细胞生物学精要(原书第五版)

目录 第1章 细胞：生命的基本单位 1 细胞的统一性和多样性 1 细胞的形态和功能大不相同 2 活细胞都有相似的化学组成和化学性质 2 活细胞可利用自身蛋白催化完成自我复制 3 所有活细胞都由同一祖先演化而来 4 基因是细胞和有机体形态发生、功能和行为的总指挥 4 显微镜下的细胞 5 光学显微镜的发明导致了细胞的发现 5 光学显微镜揭示了细胞的一些组件 5 电子显微镜揭示了细胞的精细结构 6 原核细胞 12 原核生物是地球上种类和数量*多的细胞 13 原核生物世界可分为两个域：细菌和古细菌 14 真核细胞 15 细胞核是细胞的信息存储器 15 线粒体利用食物分子产生能量 16 叶绿体从阳光中捕获能量 16 内膜创建功能各异的细胞内区室 18 胞质溶胶是一种含有大小分子的浓缩水凝胶 20 细胞骨架负责细胞的定向运动 21 细胞质远非静止 22 真核细胞可能作为捕食者而起源 22 模式生物 24 分子生物学家专注于大肠杆菌 25 酿酒酵母是一种简单的真核生物 25 拟南芥作为模式植物 26 模式动物果蝇、线虫、鱼和小鼠 26 生物学家也直接研究人类和人体细胞 30 基因组序列比对揭示出生命共同的遗传特征 31 基因组不仅仅只包含基因 32 基本概念 32 关键词 33 问题 33 第2章 细胞的化学成分 37 化学键 37 细胞由相对少数的几种原子组成 37 *外层的电子决定原子间如何相互作用 39 共价键由共用的电子所形成 41 一些共价键涉及多个电子对 42 共价键中的电子通常是不均等共用 42 共价键的强度可使其在细胞内稳定存在 42 离子键通过得失电子而形成 45 氢键是许多生物分子中重要的非共价键 45 四种弱相互作用将细胞内的分子聚集在一起 46 一些极性分子在水中形成酸和碱 49 细胞中的小分子 52 细胞由碳化合物构成 52 细胞主要含有四种有机小分子 52 糖既是细胞的能量来源，也是组成多糖的亚基 53 脂肪酸链是细胞膜的组成部分 56 氨基酸是形成蛋白质的亚基 59 核苷酸是形成DNA和RNA的亚基 63 细胞中的大分子 67 每个大分子都含有特定的亚基序列 67 非共价键决定大分子的精确形状 70 非共价键允许大分子结合其他特定分子 70 基本概念 71 关键词 72 问题 72 第3章 能量、催化和生物合成 75 细胞利用能量 76 细胞释放的热能使生物有序性成为可能 76 细胞能够将能量从一种形式转换为另一种形式 77 光合生物利用阳光合成有机分子 78 细胞通过有机分子的氧化获得能量 79 氧化和还原涉及电子的转移 79 自由能和催化作用 81 化学反应朝向自由能损失的方向上进行 81 酶降低了自发反应起始所需的能量 82 自由能的变化决定了一个反应能否发生 83 ΔG 在反应趋向平衡的进程中不断变化 84 标准自由能变化ΔG°可以比较不同反应的能量 84 平衡常数与ΔG°成正比 85 在复合反应中，平衡常数取决于所有反应物和产物的浓度 88 平衡常数也可指示非共价结合反应的强度 88 对于连续反应，自由能的变化是叠加的 89 酶催化反应依赖于快速的分子碰撞 90 非共价相互作用允许酶结合特定分子 90 活化载体和生物合成 91 活化载体的形成与能量上有利的反应相偶联 91 ATP 是*广泛使用的活化载体 94 存储在ATP中的能量常用于连接两个分子 95 NADH和NADPH二者都是电子活化载体 96 NADPH和NADH在细胞中发挥不同的作用 97 细胞也利用许多其他活化载体 98 生物多聚物的合成需要能量输入 99 基本概念 102 关键词 102 问题 103 第4章 蛋白质的结构和功能 107 蛋白质的形状和结构 107 蛋白质的形状由氨基酸序列确定 107 蛋白质折叠成能量*低的构象 111 各种蛋白质都有自己的复杂形状 113 α螺旋和β折叠是常见的折叠模式 115 生物结构易于形成螺旋形式 115 β折叠在许多蛋白质的核心处形成刚性结构 118 蛋白质的错误折叠造成引发疾病的淀粉样蛋白结构 118 蛋白质具有多层次的组织形式 118 蛋白质也包含无固定结构的区域 119 在许多潜在可能的多肽链中，只有少数是有功能的 120 蛋白质可以归类为不同家族 120 大蛋白分子所含的多肽链通常多于一个 120 蛋白质可以组装成丝状、片状或球状 122 某些类型的蛋白质呈现为细长的纤维状 123 细胞外蛋白通常进行共价交联而得以稳定 124 蛋白质如何工作 124 所有蛋白质都与其他分子结合 124 人体能产生数十亿种抗体，每种抗体都有各自的结合位点 126 酶是强大且高度特异的催化剂 129 酶极大地加快了化学反应的速度 129 以溶菌酶为例揭示酶的工作原理 130 很多药物抑制酶的活性 134 紧密结合的小分子赋予蛋白质额外的功能 134 蛋白质是如何被调控的 135 酶的催化活性通常受到其他分子的调节 135 变构酶具有相互影响的两个或多个结合位点 136 磷酸化可通过引起构象变化来调控蛋白质的活性 137 共价修饰也可以调控蛋白质的定位和相互作用 138 