白、脂蛋白和糖蛋白都是复合蛋白质
蛋白质提供许多细胞功能
蛋白质机器
酵素催化代谢反应
酵素有多样的专一性
锁钥模型和诱使适合的模型描述酵素与受质的结合
酵素根据其受质来命名和分类
酵素可以降低活化能
酵素的反应速率
受质类似物和酵素抑制剂作用於酵素的活化区
酵素也可以直接被调节
异位酵素受讯息分子所影响
酵素藉由化学修饰来调控
蛋白质以多种不同的路径与去氧核糖核酸（DNA）结合
蛋白质的变性
CHAPTER 8蛋白质的合成
蛋白质的合成过程是有计画的执行
蛋白质为基因的产物
基因密码的解译
tRNA会扭转成三叶形，并摺叠成L型
存在於tRNA的修饰硷基
某些tRNA能识别超过一个以上的密码子
tRNA如何进行充电
核糖体：细胞的遗传讯息解码机
三种可能的读取框架
起始密码子的选择
起始复合物在转译前必须先行组合
tRNA在多肽链延长过程中在核糖体的三个结合位置
释放因子可终止蛋白质合成
数个核糖体可以同时读取同一条mRNA上面的遗传讯息
细菌的单一mRNA分子即可以编译数种蛋白质
细菌内的转录与转译作用是同时进行
转译过程中作用延滞的核糖体及状况的解除
真核细胞与原核细胞合成蛋白质的差异
真核细胞如何开始进行蛋白质合成
细胞能在当资源缺乏时暂停蛋白质的合成
被输出至细胞外的蛋白质具有一段特殊的讯号序列
伴侣素能监控蛋白质摺叠的正确性
粒线体与叶绿体内的蛋白质合成
转位酶负责将蛋白质运送至粒线体与叶绿体内
误译导致蛋白质的合成错误
基因密码并非总是通用
罕见胺基酸透过转译后修饰机制产生
硒胺酸：第21种胺基酸
吡咯赖胺酸：第22个胺基酸
多数的抗生素的作用是透过抑制蛋白质合成
蛋白质的降解
CHAPTER 9原核生物转录的调控
基因调控确认生理反应
转录层次的调控涉及数个步骤
原核生物替代的sigma因子辨识不同的基因组
原核生物的热休克sigma因子受温度调节
杆菌孢子形成时发生的替代sigma因子阶梯
抗-sigma因子使sigma不活化：抗-抗-sigma因子释放sigma使它能发挥作用
活化子与抑制子参与正向及负向调控
基因调控的操作组模型
某些蛋白质可以同时做为抑制子及活化子
讯号分子的性质
活化子与抑制子可以被共价性地修饰
二元调节系统
磷酸重置系统（Phosphorelay Systems）
特异的与全面的调节
Crp蛋白质是全面性调控蛋白的一个例子
附属因子与拟核结合蛋白质
在远处的作用与DNA套环化
抗-终止做为一种调控机制
CHAPTER 10真核细胞转录的调控
真核细胞转录的调控远比原核细胞的调控复杂
特定的转录因子可调控能转译成蛋白质的基因
中介子复合物可将讯息传递到RNA聚合酶
增强子与绝缘子序列将不同功能的DNA区隔开
矩阵的连结部位允许DNA形成环状
真核细胞具有转录的负向调控
异染色质使得真核细胞DNA难以被接近
真核细胞的DNA甲基化可调控基因表现
基因的静默可由DNA甲基化而引起
真核细胞基因的印痕以DNA甲基化为基础
X-染色体的不活化发生在雌性××动物
CHAPTER 11 RNA层次上的调控
RNA层次上的调控
蛋白质结合mRNA控制其分解速率
某些mRNA分子在转译前必须先切割
某些调控蛋白可以导致转译抑制
某些调控蛋白可以导致转译活化
转译可以受到反义RNA调控
核糖体改变进行转译调控
RNA干扰（RNAi）
RNA干扰的放大及扩散
实验中使用小片段干扰RNA （siRNA）
植物的后转录基因静默与真菌的基因压制作用
微小RNA：一类小型调控RNA
前驱物终止作用导致RNA转录的衰减作用
核糖开关——RNA可以直接做为调控机制
CHAPTER 12核糖核酸（RNA）的修饰
核糖核酸（RNA）产生过程需经过数种修饰
编码及非编码之RNA
核糖体核糖核酸（rRNA）及转运核糖核酸（tRNA）之产生过程
真核细胞讯息核糖核酸（mRNA）包含一帽盖及一尾部
成帽反应为讯息核糖核酸（mRNA）成熟之第一步骤
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）
内含子会经由剪接过程由RNA中移除
不同类型的内含子有不同的剪接机制
选择性剪接可产生多种形式的RNA
