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绪论1

第一节 生物化学与分子生物学发展简史1

一、蛋白质是生命的主要基础物质1

二、物质代谢通路图的描绘2

三、生物遗传的物质基础是核酸2

四、遗传信息传递中心法则的建立2

五、基因工程技术的发展3

六、基因组研究的发展4

七、细胞信号转导机制的研究4

八、我国科学工作者对近代生物化学与分子生物学的贡献4

第二节 生物化学、分子生物学与其他学科的关系7

第三节 本书的内容7

第一篇 生物大分子的结构与功能8

第1章 蛋白质的结构与功能8

第一节 蛋白质的分子组成9

一、氨基酸是蛋白质的基本组成单位9

二、蛋白质是氨基酸通过肽键相连而成的生物大分子13

第二节 蛋白质的分子结构14

一、氨基酸的排列顺序是蛋白质的一级结构14

二、多肽链主链的局部空间构象是蛋白质的二级结构15

三、侧链R基团的相互作用形成蛋白质的三级结构18

四、亚基缔合成分子——蛋白质的四级结构19

五、蛋白质的分类20

第三节 蛋白质结构与功能的关系21

一、蛋白质一级结构是空间构象和功能的基础21

二、蛋白质的功能依赖其特定的空间构象23

第四节 蛋白质的理化性质及其应用25

一、蛋白质具有与氨基酸相同和特殊的理化性质25

二、利用蛋白质的性质分离和纯化蛋白质27

第2章 核酸的结构与功能31

第一节 核酸的化学组成及一级结构31

一、核酸可以分为核糖核酸及脱氧核糖核酸31

二、核酸的基本组成单位是核苷酸32

三、核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键连接成多聚核苷酸链35

四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序36

第二节 DNA的结构与功能36

一、DNA的二级结构是双螺旋结构36

二、DNA的三级结构是超螺旋结构38

三、DNA的功能是携带遗传信息40

第三节 RNA的结构与功能40

一、mRNA从DNA转录遗传信息指导蛋白质合成40

二、tRNA是蛋白质合成的接合器分子41

三、rRNA参与蛋白质合成的场所核糖体的组成42

四、细胞内其他的小分子RNA参与体内重要的过程43

第四节 核酸的理化性质44

一、核酸是具有酸性的生物大分子44

二、核酸分子在紫外260nm处有强烈的吸收44

三、核酸的变性是双链解离的过程44

四、核酸的变复性是分子杂交技术的基础45

第五节 常用的核酸分离纯化技术45

一、酚抽提法可分离核酸45

二、层析法可分离核酸46

三、密度梯度离心法可分离核酸46

四、凝胶电泳法可分离核酸46

第3章 酶和维生素47

第一节 酶的分子结构与功能48

一、辅基、辅酶和辅助因子对酶催化活性至关重要48

二、酶的活性中心是与底物结合的局部特定空间结构49

三、酶活性可用单位时间内底物消耗或产物生成量表示50

第二节 酶的命名与分类50

一、酶按催化反应的性质分为六大类50

二、酶的命名有系统命名和习惯命名51

第三节 酶促反应的特点与机制51

一、酶促反应的特点52

二、酶促反应具有多样化机制53

第四节 酶动力学56

一、化学反应速度和酶促反应速度56

二、底物浓度对酶促反应速度的影响存在饱和效应56

三、酶浓度增加能提高酶促反应的速度58

四、温度对酶促反应速度存在双重影响59

五、pH可影响酶分子结构而影响酶促反应速度59

六、抑制剂能与酶结合抑制酶促反应速度60

七、激活剂能提高酶促反应速度63

第五节 酶活性调节63

一、酶原激活的本质是形成酶的活性中心63

二、酶的共价修饰与级联效应64

三、别构酶与别构效应65

四、酶含量的调节65

第六节 酶与生物医学的关系66

一、许多疾病的发生与酶的结构和功能改变直接相关66

二、酶活性的测定可应用于疾病诊断67

三、酶可用于疾病治疗69

四、酶广泛应用于生物医学研究70

第七节 维生素与辅酶70

一、水溶性维生素与辅酶71

二、脂溶性维生素76

第4章 糖复合物80

第一节 糖蛋白81

一、糖蛋白的结构81

二、糖蛋白中寡糖链的功能84

第二节 蛋白聚糖86

一、糖胺聚糖的结构86

