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第Ⅰ部分 细胞导论3

1 细胞和基因组3

地球上细胞的共同特征3

所有的细胞都以同样的线性化学密码（DNA）形式储存遗传信息3

细胞通过依照模板的聚合作用复制遗传信息4

所有的细胞都将其部分遗传信息转录成共同的中间体（RNA）5

所有细胞都将蛋白质用作催化剂7

所有细胞都以相同的方式将RNA翻译成蛋白质8

相应于一种蛋白质的遗传信息片段就是一个基因9

生命需要自由能10

所有的细胞都是有着相同分子建造材料的生化工厂11

细胞外被覆一层细胞膜，营养物质和废弃物必须通过细胞膜进出细胞12

细胞的生存仅仅需要不到500个基因12

小结14

基因组的多样性及生命树14

细胞可由多种自由能源提供能量14

一些细胞可以为其他细胞固定氮及二氧化碳16

原核细胞间的生化多样性是最为广泛的16

生命树有三个基本分支：细菌、古细菌和真核生物18

一些基因演化迅速，另一些则十分保守19

大多数细菌和真细菌含有1000～4000个基因20

新基因产生于先前存在的基因21

基因复制引起单个细胞内相关基因家族的出现21

基因可以在两个物种之间相互转移，这种现象在实验室和自然界都可以发生23

物种中基因信息的水平交换是由性引起的25

基因的功能常能根据其序列而推测25

生命树上三个基本分支间有200多个基因家族相同26

突变揭示基因的功能27

分子生物学家将焦点对准了大肠杆菌27

小结28

真核生物的遗传信息29

真核生物起源于捕食生物29

真核细胞起源于共生体31

真核生物有着杂和的基因组33

真核生物的基因组非常庞大33

真核基因组中有着丰富的调控DNA34

基因组决定多细胞发育的进程35

许多真核细胞以单细胞的形式存在，即原生生物36

酵母是最小的真核模式生物36

机体中所有基因的表达水平都同时受到监控38

拟南芥——300000多种植物的模式物种39

动物细胞的代表物种：线虫、果蝇、小鼠、人40

果蝇的研究为脊椎动物发育学提供了钥匙40

脊椎动物基因组是重复复制的产物42

基因冗余对于遗传学家来说是个大问题，但却为进化中的物种提供了机会43

小鼠是哺乳动物的模式生物44

人类可以报道自身的特性45

精确来说我们所有人都是不同的45

小结46

2 细胞的化学和生物合成48

细胞的化学组成48

细胞是由几种原子构成的48

最外层电子决定原子的作用方式51

电子的获得和丢失形成离子键52

共价键是通过共用电子对形成的53

存在几种不同类型的共价键54

专题2-1 生物分子中常出现的化学键和化学基团56

原子的行为常常表明它的半径似乎是固定的58

专题2-2 水及其对生物分子行为的影响59

水是细胞中含量最丰富的物质61

某些极性分子在水中形成酸和碱61

4种非共价相互作用帮助细胞内分子结合62

细胞是由碳化合物构成64

细胞含有4大类主要家族的有机小分子64

专题2-3 结合大分子的主要类型的弱非共价键65

糖类物质为细胞提供能量来源，也是多糖的亚单位67

专题2-4 细胞内常见糖的一些类型的概述69

脂肪酸是细胞膜的组成物质71

氨基酸是蛋白质的亚单位72

专题2-5 脂肪酸和其他的脂类73

核苷酸是DNA和RNA的亚单位77

专题2-6 核苷酸的概括79

拥有显著特征的大分子在细胞化学中占据主要地位81

非共价键不仅决定了大分子的精细形状，而且决定了它与其他分子的结合82

小结83

催化作用和细胞利用能量84

细胞代谢是由酶组织的84

细胞释放的热能使得生物有序性成为可能86

专题2-7 自由能和生物反应88

光合生物利用阳光合成有机分子91

细胞通过氧化有机分子获取能量91

氧化与还原涉及电子转移93

酶降低了阻遏化学反应的障碍94

酶是怎样找到底物的——迅速扩散极其重要95

自由能变化决定反应能否发生98

反应物浓度影响△G98

对于连续反应，△G0值是可加和的100

活化的载体分子对于生物合成必不可少102

活化载体的生成与能量上有利的反应偶联102

ATP是最广泛适用的活化载体分子103

储存于ATP中的能量通常用于两个分子的接合103

NADH和NADPH是重要的电子载体105

细胞内还有许多其他的活化载体分子107

生物聚合物的合成需要输入能量108

小结111

细胞怎样从食物中获取能量112

食物分子分三个阶段分解产生ATP113

糖酵解是生成ATP的中心途径115

发酵使得在无氧条件下能够生成ATP115

专题2-8 糖酵解途径中10个步骤的详细内容117

糖酵解过程证实了酶是如何将氧化放能与能量储存偶联起来的119

糖和脂肪都在线粒体分解为乙酰CoA122

柠檬酸循环使乙酰CoA氧化成CO2，生成NADH123

电子转移推动细胞内大多数ATP的合成125

专题2-9 完整的三羧酸循环127

有机体使用特殊的仓库储存食物分子129

氨基酸和核酸参与了氮循环132

许多生物合成途径起始于糖酵解作用或柠檬酸循环132

代谢受到组织和调节133

小结135

3 蛋白质138

蛋白质的形状和结构138

蛋白质的形状特异性决定于其氨基酸序列138

专题3-1 蛋白质中的20种氨基酸141

蛋白质折叠为能量最低的构象144

α螺旋和β折叠是常见的折叠模式145

专题3-2 显示了4种不同的描述SH2结构域（真核细胞中有重要功能）的方式147

结构域是蛋白结构的一个基本单位149

可能的多肽链中只有少数是有用的149

蛋白质可以形成有限的折叠模式151

同源序列搜索可以鉴定亲缘关系152

计算机技术可以将氨基酸序列归类为已知的蛋白质折叠模式153

一些被称为模块的蛋白质结构域，形成了很多不同蛋白质的一部分154

人类基因组编码一套复杂的蛋白质，很多仍然是未知155

大的蛋白质通常包含不止一条多肽链156

一些蛋白质形成长的螺旋状纤维157

一个蛋白质分子可以形成长的、纤维状结构159

共价交联稳定胞外蛋白161

蛋白质分子通常作为大的结构分子的亚基161

细胞内的很多结构是自组装的163

复杂生物结构的形成需要辅助因子的帮助165

小结166

蛋白质的功能167

所有的蛋白质都可以结合其他分子167

蛋白质构象的细节决定了其化学性质168

蛋白质家族成员序列比对可以发现重要的配体结合位点169

蛋白质通过多种类型的接触面相互结合170

抗体的结合位点是高度可变的170

结合能力由平衡常数来衡量171

酶是高效性和高度专一性的催化剂172

底物的结合是酶促反应的第一步174

专题3-3 用来研究酶的一些方法175

酶通过选择性的稳定转换状态加速反应177

酶可以同时产生酸催化和碱催化作用177

溶菌酶揭示了酶是怎样发挥作用的177

与小分子的高亲和性赋予了蛋白质额外的功能181