内蛋白子及蛋白质的剪接
核糖体核糖核酸（rRNA）硷基的修饰需要导引核糖核酸（guide RNA）
RNA的编辑包含了硷基序列的改变
RNA需由细胞核转运出
讯息核糖核酸（mRNA）的降解
无意义序列的存在能中介讯息核糖核酸（mRNA）的衰退
CHAPTER 13突变
改变DNA序列的突变
突变的主要分类
硷基替换的突变
误义突变的影响可大可小
无义突变会使胜肽链提早终止
删除突变会造成蛋白质变短或消失
插入突变常会干扰原有基因
框架位移突变有时会造成不正常蛋白质
DNA的重排包含了倒转、移位及重复
相位变异是因为可回复的DNA变化所造成的
静默突变并不会改变表现型
化学致变剂会损害DNA
辐射会造成突变
自发突变可能是由於DNA聚合酶的错误所造成的
突变可能是因为配对错误及重组所造成
自发突变可能是互变异构作用的结果
自发突变可能是由於遗传的化学不稳定性所造成
突变发生在热点的频率更高
突变有多常发生？
回复突变是使表现型回复成野生型的遗传基因改变
回复突变可因其他基因的补偿性改变而发生
转移RNA所造成的解码改变可能会造成抑制
致变性化合物可以经由回复突变来侦测
突变株分离实验
生体外与生体内致突变作用
定点突变
CHAPTER 14重组与修复
重组作用总览
同源重组的分子机制
单股入侵及chi位
位置专一性重组
高等生物的重组作用
DNA修复总览
DNA的错误配对修复系统
一般切除修复系统
切除特定的硷基来修复DNA
特化的DNA修复机制
光活化作用切除胸腺嘧啶二元体
伴随转录的修复作用
重组作用的修复
细菌的SOS错误倾向修复
真核生物的修复
真核生物的双股修复
基因转换
CHAPTER 15移动DNA
细胞中的遗传因子可以被视为是基因生物
大部分的移动DNA是由转位因子所组成
转位子的必要组成
插入序列——最简单的转位子
藉由保留转位移动
复杂转位子藉由复制转位移动
保留转位及复制转位是相关的
复合转位子
转位可能会重排宿主DNA
较高等生物中的转位子
反转录因子会制造一个RNA复本
哺乳类动物中的重复DNA
宿主衍生DNA的反转录插入
反子转码产生细菌的反转录酶
各类转位因子
噬菌体Mu是转位子
接合转位子
嵌入子帮转位子收集基因
垃圾DNA与自私DNA
返巢内含子
CHAPTER 16质体
质体做为一个复制子
质体的一般特性
质体家族和不相容性
质体偶尔是直线状或是RNA的形式
质体DNA以两种不同的方法进行复制
以反股RNA对复本数的控制
质体瘾和寄主杀害作用
许多质体帮助它们的寄主细胞
抗-抗生素的质体
抗生素抗药性的机制
乙内醯胺（Beta-lactam）抗生素的抗药性
对氯霉素的抗药性
对胺基糖苷的抗药性
对四环霉素的抗药性
对磺胺和三甲氧二胺嘧啶的抗药性
质体可能提供侵略的特质
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
细菌对自己的大肠杆菌素产生免疫
大肠杆菌素的合成和释放
毒力质体
Ti质体可以从细菌转移到植物
酵母菌的2μ质体
某些DNA分子的行为像病毒或质体
CHAPTER 17病毒
病毒是一种具有遗传物质的传染性微生物
病毒的生活史
细菌病毒即所谓的「噬菌体」
潜溶期或潜伏期
各种病毒
小型的单股DNA细菌病毒
复杂的双股DNA细菌病毒
高等生物DNA病毒
RNA病毒基因体仅携带极少数的基因
细菌RNA病毒
动物双股RNA病毒
单股RNA病毒可合成「聚合蛋白质」
单股 RNA病毒的策略
植物RNA病毒
反转录病毒可灵活使用DNA和RNA
反转录病毒基因体
次级病毒传染物
卫星病毒
类病毒是一种具感染力的裸露RNA分子
普立子是一种具感染力的蛋白质
CHAPTER 18细菌遗传
繁殖与基因转移
外来DNA进入菌体后的结果
转型是由裸露的DNA片段进行转移
转型是DNA为遗传物质的证明
自然界中的转型
病毒的基因转移——转导
一般化的转导
特化的转导
细菌间质体的转移
染色体基因转移需要质体的插入
格兰氏阳性菌间的基因转移
古细菌的遗传
全基因体的定序
CHAPTER 19低等真核生物之多样性
真核生物起源於共生
粒线体与叶绿体的基因体