二、蛋白聚糖的生物合成86

三、蛋白聚糖的功能87

第三节 糖脂88

一、鞘糖脂88

二、糖脂的功能90

三、糖脂与疾病90

第四节 细胞外基质成分91

一、胶原91

二、纤连蛋白93

三、层黏连蛋白94

第二篇 物质代谢与调节96

第5章 糖代谢96

第一节 概述97

一、糖在体内具有以氧化供能为主的多种生理功能97

二、糖的消化、吸收主要在小肠中进行97

第二节 糖的无氧分解98

一、糖的无氧分解过程分为糖酵解途径和乳酸生成两个阶段99

二、糖的无氧分解以不需氧、产能少为主要反应特点102

三、对糖酵解的调节通过影响三个关键酶的含量与活性而实现102

四、糖的无氧分解的主要生理意义是在机体相对缺氧时快速提供能量103

第三节 糖的有氧氧化104

一、有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环和氧化磷酸化104

二、有氧氧化的代谢调节适应了机体对能量的需要108

三、糖的有氧氧化的最主要生理意义是为机体提供能量109

四、糖的有氧氧化和糖酵解之间相互调节110

第四节 磷酸戊糖途径110

一、磷酸戊糖途径的反应过程分为氧化和非氧化两个阶段110

二、磷酸戊糖途径的重要生理意义在于生成5-磷酸核糖和NADPH+H+112

第五节 糖的其他代谢途径113

一、糖醛酸代谢途径可生成葡萄糖醛酸113

二、其他单糖通过转变为磷酸己糖后进入葡萄糖的代谢途径113

第六节 糖异生113

一、糖异生途径基本上是糖酵解的逆过程，但需越过三个“能障”反应114

二、糖异生途径中的四个关键酶是主要调节点116

三、糖异生最主要的生理意义在于饥饿时，维持血糖浓度恒定116

第七节 糖原的合成与分解117

一、糖原的合成代谢主要在肝脏和肌肉组织中进行117

二、肝糖原的分解产物主要用于补充血糖119

三、糖原合成与分解的主要生理意义是维持血糖浓度相对恒定120

四、糖原合成和分解代谢的调节120

第八节 血糖的调节及糖代谢障碍122

一、血糖的来源和去路保持动态平衡122

二、血糖浓度主要受到激素的调节122

三、糖代谢障碍导致血糖水平紊乱123

第6章 生物氧化126

第一节 生物氧化概述126

一、氧化反应类型有脱电子、脱氢和加氧126

二、生物氧化的酶以不需氧脱氢酶最常见127

第二节 线粒体氧化体系129

一、代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水129

二、氧化磷酸化是电子经呼吸链传递产生的能量与ADP磷酸化偶联的过程134

三、能量的生成、利用、储存是以ATP为中心137

四、线粒体内膜对物质的转运具有选择性140

第三节 线粒体外氧化体系141

一、微粒体中的细胞色素P450单加氧酶使底物羟基化141

二、过氧化物酶体中的氧化体系可分解过氧化氢142

三、超氧化物歧化酶可清除超氧阴离子143

第7章 脂类代谢144

第一节 脂类概述144

一、脂类包括脂肪、类脂及其衍生物144

二、可变脂和固定脂在人体的分布145

三、膳食中的脂类经小肠吸收145

四、脂类具有重要的生理功能147

第二节 脂肪代谢147

一、脂肪的分解代谢产生大量ATP供机体需要147

二、脂肪由脂肪酸和甘油磷酸合成152

第三节 磷脂代谢159

一、磷脂是含有磷酸的脂类159

二、甘油磷脂的合成与分解160

三、鞘磷脂的合成与分解162

第四节 胆固醇代谢163

一、胆固醇是机体重要的组成成分163

二、胆固醇的合成与转化165

第五节 血浆脂蛋白代谢167

一、血浆中脂类统称血脂167

二、血脂以血浆脂蛋白形式运输及代谢168

三、不同来源脂蛋白功能和代谢各异171

第8章 氨基酸代谢177

第一节 蛋白质的生理功能和营养价值177

一、体内蛋白质具有重要的生理功能177

二、蛋白质的营养价值与营养必需氨基酸的种类、数量和比例有关178

第二节 体内氨基酸的来源179

一、食物蛋白质的消化、吸收和腐败179

二、体内蛋白质的降解是体内氨基酸另一重要来源183

三、体内自身合成营养非必需氨基酸186

四、体内氨基酸代谢库由外源性和内源性氨基酸组成188

第三节 氨基酸的分解代谢189

