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生物科学

分子遗传学(第四版)

作者：李振刚

出版社：科学出版社出版时间：2022-05-01

开本：其他页数： 496

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节选

分子遗传学(第四版) 版权信息

ISBN：9787030411211
条形码：9787030411211 ; 978-7-03-041121-1
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
自然科学
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生物科学

分子遗传学(第四版) 内容简介

本书以基因、染色质的结构与功能为基础，以真核细胞的基因调控为重点，以核酸与蛋白质的相互作用为线索，对蛋白质遗传、RNA遗传进行了论述，对分子生物学的基石——中心法则，从分子遗传学的角度进行了探讨，提出了广义中心法则。

分子遗传学(第四版) 目录

目录
前言
第1章引论 1
1.1 分子遗传学的含义 1
1.2 分子遗传学的产生 2
1.3 分子遗传学的展望 8
参考文献 16
第2章基因 18
2.1 基困的分子概念的发展 19
2.2 基因组学时代的基困概念 22
2.3 蛋白质基因概念的提出 26
2.4 组蛋自密码——对基因“唯DNA”的质疑 27
2.5 新基因的产生 34
2.6 基因的进化 36
2.7 基因与DNA 39
2.8 重复序列 48
2.9 重复基因 57
2.10 四重复序列及重复基因的起源 63
2.11 断裂基因 64
2.12 四重叠基因 67
2.13 模糊基因 69
2.14 转座子 70
2.15 新的基因概念的展塑 82
参考文献 83
第3章染色质88
3.1 染色体与染色质——遗传物质的两种存在形式 88
3.2 常染色质与异染色质染色体的两种功能状态 88
3.3 染色体单线性 89
3.4 染色质的分子组成 90
3.5 核小体的结构 98
3.6 常染色质基因表达的分子基础 104
3.7 异染色质形成的分子机制 108
3.8 染色质的非组蛋白框架 114
3.9 微生物的类染色质 115
3.10 染色质的复制与转录 115
3.11 染色体端粒 119
参考文献 121
第4章基因的复制、转录与表达 127
4.1 中心法则 127
4.2 DNA复制 128
4.3 转录过程——RNA合成 140
4.4 mRNA——蛋白质合成的模板 142
4.5 蛋白质合成 150
参考文献 163
第5章基因的调控 166
5.1 基因调控的基本模型 166
5.2 调控序列与调控蛋白 167
5.3 基因的分子调控 171
5.4 原核生物操纵于的特点 174
5.5 σ因子级联调控模型 177
5.6 真核基因的分子调控——多因子调控 178
5.7 真核基因的染色质调控 185
5.8 转录后的基因调控 189
5.9 真核基因的调控模型——Davidson-Britten模型 191
5.10 真核基因的多位点协同调控 193
参考文献 197
第6章蛋白质遗传 200
6.1 阮病毒——感染性蛋白质 201
6.2 脏病毒的繁殖 203
6.3 阮病毒是细胞中的非孟德尔遗传因子 205
6.4 阮病毒的遗传标准 209
6.5 阮病毒蛋白质——蛋白质基因 210
6.6 阮病毒蛋白中有一个独立的pnon决定域 211
6.7 消耗性蛋白质与遗传性蛋白质 212
6.8 作为细胞结构的“蛋白质复合体”的遗传 213
参考文献 222
第7章 RNA已传 224
7.1 RNA世界 224
7.2 RNA干扰 227
7.3 RNAi对基因表达的作用 232
7.4 RNA编辑 236
参考文献 242
第8章动物发育的分子生物学 245
8.1 发青分化理论 245
8.2 胚胎极性与背腹的决定——卵皮层的旋转与发育的启动 248
8.3 器官组织的分化诱导的分子机制 248
8.4 发育程序的分于机制 253
8.5 形态发生的分子机制 257
8.6 非A-P型H基因: En、Pax、Evx等 262
8.7 细胞凋亡的概念 265
8.8 发育基因调控网 269
8.9 衰老的分子遗传学 273
参考文献 278
第9章癌的分子遗传学 282
9.1 癌与癌基因 282
9.2 癌的发生单克隆起源 283
9.3 癌变的起因 284
9.4 抑癌基因 287
9.5 原癌基因转变为癌基因的途径 289
9.6 单一突变不足以引起癌变——癌变的多阶段性质 291
9.7 细胞癌变多阶段性的分子基础 292
9.8 细胞癌基因与信息传递 293
9.9 与发育相关的癌基因 295
9.10 表现遗传(epigenetics)与肿瘤 303
参考文献 305
第10章突变、修复与重组 307
10.1 基因的突变 307
10.2 自发突变 308
10.3 诱发突变 310
10.4 DNA突变(损伤)的修复 316
10.5 突变不完全是随机过程 324
10.6 呼救（SOS）系统 324
10.7 基因的重组 326
参考文献 366
第11章植物发育的分子遗传学 369
11.1 植物发育的分子遗传学特点 369
11.2 植物胚胎发育的极性——发育的起点 371
11.3 植物的体型格局的发育 371
11.4 植物的形态发生 384
11.5 植物发育与形态发生中的基因 395
参考文献 420
第12章中心法则导论 423
12.1 引言 423
12.2 中心法则的提出及修正 424
12.3 对中心法则的挑战 427
12.4 中心法则在生命系统中的地位 448
12.5 中心法则与遗传信息流 458
12.6 中心法则的未来 461
参考文献 467
分子遗传学习题 473
习题答案 480