多酶复合物帮助增加细胞代谢速率182

酶的催化活性可以被调节183

别构酶有两个或多个结合位点相互作用184

两个配体如果其结合位点是偶联的，将会相互影响各自的结合性184

对称的蛋白质分子的组装产生协同别构转换186

原子水平上了解天冬氨酸转氨甲酰酶的别构转换187

磷酸化会导致蛋白质的很多变化188

真核细胞中有一大类蛋白激酶和蛋白磷酸（酯）酶188

Cdk和Src蛋白激酶的调控显示了一个蛋白质是如何作为一个微芯片起作用的191

蛋白质结合和水解GTP是普遍存在的细胞调节因子192

调控蛋白通过决定GTP或者GDP结合来控制GTP结合蛋白的活性193

大蛋白质的运动来自于小蛋白质193

动力蛋白负责细胞中的大运动196

膜结合转运蛋白利用能量将分子输送过膜198

蛋白质通常形成巨大的复合体，以蛋白质机器的形式发挥功能199

细胞功能的基础是复杂的蛋白质相互作用网络199

小结201

第Ⅱ部分 基本遗传机制205

4 DNA与染色体205

DNA的结构和功能207

DNA分子由两条互补的核苷酸链组成207

DNA的结构提供了一种遗传机制210

真核生物中，DNA围在细胞核内212

小结213

染色体DNA及其在染色质纤维中的包装213

真核生物DNA包装成一套染色体213

染色体含有长串的基因214

人类基因组的核苷酸序列揭示了基因在人体内是如何排列的217

相关生物DNA之间的比较揭示DNA序列中存在保守区域和非保守的区域220

染色体存在于细胞生命过程中的不同阶段221

每个形成线性染色体的DNA分子都必须含有一个着丝粒、两个端粒和复制起点222

染色体中的DNA分子高度凝聚224

核小体是真核生物染色体结构的基本单位224

核小体核心颗粒的结构揭示了DNA是如何包装的226

核小体在DNA上的位置由DNA柔性和其他DNA结合蛋白质决定227

核小体通常一起包装成一条致密的染色质纤维229

ATP驱动的染色质重建装置改变了核小体结构231

组蛋白尾的共价修饰可以对染色质产生深远的影响232

小结235

染色体的总体结构235

灯刷染色体含有解凝聚的染色质环235

果蝇多线染色体排列成交替的带和间带237

在多线染色体中，带和间带都含有基因239

单个多线染色体的带能作为一个单位进行解折叠和重折叠240

异源染色质是高度组织的，通常会抑制基因表达242

染色体末端存在一种特殊形式的异染色质243

着丝粒也包装成异染色质246

异染色质可能提供了一种抵制移动DNA元件的机制249

有丝分裂染色体由处于最凝聚状态的染色质形成250

每条有丝分裂染色体都含有巨大结构域这种特征模式251

单个染色体占据间期细胞核内连续区域253

小结255

5 DNA复制、修复以及重组257

DNA序列的维持257

突变率极低257

蛋白质中许多突变都是有害的，并被自然消除258

据我们所知，低突变率对于生命是必需的259

小结259

DNA复制机制259

碱基配对原则为DNA复制和修复提供了基础259

DNA复制叉是不对称的261

DNA复制的高度忠实性需要多种校对机制263

只有以5′→3′方向进行的DNA复制能够对错误有效地加以校正265

一种特殊的核苷酸聚合酶在后随链上合成短RNA引物分子265

特殊蛋白质帮助打开复制叉前面的DNA双螺旋268

移动的DNA聚合酶分子通过一个滑动的环保持与DNA的连接269

复制叉上的蛋白质协同作用，形成一个复制机器271

一种链指导的错配修复系统清除了逃过复制机器检查的复制错误274

DNA拓扑异构酶防止复制期间DNA乱成团275

真核生物和细菌的DNA复制过程相似276

小结279

染色体上DNA复制的起始与完成280

DNA复制起始于复制起点280

细菌染色体只有一个DNA复制起点280

真核生物的染色体含有多个复制起点281

在真核生物中DNA复制只在细胞周期的一段时间内进行284

同一染色体上的不同区域在S期的不同时间进行复制284

高度压缩的染色质复制较晚，而压缩程度较小的染色质中的基因倾向于较早复制285

在一种简单真核生物芽殖酵母中确定的DNA序列充当复制起点285

一个巨大的多亚基复合物结合在真核生物复制起点上287

哺乳动物中指定复制起始的DNA序列曾一度难以确定287

新的核小体在复制叉后面组装起来288

端粒酶复制染色体的末端289

端粒长度受到细胞和生物体的调控292

小结293

DNA修复294

如果不存在DNA修复，自发的DNA损伤将迅速改变DNA序列295

DNA双螺旋容易修复296

DNA损伤可以通过多种途径加以清除297

DNA碱基的化学促进损伤的发现298

双链断裂被有效地修复299

在对DNA损伤的应答中细胞能产生DNA修复酶301

DNA损伤延迟了细胞周期的进程302

小结302

一般性重组302

一般性重组由两个同源DNA分子间碱基配对互作指导进行303

减数分裂重组由双链DNA断裂引起304

DNA杂交为一般性重组中碱基配对步骤提供了一种简单模型305

RecA蛋白及其同源蛋白质使DNA的一条单链能够与DNA双螺旋的同源区域配对305

真核生物中存在RecA蛋白的多种同源蛋白质，它们每一种都特化后具有特异的功能308

一般性重组常常涉及一个Holliday连接的形成308

一般性重组能引起基因转换309

一般性重组事件在有丝分裂和减数分裂细胞中倾向于产生不同的结果311

错配校对防止两条不能配对的DNA序列之间发生任意重组313

小结314

位点特异性重组314

可移动遗传元件能够通过转座或者保守机制进行移动315

转座的位点特异性重组能将可移动遗传元件插入到任何DNA序列中315

DNA转座子提供DNA断裂和连接机制进行转移317

有些病毒利用转座的位点特异性重组将它们自身转移到宿主细胞染色体中319

逆转录病毒样的逆转座子与逆转录病毒类似，但是缺少蛋白质衣壳319

人类基因组大部分是由非反转录病毒的逆转座子组成321

在不同生物中存在不同的占优势地位的转座元件321

基因组序列揭示出转座元件发生过转移的大概时间322

保守的位点特异性重组能可逆地重排DNA323

保守的位点特异性重组能够用来打开或关闭基因326

小结327

6 细胞如何解读基因组329

从DNA到RNA331

部分DNA序列转录成RNA331

转录产生与DNA一条链互补的RNA332

细胞合成几种类型的RNA336

编码在DNA中的信号告诉RNA聚合酶从哪里开始，又在哪里结束336

转录起始和转录终止信号是不同的核苷酸序列339

真核生物中转录起始需要许多蛋白质341

RNA聚合酶Ⅱ需要通用转录因子342

聚合酶Ⅱ也需要激活蛋白、介导蛋白以及染色质修饰蛋白342

转录延伸在DNA中产生超螺旋张力345