一、氨基酸脱氨的方式有转氨、氧化脱氨和联合脱氨189

二、氨基酸脱下的氨有毒，需要安全转运和解毒192

三、氨基酸脱氨后的α-酮酸进行转变或分解197

第四节 氨基酸的分类代谢198

一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类物质198

二、体内有些氨基酸分解代谢产生一碳单位200

三、含硫氨基酸的代谢相互联系且有差别201

四、肌酸和磷酸肌酸的代谢204

五、芳香族氨基酸代谢可转变成重要的神经递质204

六、支链氨基酸分解代谢途径相似206

第9章 核苷酸代谢208

第一节 嘌吟核苷酸的代谢208

一、嘌吟核苷酸的合成代谢包括从头合成与补救合成两种途径208

二、嘌吟碱基最终被降解为尿酸213

第二节 嘧 啶核苷酸的代谢214

一、嘧啶核苷酸的合成代谢包括从头合成与补救合成两种途径214

二、嘧啶核苷酸的分解代谢216

第三节 脱氧核糖核苷酸的生成217

一、NDP还原为dNDP217

二、脱氧胸苷酸的生成217

第四节 核苷三磷酸的生成218

一、ATP的生成218

二、（d） NMP磷酸化为（d）NDP218

三、（d） NDP磷酸化为（d）NTP219

第五节 核苷酸抗代谢物219

一、嘌吟核苷酸抗代谢物219

二、嘧啶核苷酸抗代谢物220

第10章 物质代谢的联系与调节221

第一节 物质代谢的特点221

一、体内各种物质代谢相互联系形成一个整体221

二、物质代谢过程合理有序进行221

三、代谢反应离不开酶的催化作用并受到精细调节222

四、ATP是机体能量储存和消耗的共同形式223

五、NADPH提供合成代谢所需的还原当量223

第二节 物质代谢的相互联系223

一、三大营养物在能量代谢上相互联系相互制约223

二、三大营养物代谢通过中间代谢物而相互联系224

第三节 物质代谢的调节方式225

一、细胞水平的代谢调节主要调节关键酶的活性225

二、激素水平的代谢调节通过激素作用特异受体调节代谢过程227

三、整体水平的代谢调节通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢227

第四节 组织、器官的代谢特点及相互联系228

一、肝是人体物质代谢的中心和枢纽229

二、脑主要利用葡萄糖供能229

三、肌肉主要氧化脂肪酸，剧烈运动产生大量乳酸229

四、肾是可进行糖异生和生成酮体的器官229

五、心肌可利用多种能源物质并以有氧氧化为主230

六、脂肪组织是合成和储存脂肪的重要组织230

七、成熟红细胞高效运氧，自身却不耗氧230

第11章 血液生物化学231

第一节 血液的化学成分231

一、血液中水和电解质含量的相对稳定是内环境稳定的基础232

二、血浆蛋白质种类很多除各具特定专一的功能外还有几项共同的非专一的功能232

三、血液中的非蛋白含氮化合物大多数是蛋白质和核酸的分解代谢终产物235

四、气体和其他有机化合物236

第二节 红细胞代谢236

一、血红素合成的原料是甘氨酸，琥珀酰CoA和铁等简单小分子物质236

二、成熟红细胞中保留的代谢通路主要有糖酵解磷酸戊糖通路和2，3-BPG支路241

第三节 血红蛋白的结构和功能243

一、血红蛋白是由珠蛋白和辅基血红素结合构成243

二、血红蛋白特定的结构表达特定的生理功能245

第12章 肝胆生物化学250

第一节 肝脏的解剖结构特点及其生物化学功能250

一、肝的结构组成是其执行生理功能的物质基础250

二、肝脏是机体物质代谢的中心和枢纽251

第二节 肝的生物转化作用252

一、生物转化的主要作用是解除毒性、保护机体252

二、生物转化包括两相反应253

三、生物转化具有连续性、多样性、解毒和致毒性的特点257

四、多种因素影响调节生物转化作用258

第三节 胆汁酸的代谢260

一、胆汁是肝细胞分泌液260

二、胆汁酸按其来源分为初级和次级胆汁酸260

三、胆汁酸代谢及其肠肝循环260

第四节 胆色素代谢与黄疸264

一、血红素等铁卟啉化合物的分解生成胆红素264

二、血液中的胆红素与清蛋白结合运输265

三、胆红素在肝中转变为结合胆红素并分泌入胆小管266

四、结合胆红素在肠道内转换为胆素原和胆素267

五、血液胆红素含量增高可引起黄疸269