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分子遗传学(第四版) 节选

第1章引论 1.1 分子遗传学的含义分子遗传学是研究遗传信息大分子的结构与功能的科学，又称为狭义的分子生物学归。它依据物理、化学的原理来解释遗传现象，并在分子水平上研究遗传机制及遗传物质对代谢过程的调控。分子遗传学不同于一般的遗传学。传统的遗传学"主要研究遗传单元在各世代的分布情况"因，而分子遗传学则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、复制、表达及调控过程。它的研究范畴如图1.1 所示。图1.1 分子遗传学的研究范畴 1.1.1 分子遗传学不等于中心法则的演绎一一中心法则可能是一个过于简化的、错误的法则分子生物学家把分子遗传学理解为: "DNA与RNA的复制与转录以及RNA的翻译，也就是中心法则的全过程。其实，分子遗传学的研究范畴要比中心法则广泛得多，深刻得多。它首先是遗传学，其坚实的理论基础仍然是摩尔根（T.H.Morgan）的《基因论》[3]，而不是中心法则。中心法则只是对DNA编码序列(基因)及其表达在分子水平上的解释。但是，从中心法则到性状的形成，仍然是一个复杂的、语焉不详的生物学过程;它不是中心法则所能解释清楚的。正如DNA突变研究的先驱者Auerbach[4]所说: "DNA双螺旋的发现是我们在理解突变方面的巨大飞跃，但这既不是突变研究的开始，也不是突变研究的终结"，"突变是在活细胞内发生的一种过程，这样的过程不能用DNA的简单化学反应来说明。"分子遗传学家把目光紧紧盯在DNA上的时间已经太久，他们应该研究活细胞内与遗传变异有关的一切分子事件，并把目光扩展到RNA、蛋白质甚至糖分子上面。 J.Cotter(国际绿色和平组织科学顾问)和C.Thea(德国绿色和平组织项目主任)指出"分子生物学的中心法则是基于DNA是活跃的，并可以控制基因表达的基础上提出‘ DNA生成RNA，RNA生成蛋白质'。50年来的研究已经改变了这个认识。50年来的发现使我们的认识从DNA是储存信息、控制生成蛋白质的主宰分子转变为DNA只是一个多层次复杂调控网络中的信息储存库(store of information)" 。所以，"在新的科学语言中，DNA的角色变得更加被动; DNA的物理化学性质说明了它的被动性。尽管分子质量很大，DNA仍然是稳定的分子，表现出不活跃、被动的性质"。他们大胆地指出:"中心法则的语言将被修改，DNA不再是主动的，而变成了被动的。DNA不是自我复制，而是由一系列相互作用的酶复制的。DNA不能复制DNA，它只是模板"。并*后断言"回顾这50年，许多大大小小的发现动摇了*初的中心法则和DNA是恒定的、不可改变的观点。这些新发现构成了现代分子生物学的基础，它们显示了虽然中心法则的核心部分仍然正确，但是很显然是一个过于简化的模型。"(J Cotter， C Thea.2003.50 years since the double helix: genetic engineering is crude and old-fashioned.greenpeace org) 笔者认为，如果如Cotter 和Thea 上述的"中心法则的核心部分"只是指"DNA生成RNA，RNA生成蛋白质"的话，可以说中心法则是一个过于简化但仍然正确的模型。但是，中心法则的核心部分不会是从DNA到蛋白质的一般的生化过程，而是具有遗传学意义的法则。Crick 对中心法则的表述例如"信息一旦进人蛋白质，它就不可能再输出"，"详细点说，信息的传递从核酸到核酸或从核酸到蛋白质或许是可能的，但从蛋白质到蛋白质或从蛋自质到核酸则是不可能的"(详见本书12.2.3)，在阮病毒能够复制、繁殖的事实面前，"信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出"就是错误的。