真核生物中转录延伸与RNA加工紧密偶联347

RNA加帽是真核生物前体mRNA第一种修饰348

RNA剪接从新转录的前体mRNA中除去内含子序列350

核苷酸序列为在哪里进行剪接提供了信号352

RNA剪接由剪接体完成353

剪接体利用ATP水解提供能量形成各种复杂的RNA-RNA重排353

对前体mRNA的有序影响有助于解释如何选择正确的剪接位点355

另外一套snRNP剪接了动物和植物中一小部分内含子357

RNA剪接表现出显著的可塑性358

由剪接体催化进行的RNA剪接可能从自我剪接机制演变而来359

RNA加工酶产生真核mRNA 3′端361

成熟的真核mRNA选择性地输出细胞核362

许多非编码RNA也在细胞核内合成和加工364

核仁是生产核糖体的工厂366

细胞核含有多种亚细胞核结构368

小结372

从RNA到蛋白质372

mRNA序列编码在一套核苷酸三联体中372

tRNA分子将氨基酸与mRNA中的密码子匹配373

tRNA从细胞核输出前受到共价修饰375

特异的酶将每个氨基酸与它合适的tRNA分子偶联起来377

RNA合成酶进行的编辑确保了精确性378

氨基酸加入到生长多肽链的C端380

RNA信息在核糖体上解译381

延伸因子推动翻译向前进行383

核糖体是一种核酶386

mRNA中的核苷酸序列提供了从哪里开始合成蛋白质的信号388

终止密码子标记翻译的结束390

蛋白质在多聚体核糖体上合成391

质量控制机制在翻译的许多阶段发挥作用393

标准遗传密码中存在较小的变动393

许多原核生物蛋白质合成的抑制剂是有用的抗生素396

蛋白质还在合成时就已开始折叠396

分子伴侣帮助指导许多蛋白质的折叠397

暴露的疏水区域为蛋白质质量控制提供了关键信号400

蛋白酶体降解细胞内大部分新合成的蛋白质401

一种复杂的泛素结合系统标记将要降解的蛋白质402

许多蛋白质受到可调型破坏的控制404

异常折叠的蛋白质能够积聚起来，引起破坏性的人类疾病404

从DNA到蛋白质要经过许多步骤407

小结408

RNA世界与生命的起源408

生命需要自我催化作用（自催化）409

多聚核苷酸不仅能储存信息，还能够催化化学反应409

在RNA世界之前可能存在一个前RNA世界410

单链RNA分子能折叠成高度复杂的结构411

自我复制的分子经历自然选择412

蛋白质合成是怎样进化的415

现今所有细胞利用DNA作为它们的遗传物质417

小结417

7 基因表达的调控420

基因调控概述420

多细胞生物中不同类型的细胞含有相同的DNA421

不同类型的细胞合成不同系列的蛋白质422

细胞能够改变基因的表达以应答外部信号422

从DNA到RNA到蛋白质这条途径中，基因表达可以在许多步骤上受到调控423

小结425

基因调节蛋白中的DNA结合基序425

运用细菌遗传学发现了基因调节蛋白425

DNA螺旋的外侧可被蛋白质识别426

DNA双螺旋的几何学特征由核苷酸序列决定427

短DNA序列是遗传开关的基本组分427

基因调节蛋白含有能够阅读DNA序列的结构基序429

螺旋-转角-螺旋是最简单也是最常见的DNA结合基序之一430

同源异型结构域蛋白构成一类特殊的螺旋-转角-螺旋蛋白质432

存在许多种DNA结合锌指基序432

β折叠也能识别DNA433

亮氨酸拉链基序不仅介导DNA结合，而且介导蛋白质二聚化435

异源二聚化扩大了基因调节蛋白所能识别的DNA序列种类435

螺旋-环-螺旋也介导二聚化和DNA结合436

还不能预测出所有基因调节蛋白识别的DNA序列438

利用凝胶迁移率变动分析能容易地发现序列特异性DNA结合蛋白439

DNA亲和层析使序列特异DNA结合蛋白的纯化更容易441

可以确定出一个基因调节蛋白识别的DNA序列442

染色质免疫沉淀技术可以在活细胞中鉴定出基因调节蛋白结合的DNA位点444

小结444

基因开关如何工作444

色氨酸阻遏蛋白是在细菌中将基因打开或关闭的一种简单开关444

转录激活蛋白将基因打开446

一个转录激活蛋白和一个转录阻遏蛋白调控lac操纵子447

真核细胞中转录调控很复杂449

真核生物基因调节蛋白从距离调控基因表达449

真核基因调控区由一个启动子和调节DNA序列组成449

真核基因激活蛋白促进RNA聚合酶和通用转录因子在转录起始位点上的组装451

真核基因激活蛋白修饰局部染色质结构454

基因激活蛋白协同地发挥作用456

真核基因阻遏蛋白能以不同的方式抑制转录456

真核基因调节蛋白常常在DNA上装配成复合体457

调节果蝇发育的复杂基因开关由较小的元件构造而成459

果蝇eve基因受到组合调控的调节461

哺乳动物复杂的基因调控区域也由简单的调节模块构成463

绝缘子是防止真核基因调节蛋白影响远处基因的DNA序列465

细菌利用可交换的RNA聚合酶亚基帮助调节基因转录466

基因开关是逐渐进化而来467

小结468

产生特化细胞类型的分子遗传学机制468

DNA重排介导了细菌的相转变468

一组基因调节蛋白决定了芽殖酵母的细胞类型470

两种彼此阻遏对方合成的蛋白决定了λ噬菌体的遗传状态472

基因调节环路能用于组建记忆装置以及振荡器473

昼夜节律钟以基因调节中的反馈环为基础473

单个蛋白质可以协同一组基因的表达476

一个关键基因调节蛋白的表达能够引发一整串下游基因的表达476

真核生物中组合基因调控产生许多不同的细胞类型478

单个基因调节蛋白能触发整个器官的形成480

稳定的基因表达模式能够传递到子代细胞481

染色质结构中广泛的染色体改变可以遗传482

DNA甲基化模式在脊椎动物细胞分裂时可以遗传485

脊椎动物利用DNA甲基化将基因锁定在沉默状态486

基因组印迹需要DNA甲基化487

哺乳动物中CG岛大约与20000个基因相连489

小结490

转录后调控491

转录弱化作用引起一些RNA分子提前终止491

选择性RNA剪接能从同一个基因产生不同形式的蛋白质492

自从发现选择性剪接以后，已不得不对基因的定义做出修定494

在果蝇中性别决定依赖于一系列可调型RNA剪接494

RNA转录物切割和poly A加成的位点发生改变能使一个蛋白质的C端发生改变496

RNA编辑能改变RNA信息的含义497

从细胞核转运RNA可以受到调控498

有些mRNA定位在细胞质中的特定区域500

结合mRNA 5′和3′非翻译区的蛋白质介导了翻译负调控502

一个起始因子的磷酸化整体上调节了蛋白质合成503

在翻译起始位点上游AUG密码子上的起始能调节真核生物的翻译起始过程504

内部核糖体进入位点提供了翻译调控的机会505

mRNA稳定性的改变能调控基因表达506

细胞质内poly A加成能调控翻译508

无义介导mRNA降解在真核生物中用作一种mRNA监视系统508