第三篇 生命信息的传递与调控272

第13章DNA的生物合成272

第一节DNA复制的基本特征273

一、DNA复制是半保留复制273

二、DNA复制是由5’→3’方向进行的半不连续复制274

三、DNA复制是由复制起始点向两个方向延伸的双向复制275

第二节DNA复制需要众多酶和蛋白质因子的参与277

一、解螺旋酶解开DNA双链277

二、DNA拓扑异构酶解除DNA的扭结现象277

三、单链DNA结合蛋白稳定单链的DNA模板278

四、引物酶在模板指导下催化引物RNA的合成278

五、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸的聚合反应，保证复制的保真性278

六、DNA连接酶接合DNA双链中的单链缺口281

第三节DNA复制的过程281

一、原核生物的DNA复制过程281

二、真核生物的DNA复制过程284

第四节DNA损伤与修复286

一、多种因素可诱发DNA损伤286

二、DNA损伤可引起基因突变287

三、DNA损伤的修复288

第五节RNA指导DNA的合成——逆转录291

第14章RNA的生物合成292

第一节 转录体系主要由RNA聚合酶和作为转录模板的DNA构成293

一、RNA聚合酶催化RNA的生物合成293

二、 DNA作为转录模板指导RNA的合成294

第二节 转录过程298

一、原核生物的RNA聚合酶通过σ亚基结合启动子启动转录298

二、真核生物的转录由多种蛋白因子共同作用来调节300

第三节RNA的转录后加工302

一、原核生物中RNA的加工一般只限于rRNA和tRNA303

二、真核生物中RNA具有多种加工方式304

第四节RNA指导RNA的合成称为RNA的复制308

第15章 蛋白质生物合成311

第一节 蛋白质生物合成体系312

一、mRNA是蛋白质合成的直接模板312

二、tRNA是接合器和氨基酸的转运工具313

三、核糖体是多肽链合成的场所315

第二节 蛋白质生物合成过程315

一、氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸的活化316

二、原核细胞的核糖体循环可分为起始、延长和终止三阶段317

三、真核细胞与原核细胞蛋白质生物合成的异同320

第三节 翻译后加工323

一、一级产物的修饰涉及共价修饰、水解修饰、肽段切除等323

二、高级结构的修饰包括新生肽链的折叠、亚基聚合和辅基连接等325

三、蛋白质合成的靶向输送依赖信号肽引导定位326

第四节 蛋自质生物合成的于扰和抑制327

一、部分抗生素通过干扰蛋白质的生物合成达到杀菌效果327

二、细菌毒素与植物毒素是能抑制蛋白质合成的天然蛋白质328

三、干扰素通过抑制病毒蛋白质的生物合成和促进病毒RNA的降解发挥作用328

第16章 基因表达调控330

第一节 基因表达调控的基本原理及其生物学意义330

一、基因表达调控的相关概念330

二、基因表达调控的基本规律332

三、基因表达调控的生物学意义334

第二节 原核生物基因表达调控334

一、原核生物基因转录调控的规律335

二、细菌的操纵子调控模式335

三、原核生物翻译水平的基因表达调控337

第三节 真核生物基因表达调控337

一、真核基因组具有独特的结构特征338

二、真核生物基因转录水平调控341

三、真核生物基因翻译水平调控345

第17章 细胞信号转导348

第一节 细胞信号和受体348

一、细胞间有三类通讯类型348

二、在细胞间和胞内传递信息的化学信号348

三、细胞分泌化学信号的四种作用方式349

四、受体介导细胞外信号传递入胞内349

第二节 跨膜信号转导及其下游胞内信号转导351

一、C蛋白偶联型受体的信号转导351

二、膜离子通道型受体介导化学信号与电信号的转换355

三、催化型受体和酶偶联型受体的信号转导357

第三节 细胞核内信号转导362

一、细胞核受体介导脂溶性信号分子信号转导362

二、胞质信号分子通过转录因子调控基因表达362

三、细胞周期调控的信号转导363

第四节 细胞信号转导网络363

一、信号转导通路是网络状结构363

二、信号转导网络的分子基础364

三、蛋白质可逆磷酸化是信号转导通路的开关365