一级内共生与二级内共生
疟原虫是植物吗？
共生：寄生及互利共生
杀手型草履虫的内共生菌
布赫纳氏菌是胞器还是细菌？
纤毛虫有两种细胞核
锥体虫藉由改变其表面蛋白质来逃脱免疫系统的攻击
酵母菌交配型的决定
多细胞生物与同位序列基因
CHAPTER 20分子演化
源起——地球的形成
早期的大气
奥裴林生命起源假说
密勒实验
单分子形成聚合物的聚合作用
随机性类蛋白的酵素活性
生成巨分子的起源
Ribozymes和RNA世界
第一个细胞
代谢起源的自营学说
DNA、RNA和蛋白质序列的演化
藉由复制作用创造新基因
同种同源性和异种同源性序列
以改组（shuffling）创造新基因
不同的蛋白质以极相异的速度逐步演化
以分子时钟来追踪演化
核糖体RNA——缓慢发出滴答声的时钟
古细菌与真细菌互相抗衡
DNA定序和生物的分类
粒线体DNA——快速发出滴答声的时钟
非洲夏娃假说
来自绝种动物的古老DNA
侧面演化：平行基因转移
评估平行基因转移所遭遇的问题
CHAPTER 21核酸：分离、纯化、侦测与杂交
DNA的分离
DNA的纯化
去除不需要的RNA
DNA的胶体电泳
脉冲式胶体电泳
变性梯度胶体电泳
DNA的化学合成
完整基因的化学合成
胜性肽核酸
以紫外光测量DNA与RNA浓度
核酸的放射线标示
放射标示DNA的侦测
用萤光侦测DNA与RNA
以生物素或洋地黄素进行化学标定
电子显微镜
DNA与RNA的杂交
南方氏、北方氏、西方氏墨点法
动物园墨点法
萤光原位杂交
分子信标
CHAPTER 22重组DNA技术
绪论
核酸酶水解核糖核酸
限制与修饰DNA
限制内切酶辨识DNA
限制酶的命名
限制酶切割DNA
利用DNA接合酶连接DNA
制作限制酶图谱
限制酶片段长度多型性
选殖载体的特性
多重拷贝质体载体
将基因插入载体中
侦测插入载体的基因
在生物体之间移动的基因：穿梭载体
γ噬菌体载体
黏性载体
酵母菌人工染色体
细菌人工染色体
DNA库：收集某一特定生物的全部基因
以杂交反应筛选基因库
利用免疫的方法筛选基因库
选殖不含内含子的互补DNA
染色体游走
减去杂交法选殖
表现载体
CHAPTER23 聚合酶链反应
聚合酶链反应的基础
PCR循环的过程
退化的引子
反逆PCR
加入人工的限制酶切位
以PCR进行TA选殖
随机放大多型性 DNA （RAPD）
反转录酶PCR
差别表现PCR
cDNA末端的快速放大（RACE）
PCR应用在遗传工程
直接突变
藉PCR进行基因删除与插入
PCR应用在医学的诊断
藉PCR行环境的分析
藉PCR从灭绝的生命形式挽救DNA
即时萤光PCR
PCR——蠍引子应用在分子信标的内含物
绕圆的放大技术（RCAT）
CHAPTER 24基因体学与DNA定序
基因体学的介绍
DNA定序——一般性的法则
DNA定序之链终止方法
DNA聚合酶用於DNA定序
产生模板DNA用於定序
引子沿著DNA股移动
自动化定序
DNA晶片技术的出现
寡核苷酸晶片侦测器
焦磷酸定序
奈米通道DNA侦测仪
大规模序列标定图谱
序列标定位点图谱
用散弹枪定序组合成小的基因体
人类基因体竞赛
由大型的选殖连续体组合成基因体
由直接散弹枪定序组合成基因体
人类基因体调查
序列多型性：简单序列长度多型性与单一核苷酸多型性
使用外显子套取找出基因
生物资讯与电脑分析
CHAPTER 25基因表现分析
简介
监测基因表现
监测基因表现的报导基因
方便检测的酵素做为报导者
可释出光线的冷光酶当作报导系统
绿萤光蛋白做为报导者
基因接合
上游区域的删除分析
定位蛋白质键结的上游区域
藉由引子延伸方法定位转录起始位置
藉由S1核酸分解酶定位转录起始位置
转录体分析
DNA微阵列分析基因表现
基因表现连续分析
CHAPTER 26蛋白质体学：整体性的分析蛋白质
蛋白质体学简介
蛋白质胶体电泳分析
二维聚丙烯醯胺蛋白质电泳
以西方氏墨点法分析蛋白质
以质谱仪技术鉴定蛋白质
蛋白质标定系统
使用全长蛋白质做为融合标定物
可自我切割的内蛋白子标记
以噬菌体展现系统筛选
蛋白质交互作用：酵母菌二杂交系统
以共同免疫沈淀法判定蛋白质交互作用
蛋白质矩阵
代谢体学