细胞利用RNA干扰来沉默基因表达509

小结510

基因组如何进化511

拷贝和维持DNA的正常机制失灵引起基因组改变511

两个物种基因组序列的差别与它们独自进化以来经历的时间长短呈比例512

人类和黑猩猩的染色体非常相似514

人类和小鼠染色体比较表明了基因组大规模的结构趋异是如何发生的514

难以重构远古基因组的结构515

在进化过程中，基因重复和趋异是产生遗传新颖性的关键来源517

重复的基因发生趋异518

珠蛋白基因家族的进化表明了DNA重复是怎样帮助生物进化的519

外显子重组可以产生编码新蛋白质的基因520

基因组序列给科学家留下尚待解开的谜521

物种的遗传变异为基因组的进化提供了一幅精细的画面522

小结523

第Ⅲ部分 方法529

8 操纵蛋白质、DNA和RNA529

细胞分离和培养530

从组织悬液中分离不同类型的细胞530

细胞可以在培养皿中培养532

在无血清，化学成分已知培养基中鉴别特定生长因子533

真核细胞系是均质细胞的重要来源534

细胞可以融合形成杂种细胞535

杂交瘤细胞系是单克隆抗体的持久来源536

小结538

细胞组分的分离538

可以通过超离心分离细胞器和大分子538

在非细胞体系中可以解释的复杂细胞过程的分子细节540

可以通过色谱分离蛋白质541

亲和色谱利用了蛋白质上的特异性结合位点543

蛋白质的大小和亚基组成可以通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定543

超过1000种蛋白质可以在一次聚丙烯酰胺双向凝胶电泳中分离545

选择性切割蛋白质产生不同的多肽片段组合548

质谱可以用来进行肽段测序和蛋白质鉴定549

小结551

分离、克隆DNA和DNA测序551

可以用限制性内切核酸酶将大分子DNA切成片段552

凝胶电泳分离不同大小的DNA分子554

纯化的DNA分子可在体外用同位素或化学标签进行特异标记554

核酸杂交反应是检测特异性核苷酸序列的灵敏手段555

DNA印迹法、RNA印迹法和电泳分离的核酸分子的杂交558

用杂交技术可以在细胞或者染色体上对特定的核酸序列进行定位560

可以从DNA文库中克隆基因560

两种不同的DNA文库用于不同的目的563

cDNA克隆含有不间断的编码序列564

分离的DNA片段能够进行快速测序565

核酸序列用于预测蛋白质的氨基酸序列567

许多生物的基因组都全部测序完成568

选择的基因片段可以经聚合酶链反应在试管中克隆569

细胞内的蛋白质可以利用表达载体进行大量的表达572

小结574

分析蛋白质的结构和功能574

蛋白质晶体的X射线衍射可以揭示蛋白质的准确结构575

分子结构也可以通过核磁共振光谱学进行测定576

序列相似性可以提供蛋白质功能的线索577

融合蛋白可以用于分析蛋白质功能和在活细胞中追踪蛋白质578

亲和层析和免疫沉淀可以测定相互关联的蛋白质580

蛋白质-蛋白质相互作用可以用双杂交系统进行鉴定581

噬菌体展示的方法也可以检测蛋白质相互作用582

蛋白质相互作用可以利用表面等离子体共振来进行实时监测583

DNA足迹法可以显示蛋白质在DNA分子上结合的位置584

小结586

研究基因的表达和功能586

专题8-1 经典遗传学回顾586

经典途径从随机突变开始589

遗传学筛选鉴别突变体在细胞进程中的缺陷590

互补测验可以揭示两个突变是否发生在同一个基因内部591

基因定位可以通过连锁分析592

寻找同源性可以帮助预测基因的功能594

报道基因可以揭示基因何时何处表达594

芯片可以一次监测数千种基因的表达595

目标突变可以揭示基因功能597

可以按照要求产生含有突变基因的细胞和动物598

在细菌和一些低等真核生物中细胞中的正常基因可以直接被改造的突变基因代替598

改造的基因可以用来在二倍体生物中产生特殊的显性失活突变599

功能获得突变可为基因在细胞或生物体中发挥的功能提供线索601

可以重新设计基因来产生有任何想要序列的蛋白质602

改造的基因可以很容易地插入许多动物的生殖系602

基因打靶可以产生缺失特异基因的转基因小鼠602

转基因植物对细胞生物学和农业都是重要的605

大量收集标记的敲除突变体为检测生物体中每个基因的功能提供了工具607

小结608

9 细胞显像610

显微镜下观察细胞的结构610

光学显微镜能分辨0.2μm的细节部分613

用相差显微镜和微分干涉相差显微镜清晰地观察活细胞614

电子技术用于增强和分析图像615

用于显微镜观察的组织通常要被固定和切片616

细胞中不同的成分可以被选择性染色617

通过荧光显微技术对特定分子进行细胞定位618

抗体可用于检测特定分子620

使用光学显微镜进行复杂的三维物体成像是可能的621

共聚焦显微镜通过滤去焦平面外的光获取光学截面622

电子显微镜分辨细胞的细微结构624

用于电子显微镜的生物标本需要特别准备626

特定的大分子能用免疫金电子显微镜进行定位626

用扫描电子显微镜获取表面图像628

在透射电子显微镜的高分辨率下通过金属阴影来检测表面特征629

冰冻断裂和冰冻蚀刻电子显微镜方法获取细胞内部的面层图像630

负染色和低温电子显微成像术能在高分辨率下观察到大分子632

多重图像能组合到一起提高分辨率633

来源于不同方向的图像能被组合到一起进行三维重构633

小结634

观察活细胞中的分子635

使用发光指示剂度量细胞内离子浓度的快速变化635

几种将不透膜的分子导入细胞的方法636

“笼状”前体分子的光感应活化作用促进了对细胞内动态的研究637

绿色荧光蛋白用于标记活细胞或组织中的蛋白质639

光除了用于对微小物体成像外还可用于操纵微小物体640

可用放射性同位素标记的分子641

放射性同位素作为示踪分子用于细胞和组织中642

小结643

第Ⅳ部分 细胞的内部构造649

10 膜结构649

脂双层659

脂双层的流动性依赖于它的成分653

质膜包含富含有鞘磷脂、胆固醇和某些膜蛋白的脂质筏656

脂双层的不对称性在功能上是重要的656

糖脂在所有质膜表面都有发现658

小结659

膜蛋白659

膜蛋白可以通过多种方法和脂双层联在一起659

大多数跨膜蛋白借助α螺旋构象的多肽链穿过脂双层661

某些β折叠形成大的跨膜通道662

许多膜蛋白被糖基化663

用去污剂能溶解并纯化膜蛋白665

用血影细胞来研究胞质内侧的质膜蛋白667

血影蛋白是一个细胞骨架蛋白，通过非共价作用和红细胞膜的胞质面相连668

血型糖蛋白用一个单个的α螺旋穿过红细胞的脂双层669

红细胞中的带3蛋白是一个促进阴离子转运的多次跨膜蛋白671

细菌视紫红质是一个质子泵，通过7个α螺旋穿过脂双层672

膜蛋白通常形成大复合物来行使功能673