第五节 细胞信号转导与医学366

一、细胞增殖调控信号紊乱与肿瘤366

二、Ca2+超载介导缺血性神经元损伤366

三、细胞信号转导与神经退行性疾病367

第18章 细胞增殖、分化与凋亡的分子基础368

第一节 细胞增殖及其调控368

一、细胞增殖是通过细胞周期实现的368

二、细胞周期受到精密的调控369

三、细胞周期调控系统与肿瘤发生的关系371

第二节 细胞分化371

一、分化细胞的特征371

二、基因差别表达是细胞分化的基础372

三、细胞分化受到高度精密调控373

第三节 细胞凋亡374

一、细胞凋亡是重要的生命过程374

二、细胞凋亡的主要途径375

第四节 生长因子378

一、生长因子378

二、生长因子受体将生长因子信号导入胞内产生生物学效应379

三、生长因子与其受体的作用机制379

第五节 癌基因与抑癌基因379

一、癌基因379

二、抑癌基因383

第19章 基因组学与后基因组学386

第一节 基因组学386

一、基因组与基因组学的概念386

二、人类基因组计划（HGP）是20世纪自然科学史上最伟大的计划之一387

三、基因组学的研究内容391

第二节 后基因组学392

一、转录物组学393

二、蛋白质组学393

三、代谢组学397

四、糖组学398

五、免疫组学398

第三节 后基因组学时代生命科学的发展与趋势398

一、基因组学研究的进一步发展399

二、与基因组学相关的其他学科不断产生399

三、基因组与后基因组研究将引发医学革命399

第四篇 分子生物学技术与应用401

第20章 常用分子生物学技术401

第一节PCR技术402

一、PCR技术的诞生402

二、PCR的基本原理402

三、常见的PCR衍生技术403

四、定量PCR404

五、PCR技术的应用407

第二节 分子杂交与印迹技术408

一、分子杂交与印迹技术简介408

二、探针的种类及其制备410

三、常用的分子杂交与印迹技术411

第三节DNA测序技术415

一、双脱氧链末端终止法415

二、化学降解法416

三、新型的DNA测序技术416

第四节 生物芯片技术417

一、基因芯片417

二、蛋白质芯片418

第五节 生物大分子相互作用研究技术418

一、蛋白质与蛋白质相互作用研究技术418

二、蛋白质与核酸相互作用研究技术420

第六节 基因沉默技术421

一、反义寡核苷酸技术和核酶技术421

二、RNA干扰技术422

第七节 转基因技术与基因敲除技术425

一、转基因技术与转基因动物425

二、基因靶向与基因敲除或基因敲入动物426

三、转基因技术与基因敲除技术的应用427

第21章 基因工程429

第一节 基因克隆的工具酶430

一、限制性核酸内切酶430

二、其他工具酶431

第二节 基因克隆的载体432

一、克隆载体432

二、表达载体434

第三节 基因克隆的一般过程436

一、目的基因的获取436

二、选择与制备合适的基因载体436

三、目的基因与载体的连接437

四、重组DNA导入宿主细胞进行扩增438

五、重组体的筛选与鉴定439

第四节 克隆基因的表达441

一、原核生物表达系统441

二、真核生物表达系统442

第五节 基因工程的下游技术443

一、基因工程菌的发酵443

二、目的蛋白的分离纯化443

三、目的蛋白的分析鉴定445

第六节 基因工程技术对推动医学和生命科学的发展具有重要意义445

一、DNA重组技术促进了人类对遗传信息的认识445

二、采用基因工程技术生产药物与疫苗446

三、利用基因工程技术制造转基因动物和植物447

四、运用DNA重组技术进行基因诊断与基因治疗448

第22章 基因诊断与基因治疗449

第一节 基因诊断450

一、基因诊断的概念和特点450

二、基因诊断的内容与基本策略450

三、基因诊断的基本步骤451

四、基因诊断常用的技术方法452

五、基因诊断的应用454

第二节 基因治疗456

一、基因治疗的概念与分类457

二、基因治疗的总体策略458

三、基因治疗的基本程序459

四、基因治疗的应用现状461

五、基因治疗面临的问题与展望463

主要参考资料465

英中名词对照索引466