因此，中心法则可能是一个过于简化的、错误的法则。 1.1.2 分子遗传学不是核酸及其衍生物(蛋白质)的生物化学分子遗传学研究的对象是分子水平上的生物学过程一一遗传及变异的过程[11].它研究的是动态的生命过程，而不是在试管里或电泳仪上孤立地研究生物大分子的结构与功能的简单的因果关系。有人认为分子遗传学是生物化学的一部分，是研究核酸及其衍生物(蛋白质)的一个分支.这正说明他(她)对生物学与生命现象认识的肤浅。早在1992年，Nature 杂志的主编J.Maddox 曾著文"Is molecular biology yet a science?"田，指出:"现在有那么一群叫做分子生物学家的人，他们的文章无视整体的动物、植物，也很少言及它们的生理学。对这些人来说，实验的资料大部分来自所谓‘凝胶’，分子生物学在很大程度上正变成定性的科学. 如果事情只是简单地说明某个基因版本与某种遗传病相关，那么分离这种片段(如电泳)，然后测序，已足矣。但是，"以往几年的巨大成就表明，生命过程是由严格控制下进行的一些有序事件所组成"。"如果在生物的发育过程中不同形态的出现是决定于形态因子(molecular morphogens)的分子扩散作用，那么它们要何种浓度才能满足正常的发育?"这就需要研究活细胞内的动态的、整体性的分子事件才能作出比较真实的回答。而那种只管因(DNA/RNA)果(蛋白质/酶)，不管过程的定性式的研究是无法回答这类实质性问题的。Maddox[5]警告说"在人们长期地为细胞生物学现象寻找定性的解释中，他们将会相信细胞只不过是一个充满了分子开关的‘袋子'，它作为分子传动器或开或关而出现在预定的事件序列中。这会造成一种印象，按照还原主义者的程序所进行的，对有条理地分割与干燥了的生物体的描述不会远离事物的真相因此分子生物学家应当修正他们的路线，重振质量作用定律（law of mass action）。" 因此要真正地在分子水平上了解遗传变异的本质，仅仅研究核酸或蛋白质的生物化学是远远不够的。对于那些从活细胞中分离出来的、"干燥"了的生物大分子的化学研究是必要的，但绝不是分子遗传学研究的中心内容，更不是它的全部内容。分子遗传学所研究的应该是细胞中动态的遗传变异过程以及与此相关的所有的分子事件。很显然，这些事件决不限于中心法则，也不限于核酸、蛋白质。 1.2 分子遗传学的产生分子遗传学的产生标志着分子生物学的崛起。分子遗传学是微生物学、遗传学、化学、物理等学科相互交叉、相互渗透的产物，究其来源，错综复杂。这里我们仅将分子遗传学发展的几个主要阶段做一简略叙述。 1.2.1 物理学的渗透一一分子遗传学的物理学语言 1945年，量子力学的创始人之一薛定海(E.Schrodinger)的《生命是什么沪》一书出版。他倡导用物理学与化学的思想和方法研究生命的秘密。他说"目前的物理和化学虽然还缺乏能力来说明生物体中发生的各种事件，然而丝毫没有理由怀疑它们是不能用这两门科学来说明的。" 《生命是什么》一书可以说是分子生物学研究开始的标志。薛定诗是**个用物理和化学语言对生命进行了系统描述的物理学家。薛定诗用物理与化学的语言为我们提供了现代分子生物学完整的理论框架，把生命、遗传、基因彻底分子化，并把信息论、量子力学的概念引人生命过程之中。 1.2.1.1 生命之本一一负熵 "生命的特征是什么?一块物质什么时候可以说是活的呢?那就是当它继续在做某些事情'、运动、新陈代谢等，而且可以指望它比一块无生命物质在相似情况下‘维持生活’的时间要长得多。" 20世纪前期，人们认为生命现象并不服从热力学定律，因而不能用物理学定律来解释。根据热力学第二定律，自然界演化的方向是从有序到无序，而生命的发生、演化、分化、生长等过程，显然是从组织程度较低的无序到组织程度较高的有序。这是无生命世界中难以实现的。薛定海[6]说"我们不必因为物理学的普遍定律难以解释生命而感到沮丧，一个有机体能够避免很快地衰退为惰性的‘平衡'态，似乎成了难解之谜，以致在人类思想的*早时期，曾经认为有某种特殊的非物质的力或超自然的力(‘活力’)在有机体里起作用，现在还有人是这样主张的。" 