许多膜蛋白在膜平面中扩散674

细胞可以将蛋白质和脂分子限定在细胞膜中特定区域677

细胞表面包被有糖残基679

小结680

11 小分子的膜运输和膜的电性质682

膜运输的原则683

无蛋白质脂双层对离子是高度不渗透的683

膜运输蛋白可分为两大类：载体蛋白和通道蛋白684

主动运输通过与能源偶联的载体蛋白介导684

离子载体可用作增加膜对特异离子通透性的工具685

小结686

载体蛋白和膜的主动运输686

主动运输可被离子梯度驱动688

质膜中Na＋驱动的载体蛋白调节胞质溶胶pH690

上皮细胞中载体蛋白的不对称分布是溶质跨细胞运输的基础690

质膜的Na＋-K＋泵是一种ATPase690

一些Ca2＋泵和H＋泵也是P型转运ATPase693

Na＋-K＋泵是维持渗透平衡和稳定细胞体积所必需的693

专题11-1 胞内水平衡：问题及其解决办法695

合成ATP的膜结合酶是以相反方向起作用的转运ATPase696

ABC运载体是膜转运蛋白的最大家族697

小结699

离子通道和膜的电特性699

离子通道是离子选择性的并在开关两种状态之间转换699

动物细胞中的膜电势主要依赖于K＋漏电通道和跨质膜K＋梯度700

专题11-2 能斯特方程的推导702

当Na＋-K＋泵停止时，静息电位仅缓慢下降702

细菌K＋通道的三维结构证明离子通道如何起作用703

神经细胞的功能依赖于它的纵长结构705

电压门控阳离子通道在电兴奋细胞中产生动作电位706

专题11-3 用乌贼巨轴突所做的一些经典实验709

髓鞘形成增加动作电位在神经细胞中传播的速度和效率711

膜片钳记录表明单个门通道是以全或无的形式开放712

电压门控阳离子通道在进化上和结构上是相关的713

递质门控离子通道在化学突触处将化学信号转换成电信号713

化学突触可以是兴奋型的或是抑制性的714

神经肌肉接头处的乙酰胆碱受体是递质门控阳离子通道715

递质门控离子通道是精神活性药物的主要靶点717

神经肌肉传递涉及5组不同离子通道的相继激活717

各个神经元都是一个复杂计算装置718

神经计算至少需要3类K＋通道的组合720

哺乳动物海马中的长程增强效应（LTP）依赖于Ca2＋通过NMDA受体通道的输入722

小结724

12 细胞内区域和蛋白质分选727

细胞内的区域化727

所有真核细胞具有一套相同的膜包被基本细胞器727

膜包被的细胞器的形态学关系可以从进化发生的角度得到解释730

蛋白质可以在各分隔之间以不同的方式运动732

信号序列和信号斑引导蛋白质至细胞内的正确位置733

专题12-1 研究信号序列和蛋白质跨膜运输的方法735

大部分膜包被细胞器并不是从头形成：细胞器自身提供必需信息736

小结736

细胞核和细胞质间的分子运输736

核孔复合体贯穿核被膜737

核定位信号引导核内蛋白进入细胞核738

细胞核输入受体结合核定位信号和核孔蛋白739

细胞核输出和细胞核输入程序一样，方向相反740

Ran GTP酶促使核孔复合体定向转运的发生741

细胞通过调控进入转运装置的途径实现细胞核和细胞质基质间转运的调节743

核被膜在有丝分裂过程中分解744

小结745

线粒体和叶绿体的蛋白质输入745

蛋白质易位进入线粒体基质依赖于信号序列和蛋白质易位体746

线粒体前体蛋白以伸展的多肽链形式输入线粒体747

线粒体前体蛋白从内膜和外膜的接触点输入线粒体基质748

ATP的水解和H＋梯度驱动蛋白质输入线粒体749

线粒体hsp70催化的ATP水解重复循环使输入过程得以完成750

转运插入线粒体内膜和进入膜间隙的蛋白质需要2个信号序列751

引导蛋白质插入叶绿体的类囊体膜需要2个信号序列752

小结752

过氧化物酶体754

过氧化物酶体利用氧分子和过氧化氢进行氧化反应754

一个短的信号序列引导蛋白质输入过氧化物酶体756

小结756

内质网757

膜旁核糖体定义糙面内质网757

光面内质网在某些特殊细胞中大量存在758

糙面内质网和光面内质网可以通过离心分离760

信号序列是在输入糙面内质网的蛋白质中首次发现的761

一种信号识别蛋白（SRP）引导内质网信号蛋白结合糙面内质网膜上特异性受体762

多肽链通过易位体的含水孔道763

内质网膜易位并不总要求多肽链同时进行延长764

易位后大部分可溶性蛋白质的内质网信号序列被切除765

在单次跨膜蛋白中，唯一的内质网内在信号序列以跨膜α螺旋的形式保留在类脂双层膜中766

起始转移信号和终止转移信号的组合决定了多次跨膜蛋白的拓扑学结构767

易位多肽链在糙面内质网腔中折叠组装770

大多数糙面内质网中合成的蛋白质通过加N-连接寡糖而被糖基化770

寡糖是标记蛋白质折叠状态的标签772

未正确折叠的蛋白质被输出内质网在细胞质基质中降解773

内质网中的错误折叠蛋白质可以引发蛋白质舒展反应774

一些膜蛋白获得共价连接的糖基磷脂酰肌醇锚点774

大多数类脂双层膜在内质网中组装775

磷脂交换蛋白帮助从内质网中将磷脂运送至线粒体和过氧化物酶体778

小结778

13 细胞内的膜泡运输781

膜转运的分子机制及各区室多样性的维持782

专题13-1 研究囊泡运输的分子机制的方法783

存在各种类型的有被囊泡785

网格蛋白的装配驱动囊泡的形成785

有被囊泡脱离质膜和去包被都是受调节的过程787

不是所有的转运囊泡都是球形的789

单体GTPase控制被膜的装配789

SNARE蛋白和靶GTPase指导膜泡转运790

相互作用的SNARE在重新行使功能前需要被掰开792

Rab蛋白帮助确保膜泡锚定的特异性792

SNARE可以调节膜融合794

病毒融合蛋白和SNARE可能利用相似的机制起作用795

小结796

从内质网到高尔基体的运输796

蛋白质被COPⅡ包被的运输泡运出内质网797

只有正确折叠和装配的蛋白质才能离开内质网798

从内质网到高尔基体的转运是由管状运输簇介导的798

内质网回收途径利用分选信号800

许多蛋白质被选择性地留在它们起功能的区室内801

高尔基体酶跨膜区域的长度决定了它们的细胞定位801

高尔基体是由一系列有序的间隔组成的801

寡糖链在高尔基体中经过加工803

蛋白聚糖是在高尔基体中装配的804

糖基化的目的是什么？805

高尔基体由一系列有序的间隔组成806

高尔基体中的运输可能是通过囊泡或高尔基体的成熟完成的807

基质蛋白形成一个帮助高尔基体组织的动态的结构支架808

小结809

从高尔基体反面网状结构到溶酶体的运输809

溶酶体是细胞内消化的主要部位809

溶酶体是一种异质性细胞器810

植物和真菌的液泡是多样性的溶酶体811

物质运输到溶酶体的多条途径811

6-磷酸甘露糖受体识别反面高尔基体网状结构中的溶酶体蛋白812