磷酸基团的添加和去除控制GTP结合蛋白活性的开关 139 ATP水解使马达蛋白在细胞中产生定向运动 139 蛋白质经常形成大型复合物，以蛋白质机器的形式发挥作用 139 许多相互作用的蛋白质通过支架聚集在一起 140 大分子之间的弱相互作用可以在细胞中形成大的生化区室 141 我们是如何研究蛋白质的 142 蛋白质可以从细胞或组织中纯化出来 143 确定蛋白质的结构从确定其氨基酸序列开始 148 基因工程技术能够大规模生产、设计和分析几乎任何一种蛋白质 149 蛋白质的相关性有助于预测蛋白质的结构和功能 152 基本概念 152 关键词 153 问题 154 第5章 DNA和染色体 157 DNA的结构 158 DNA分子由两条核苷酸互补链组成 158 DNA的结构提供了一种遗传机制 160 真核染色体的结构 161 真核生物的DNA被包装成多条染色体 162 染色体组织和携带遗传信息 162 DNA复制和染色体分离需要特定的 DNA序列163 间期染色体在核内并非随机分布166 染色体中的DNA总是高度凝集166 核小体是真核染色体结构的基本单位 167 染色体的包装有多个层次 168 染色体结构的调节 170 核小体结构的变化使DNA暴露出来 170 间期染色体同时包含高度凝集和相对伸展的两种状态 171 基本概念177 关键词177 问题 177 第6章 DNA复制和修复 181 DNA复制 182 碱基配对使DNA得以复制 182 DNA合成开始于复制起点 182 每个复制起点都有两个复制叉 186 DNA聚合酶利用一条亲本链为模板合成DNA 187 复制叉是不对称的 188 DNA聚合酶能自我校正 188 短的RNA作为DNA合成的引物 189 复制叉上的蛋白质相互协调，形成一个复制机器 192 端粒酶复制真核生物染色体的末端 193 端粒长度因细胞类型和年龄而异 194 DNA修复 195 DNA损伤在细胞中不断发生 195 细胞具有多种修复DNA的机制 196 DNA错配修复系统清除校读过程中未被发现的复制错误 197 双链DNA断裂需要不同的修复策略 198 同源重组可以完美无缺地修复DNA双链断裂 199 DNA损伤修复失败可能对细胞或生物体造成严重后果 200 DNA复制和修复的保真度记录被保存在基因组序列中 201 基本概念 202 关键词 202 问题 203 第7章 从DNA到蛋白质：细胞如何读取基因组 205 从DNA到RNA 206 部分DNA序列被转录成RNA 206 转录产生一条与DNA链互补的RNA 206 细胞产生各种类型的RNA 209 DNA 中的信号指示RNA聚合酶从何处开始和停止 210 真核生物基因转录的起始是一个复杂的过程 211 真核RNA聚合酶需要通用的转录因子 212 真核mRNA在细胞核中加工 213 在真核生物中，蛋白质编码基因被称为内含子的非编码序列所间隔 215 RNA剪接从mRNA前体中除去内含子 215 RNA合成和加工发生在细胞核内的“工厂”中 217 成熟的真核mRNA从细胞核内输出 218 mRNA分子*终在胞质溶胶中降解 218 从RNA到蛋白质 219 mRNA序列以三联核苷酸组的形式被破译 219 tRNA分子将氨基酸与mRNA中的密码子进行匹配 220 特定的酶将tRNA分子与正确的氨基酸偶联 223 mRNA上的信息在核糖体上被解码 224 核糖体是一种核酶 227 mRNA中的特定密码子指示核糖体从哪里开始和终止蛋白质合成 227 蛋白质由多核糖体合成 229 原核生物蛋白合成的抑制剂可被用作抗生素 229 受控的蛋白质降解有助于调节细胞中每种蛋白质的含量 230 从DNA到蛋白质需要经过许多步骤 231 RNA与生命起源 232 生命需要自催化 233 RNA可以存储信息和催化化学反应 233 RNA在演化上先于DNA出现 234 基本概念 235 关键词 236 问题 237 第8章 基因表达调控 239 基因表达总览 239 一个多细胞生物的不同细胞类型含有相同的DNA 240 不同细胞类型产生不同的蛋白质组 240 细胞可以响应外部信号从而改变其基因的表达 241 基因表达可以在DNA到RNA再到蛋白质的多个步骤上进行调控 242 基因转录是如何调控的 242 转录调控因子与调节性DNA序列相结合 242 转录开关使细胞可以响应环境的变化 244 阻遏因子关闭基因，激活因子打开基因 245 Lac操纵子由一个激活因子和一个阻遏因子所控制 245 真核转录调控因子可以远程控制基因表达 245 真核转录调控因子通过招募染色质修饰蛋白来帮助起始转录 246 染色体襻环结构域排列可以保持增强子受控 247 产生特化的细胞类型 248 真核基因受到转录调控因子的组合调控 248 单个蛋白质可以协调不同基因的表达 248 综合调控也可以产生不同的细胞类型 249 一个完整器官的形成能够被一个转录调控因子触发 253 转录调控因子可被用于体外指导特定细胞类型的形成 253 分化的细胞会维持其特征 254 转录后调控 257 mRNA含有控制自身翻译的序列 257