熵定诗用"负熵"的概念，使物理学渗透到生物学领域，开启了分子生物学的崛起! 熵是一个可以计算的物理学的量。在绝对零度时，任何一种物体的情等于零。当你以缓慢的、可逆的、微小的变化使物体进入另一种状态时，怖的增加是这样计算的:在此步骤中必须供给的每一小部分热量，除以供给热量时的温度(摄氏)，然后把所有这些求得的熵数加起来。例如，当熔解一种固体时，熔化热除以熔点温度，就是它的惰的增加数。因此，熵的单位是卡/摄氏度。 "熵=klgD，k是所谓的玻尔兹曼常数(k=3.2983E-24cal/℃)，D是有关物质的原子无序状态的数量量度。要用简短的非专业性的术语对D 这个量做出精确的解释几乎是不可能的。它所表示的无序，一部分是那种热运动的无序，另一部分是存在于随机混合的、不是清楚地分开的各种原子或分子中间的无序。"[6] 薛定诗认为，既然D是元序的度量，它的倒数l/D 可以作为有序的度量。因为l/D的对数正好是D的负对数，玻尔兹曼的方程式可以表达为负惰=klg(l/D)。所以，负熵就是取负号的熵，它本身是有序的一个量度。 "在我们的食物里，究竟含有什么样的宝贵东西能够使我们免于死亡呢?那是很容易回答的。每一个过程、事件、事变一一你叫它们什么都可以，一句话，自然界中正在进行着的每一件事，都是意味着它在其中进行的那部分世界的惰的增加。因此，一个生命有机体在不断地增加它的熵(你或者可以说是在增加正熵).并趋于接近*大值的情的危险状态，那就是死亡。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境里不断地吸取负惰，我们马上就会明白负熵是十分积极的东西。有机体就是以负熵为生的.或者，更确切地说，新陈代谢中的本质的东西，乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的熵。"[6] 因此，生命是以负熵为生。有机体本身吸引了一连串的负摘去抵消它在生命活动中增加的脯，从而使它自身维持在一个稳定的而又很低的熵的水平上，生命因此得以继续。他指出一个开放系统的熵不一定增加，它可以从外界引人"负熵"；生命正是一个开放系统。 1.2.1.2 基因之本一一非周期性晶体分子薛定海认为，"一个有机体在它自身集中了‘秩序之流'，从而避免了衰退到原子混乱(从合适的环境中‘吸取秩序')。这种惊人的天赋似乎同‘非周期性固体'，即染色体分子的存在有关。"[6]他指出，在非周期性晶体中是靠每个原子和每个自由基在固体里发挥各自的作用。在这种结构里，不必有大量的原子就可产生出几乎是无限可能的排列。薛定诲据此推导出遗传密码的存在。他说"一个基因一一也许是整个染色体纤丝一一是一种非周期性的固体。" "就基因分子的图式来说，微型密码是丝毫不错地对应于一个高度复杂的特定的发育计划，并且包含了使密码发生作用的手段，这一点已经不再是难以想象的了。"[6] 他还推算了一个基困的大小。他认为基因"在染色体上定位以后，测量那条染色体的长度并除以特定的数目，再乘以染色体的横截面，就得出了我们所需要的估计数"。"果蝇的某些细胞(唾腺细胞).由于某种原因是大大地增大了的，它们的染色体也是如此。在这些染色体上，你可以分辨出纤丝上的深色横纹的密集图案。C.D.Darlington 曾经说过，这些横纹的数目(他当时说是2000个)虽然比较多，但大体上等于用繁育试验得出的、位于染色体上的基因数。他倾向于认为，这些横纹带标明了实际的基因(或基因的分离)。在一个体积正常的细胞里测得的染色体长度，除以横纹的数目(2000)，他发现一个基因的体积等于边长为300A:①的一个立方体."300A大约只有100个或150个原子距离，所以，基因应该包含的原子，肯定不会超过几百万个。 1.2.1.3 基因的突变——生物学的量子论

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