M6P受体在特异的膜之间穿梭813

溶酶体水解酶的一个信号区提供M6P添加的信号813

GlcNAc磷酸转移酶的缺失引起人类一种溶酶体贮积病814

溶酶体也可能经历胞吐途径815

小结815

从质膜进入细胞的物质运输：胞吞作用815

大的颗粒性物质由特殊的吞噬细胞消化815

胞吞泡由质膜上的有被小窝形成816

并非所有的胞饮泡都是网格蛋白包被的817

细胞通过受体介导的胞吞作用转运细胞外的大分子818

不从胞内体返回的物质被送到溶酶体820

有些特异的分子被从早期胞内体运回到质膜820

在前往晚期溶酶体的途中形成多囊泡体822

大分子能通过跨细胞作用穿过表皮细胞823

表皮细胞有两种不同的早期胞内体但是只有一种晚期胞内体825

小结825

从高尔基体反面网状结构到胞外的运输：胞吐途径826

许多蛋白质和脂类被自动地从高尔基体运到细胞表面826

分泌泡从反面高尔基体网状结构出芽826

分泌泡中的蛋白质在分泌泡形成的过程中通常要经历蛋白质水解过程829

分泌泡停在质膜附近等待分泌信号以释放内含物830

调节型分泌可以是一个质膜区及其下的胞质区的局部反应830

分泌泡的膜组分被迅速地从质膜上移去830

极性细胞指导蛋白质从反面高尔基网状结构到达质膜合适的区域831

指导膜蛋白选择性地运到基底膜的胞质分选信号832

脂筏可能介导到顶部质膜区的鞘糖脂和GPI锚定蛋白的筛选832

突触泡可直接从内吞泡上形成834

小结834

14 能量转换：线粒体和叶绿体837

线粒体839

线粒体由内外两层膜和两个内部区隔组成的841

柠檬酸循环产生高能电子842

化学渗透过程将氧化能量转化成ATP842

电子经3个大的呼吸过程酶复合体的催化由NADH传给O2843

随着电子传递，能量以形成电化学梯度的方式储存844

质子梯度驱动ATP合成845

质子梯度驱动跨膜转运的机制846

质子梯度是细胞中ATP的主要来源848

细胞线粒体中ATP∶ADP比值很高848

ATP在细胞中具有举足轻重的作用848

ATP合酶还具有水解ATP和质子泵的功能850

小结851

电子传递链及其质子泵851

容易移动的质子851

氧化还原电势决定对电子吸引力的大小852

专题14-1 氧化还原电位853

电子传递释放大量的能量854

呼吸链中的许多电子载体可用分光光度的方法来识别854

线粒体内膜上镶嵌有呼吸作用三大酶复合体856

细胞色素氧化酶的铁铜中心高效催化氧气还原857

线粒体内膜上电子传递通过随机碰撞调节859

呼吸作用三大酶复合体氧化还原电势的降低为H＋泵出提供能量859

原子水平上对H＋泵的机制理解860

H＋载体将电子传递和ATP合成过程分开861

呼吸控制正常情况下抑制链中电子的传递861

机体自身的解偶联剂将褐色脂肪组织中的线粒体转变成生热器862

细菌也利用化学渗透机制获取能量862

小结863

叶绿体和光合作用863

叶绿体是质体家族中的一员864

叶绿体类似线粒体但内含有许多区室化的囊泡864

叶绿体利用光能进行碳的固定866

核酮糖二磷酸羧化酶催化碳固定867

每固定1分子CO2需要消耗3分子的ATP和2分子的NADPH867

某些植物的固碳反应通过区隔化来满足低二氧化碳浓度下的生长868

光合作用依赖于叶绿素分子的光化学特性870

一个光合体系是由一个反应中心加一个天线复合体组成的870

在反应中心，被叶绿素捕获的光能从弱的个体中引出强的给电子体872

非循环光合磷酸化产生NADPH和ATP872

叶绿体可以通过循环光合磷酸化产生ATP而不产生NADPH874

光系统Ⅰ和光系统Ⅱ有相关结构，与细菌的光合体系相似874

线粒体与叶绿体中的质子推动力是相同的875

叶绿体内膜的载体蛋白控制代谢物与胞质的交换876

叶绿体也执行其他的重要生命物质的合成877

小结877

线粒体和质体的遗传系统877

线粒体和叶绿体含有完整的遗传体系877

细胞器的生长和分裂决定了细胞中线粒体和质体的数量879

线粒体和叶绿体基因组的多样性881

线粒体和叶绿体可能都是从内共生细菌进化来的881

线粒体基因组的一些特点882

动物线粒体包括已知的最简单的遗传系统884

许多细胞器基因含有内含子884

高等植物的叶绿体含有大约120个基因885

线粒体基因以非孟德尔机制遗传886

细胞器基因的母系遗传886

酵母petite突变体说明了细胞核在线粒体生物发生中的重要作用888

线粒体和叶绿体含有由细胞核编码的组织特异性蛋白889

线粒体的大多数脂类是运入的而叶绿体的大多数脂类是自身合成的889

为什么线粒体和叶绿体有自己的遗传系统呢？889

小结891

电子传递链的进化891

最早的细胞可能通过发酵产生ATP891

电子传递链使一些厌氧菌能利用非发酵分子作为它们主要的能量来源891

光合作用的菌体通过不可耗竭的还原力越过主要的进化障碍892

藻青菌的光合电子传递链产生的大气中的氧和新的生命形式894

小结897

15 细胞通讯901

细胞通讯的普遍原则901

胞外信号分子与特定受体结合901

胞外信号分子可以近距离或远距离起作用903

自分泌信号传递能协调相同细胞群的命运905

间隙连接使信号转导信息能被周围细胞共享906

每个细胞被设定程序对特异组合的胞外信号分子做出反应906

不同细胞能对相同胞外信号分子做出不同的应答907

只有当分子寿命短时，分子的浓度才能迅速被调节908

一氧化氮通过与靶细胞内的酶直接结合进行信号传递909

核受体是配体激活的基因调控蛋白910

三大类的细胞表面受体蛋白是离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体以及酶联受体913

大多数激活的细胞表面受体通过小分子和胞内信号蛋白网络传递信号914

某些胞内信号蛋白起分子开关的作用916

胞内信号传递复合体增强了反应的速度、效率和特异性917

模件结合结构域介导胞内信号蛋白之间的相互作用919

细胞能对逐渐增加浓度的胞外信号做出反应920

细胞能记忆某些信号的效应922

细胞能调节其对信号的灵敏性922

小结923

G蛋白偶联的细胞表面受体介导的信号传递924

三亚基的G蛋白解离后传递来自G蛋白偶联受体的信号924

某些G蛋白通过调控cAMP的生成进行信号传递927

cAMP依赖的蛋白激酶（PKA）介导cAMP的大多数效应929

蛋白磷酸酶使得PKA和其他蛋白激酶的作用瞬时930

某些G蛋白通过激活磷脂酶C-β激活肌醇磷脂信号传递途径931

Ca2＋充当一个广泛存在的胞内信使934

Ca2＋振荡的频率影响细胞反应934

Ca／钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CaM-激酶）介导动物细胞中Ca2＋的许多作用935

某些G蛋白直接调控离子通道938

嗅觉和视觉依赖于调控环核苷酸门控离子通道的G蛋白偶联受体939

胞外信号扩增通过使用小的胞质调质和酶促级联反应被极大地扩增942

G蛋白偶联受体的脱敏依赖于受体的磷酸化943

小结944

细胞表面酶联受体介导的信号转导945

激活的受体酪氨酸激酶自身磷酸化945

酸磷化的酪氨基酸充当具有SH2结构域的蛋白质的停泊位点949

鸟苷酸交换因子激活Ras949

Ras激活一条包括MAP激酶的下游丝氨酸／苏氨酸磷酸化级联反应952

PI3激酶产生质膜上的肌醇磷脂的停泊位点954

PI3激酶／蛋白激酶B信号传递途径能促进细胞存活和生长957

酪氨酸激酶关联受体的活性依赖于胞质酪氨酸激酶958

细胞因子受体激活Jak-STAT信号转导途径，提供了一条快速进入细胞核的途径959

某些蛋白酪氨酸磷酸酶可以充当细胞表面受体961

TGF-β超家族的信号蛋白通过受体丝氨酸／苏氨酸激酶和Smad起作用963

受体鸟苷酸环化酶直接产生cGMP964

细菌趋化性依赖于由组氨酸激酶关联受体激活的二元系统信号传递途径966

小结968

依赖于可调控的蛋白酶解的信号转导途径969

受体蛋白Notch通过切割被激活969

Wnt蛋白结合Frizzled受体并抑制β-连环蛋白的降解970

Hedgehog蛋白通过彼此作用相反的Patched和Smoothened的受体复合体起作用973

多个胁迫和促炎症反应刺激通过NF-kB依赖的信号传递途径起作用975

小结976

植物中的信号传递977

多细胞性和细胞通讯在植物和动物中独立进化977

受体丝氨酸／苏氨酸激酶在植物中行使细胞表面受体功能978

乙烯激活二元信号传递途径979

光敏色素检测红光，隐花色素检测蓝光980

小结982

16 细胞骨架984

骨架纤维的自组装和动态结构984

各种类型的骨架纤维由蛋白质亚单位构成985

专题16-1 形成骨架的三种蛋白质纤维986

多个原纤维形成纤维的组织方式具有优越性987

成核过程是骨架纤维聚合体形成的限速步骤987

专题16-2 肌动蛋白和微管蛋白的聚合989

微管蛋白和肌动蛋白亚单位“从头到尾”组装形成的骨架纤维具有极性991

微管和肌动蛋白丝两端的生长速率显著不同993

纤维的踏车和动态不稳定是微管蛋白和肌动蛋白上绑定的核苷酸水解的结果994

踏车和动态不稳定需要消耗能量，但却非常有用997

其他蛋白质聚合体通过偶联核苷酸水解发生的结构改变是细胞运动所必需的998

微管蛋白和肌动蛋白在真核生物进化过程中显示出高度的保守性999

成束的、卷曲螺旋的中间纤维1000

中间纤维赋予动物细胞机械稳定性1002

药物能够改变纤维的聚合作用1004

小结1006

细胞对骨架纤维的调控机制1006

微管通过一个含有γ微管蛋白的蛋白质复合体成核1007

动物细胞中，微管源于中心体1007

肌动蛋白丝通常在质膜处成核1008

纤维的延长受游离亚单位结合蛋白的限制1011

结合在纤维旁侧的蛋白质既能稳定它们，也能使它们不稳定1012

与纤维末端相互作用的蛋白质能够显著改变纤维动力学1015

细胞中的纤维被构建成高度有序的结构1016

中间纤维被交联并成束形成强有力的排列1017

性质不同的交联蛋白构建肌动蛋白丝不同的装配1018

割断蛋白调控肌动蛋白丝与微管的长度和动力学行为1022

细胞骨架元件能附着到质膜上1024

细胞骨架纤维特殊的束形成了横跨质膜的坚固的附着结构：黏着斑、黏着带和桥粒1025

胞外信号能够诱导主要的细胞骨架纤维重排1026

小结1028

分子马达1028

肌动蛋白为基础的动力蛋白是肌球蛋白超家族的成员1029

两种类型微管马达蛋白：驱动蛋白和动力蛋白1032

肌球蛋白和驱动蛋白在结构上的类似暗示了一个共同的进化起源1033

动力蛋白通过偶联ATP水解产生力量致使构象变化1034

动力蛋白的动力学符合细胞函数1037

动力蛋白介导的膜被细胞器的胞内运输1038

马达蛋白的功能可被调控1040

肌肉收缩依赖于肌球蛋白Ⅱ和肌动蛋白丝的滑动1042

肌肉收缩由胞质内Ca2＋浓度的突然升高引起1044

心肌是设计精确的机器1046

纤毛和鞭毛是由微管和胞质动力蛋白构成的动力结构1047

小结1050

细胞骨架和细胞行为1050

在酵母中能够容易地分析细胞极化的机制1050

特殊的RNA分子由细胞骨架定位1053

很多细胞能够爬过固体基底1053

质膜的外凸由肌动蛋白的聚合驱动1055

细胞的黏附和收缩允许细胞推进自己前进1056

外部的信号可以指导细胞迁移的方向1060

神经细胞复杂的形态特化依靠细胞骨架1062

小结1065

17 细胞周期与程序性细胞死亡1067

细胞周期概述1068

在所有真核生物中，细胞周期控制系统都是相似的1070

在酵母中细胞周期控制系统可以进行详细的遗传学研究1070

在动物胚胎细胞中可以进行细胞周期调控的生化分析1071

利用培养细胞研究哺乳动物细胞的细胞周期调控1073

可以通过各种方法研究细胞周期进程1074

小结1075

细胞周期控制系统元件1075

细胞周期控制系统激活细胞周期中的主要进程1076

控制系统可以在特殊的检测点阻滞细胞周期1077

检测点一般通过细胞内的负反馈信号调控1078

细胞周期控制系统的基础是由细胞周期蛋白激活的蛋白质激酶1078

Cdk活性可以被抑制磷酸化或者抑制蛋白阻断1080

细胞周期控制系统依赖于周期性蛋白质水解1081

细胞周期调控还依赖于转录调控1081

小结1082

细胞内的细胞周期事件控制1083

每个周期中S期cyclin-Cdk复合体（S-Cdk）起始一次DNA合成1083

M期cyclin-Cdk复合体的激活诱发进入有丝分裂期1085

进入有丝分裂期会被不完整的DNA复制阻断：DNA复制检测点1086

M-Cdk为复制染色体分离做准备1087

蛋白质酶解诱发姐妹染色单体分离1087

未结合染色体阻断姐妹染色单体分离：纺锤体结合检测点1088

有丝分裂期的结束需要M-Cdk的失活1089

G1期是Cdk稳定失活的一个时期1090

在哺乳动物G1期细胞中Rb蛋白起控制开关作用1092

细胞周期进程以某种方式与细胞成长保持一致1093

细胞周期进程被DNA损伤阻断以及p53:DNA损伤检测点1094

小结1097

程序性细胞死亡（细胞凋亡）1097

凋亡由细胞内蛋白水解激酶介导1098

procaspase通过与适配蛋白结合激活1099

Bcl-2家族蛋白和IAP蛋白是细胞死亡程序中的主要细胞内调控因子1101

小结1102

胞外的环境控制细胞的分裂、生长和凋亡1102

有丝分裂刺激细胞分裂1103

当细胞进入一个特殊的不分裂时期时，细胞会延迟分裂1103

有丝分裂原激活G1-Cdk和G1/S-Cdk1104

不正常的增殖信号促使细胞周期停止或者细胞凋亡1104

人类细胞有一个内在的控制限制细胞分裂的数量和时间1106

胞外的生长因子可以刺激细胞生长1107

胞外的生存因子抑制细胞凋亡1108

相邻的细胞竞争胞外的信号蛋白1108

很多类型的动物细胞需要锚定来进行生长和增殖1109

一些胞外信号蛋白抑制细胞成长、细胞分裂和存活1111

复杂的细胞分化调控模式产生并维持机体形状1112

小结1114

18 细胞分裂的机制1116

M期概述1117

粘连蛋白和凝缩蛋白协助已复制染色体的定形以便分离1117

细胞骨架机器在有丝分裂和胞质分裂中都发挥作用1118

两个机制帮助确定有丝分裂总发生在胞质分裂之前1119

动物细胞的M期依赖于发生在之前间期的中心体复制1120

M期传统上被分为6步1122

专题18-1 动物细胞M期的主要步骤（有丝分裂和胞质分裂）1122

小结1126

有丝分裂1126

微管在M期不稳定性显著增强1127

相反马达蛋白的相互作用和相反极性的微管驱动纺锤体组装1129

着丝粒把染色体连接到有丝分裂纺锤体上1131

微管在中期纺锤体中高度活跃1132

具有功能的双极纺锤体可以在没有中心体的情况下在染色体周围组装1135

后期会被延迟，直到所有染色体被定位在中期板1136

姐妹染色单体在后期突然分离1137

后期A的着丝粒微管在两端解聚1138

推力和拉力都对后期B有所贡献1139

在有丝分裂末期，核被膜在单独的染色体周围重新形成1141

小结1141

胞质分裂1141

有丝分裂纺锤体的微管决定了动物细胞的分裂平面1142

一些细胞重新配置它们的纺锤体以对称分裂1143

收缩环中的肌动蛋白和肌球蛋白Ⅱ产生胞质分裂的动力1145

封闭膜器官在胞质分裂时期必须被分配到子细胞1147

有丝分裂可以不伴随胞质分裂发生1147

在高等植物中成膜体指导胞质分裂1148

高等生物精巧的M期是从原生生物的分裂机制逐渐进化而来的1149

小结1152

第Ⅴ部分 在“社会背景”中的细胞1157

19 细胞连接、细胞黏着和细胞外基质1157

细胞连接1158

封闭连接通过上皮细胞层形成了一个选择透过性屏障1159

锚定连接把相邻细胞的骨架相连或者把细胞骨架与细胞外基质相连1162

黏着连接把细胞间的肌动蛋白束连接在一起1163

细胞间中间纤维相连的桥粒连接1163

整联蛋白把细胞与细胞外基质相连形成的锚定连接：黏着斑和半桥粒1166

间隙连接允许小分子直接在细胞间传递1167

一个间隙连接由6个跨膜连接蛋白亚基组成1168

间隙连接具有多种功能1169

间隙连接的通透性可以调节1170

在植物中，胞间连丝有着和间隙连接一样的功能1170

小结1173

细胞间黏着1173

动物细胞在原地或者迁移之后可以形成组织1174

解离的脊椎动物细胞可以通过选择性细胞黏着重新装配成组织1174

钙黏素介导依赖Ca2＋的细胞黏着1175

钙黏素在发育中有至关重要的作用1176

钙黏素通过同源聚合的机制介导细胞黏着1178

钙黏素通过连锁蛋白与肌动蛋白细胞质骨架相连1178

在血液中选择素介导短暂的细胞黏着1180

免疫球蛋白超家族成员介导不依赖Ca2＋的细胞-细胞黏着1181

多种类型的细胞表面分子平行发挥作用来介导选择性细胞-细胞黏着1183

非连接的接触可能起始细胞-细胞黏着，然后连接的接触导向和稳定细胞-细胞黏着1184

小结1184

动物的细胞外基质1185

细胞外基质由其中的细胞形成和定向1186

黏多糖（GAG）链占了大部分空间并且形成亲水凝胶1186

一般认为透明质素在组织形态发生和修复中有利于细胞迁移1187

GAG链与核心蛋白共价连接形成蛋白聚糖1188

蛋白聚糖可以调节分泌蛋白的活性1189

在细胞外基质中，GAG链可能是高度组织化的1190

细胞表面的蛋白聚糖作为辅助受体发挥作用1191

胶原是细胞外基质中主要的蛋白质1192

胶原分泌时，在每个末端有非螺旋化的延伸1194

分泌后，纤丝前胶原分子被剪切为胶原分子，然后装配成胶原原纤维1194

与原纤维结合的胶原有助于原纤维的组织装配1196

细胞帮助胶原原纤维进行装配，它们通过向基质施加压力分泌产生1196

弹性蛋白赋予组织以弹性1197

纤连蛋白是帮助细胞附着在基质上的细胞外蛋白1199

纤连蛋白可以以纤维状或溶解性状态存在1200

细胞内肌动蛋白纤维调节细胞外纤连蛋白原纤维的装配1200

基质中糖蛋白有助于引导细胞迁移1201

基膜主要由类型Ⅳ胶原、层粘连蛋白、巢蛋白和硫酸类肝素蛋白聚糖组成1202

基膜具有多种功能1204

细胞外基质可以影响细胞的形状、生长和增殖1206

细胞外基质组分的可调控降解有助于细胞迁移1207

有三种基本的机制来保证蛋白酶对基质组分的降解是受严谨控制的1208

小结1209

整联蛋白1209

整联蛋白是跨膜异源二聚体1210

整联蛋白必须与细胞质骨架相互作用才使细胞与细胞外基质结合1211

细胞调节它们整联蛋白的活性1212

整联蛋白激活细胞内的信号通路1213

小结1215

植物细胞壁1215

细胞壁的成分依赖于细胞类型1215

植物细胞壁的抗张强度使植物细胞具有膨压1217

纤维素微原纤维与果胶多聚糖的网状结构交织形成初生细胞壁1217

微管对细胞壁沉积的导向作用1219

小结1222

20 生殖细胞和受精1225

性别的好处1225

在多细胞的动物和大多数的植物中，双倍期是长期复杂的，而单倍期是短暂简单的1226

有性生殖为生活在复杂多变环境里的生物提供了竞争优势1228

小结1228

减数分裂1228

减数分裂中复制的同源染色体配对1229

配子是经过两次细胞减数分裂产生的1230

同源非姐妹染色单体之间的交换促进了基因的重排1230

交叉在减数分裂期染色体分离时有着重要的作用1233

性染色体的配对确保它们也能彼此分离1234

联会复合体的形成标志着减数分裂染色体配对达到顶峰1235

重组结标明了基因重组的位点1236

遗传图谱揭示了易于发生交换的位点1236

连续两次不进行DNA复制的细胞分裂结束了减数分裂1237

小结1239

哺乳动物的原始生殖细胞和性别决定1239

原始生殖细胞进入正在发育的性腺1240

Y染色体上的Sry基因能让雌性胚胎重新发育成雄性胚胎1241

小结1243

卵子1243

卵子储存了大量的营养物质，而且还有一层精巧的外膜，是高度专一的独立发育1243

各个时期的卵子发育1244

卵母细胞采取特殊的机制生长来增长自身的体积1247

小结1248

精子1248

精子高度适应于把它们的DNA释放到卵子中1249