[生命科学名著]Lewin 基因XII

简要目录 第1部分基因和染色体 第1章基因是DNA、编码RNA和多肽 第2章分子生物学与基因工程中的方法学 第3章断裂基因 第4章基因组概述 第5章基因组序列与进化 第6章成簇与重复 第7章染色体 第8章染色质 第2部分DNA复制与重组 第9章复制与细胞周期相关联 第10章复制子:复制的起始 第11章DNA复制 第12章染色体外复制子 第13章同源重组与位点专一重组 第14章修复系统 第15章转座因子与反转录病毒 第16章免疫系统中的体细胞DNA重组与超变 第3部分转录与转录后机制 第17章原核生物的转录 第18章真核生物的转录 第19章RNA的剪接和加工 第20章mRNA的稳定性与定位 第21章催化性RNA 第22章翻译 第23章遗传密码的使用 第4部分基因调节 第24章操纵子 第25章噬菌体策略 第26章真核生物的转录调节 第27章表观遗传学I 第28章表观遗传学II 第29章非编码RNA 第30章调节性RNA 目录 第1部分基因和染色体 第1章基因是DNA、编码RNA和多肽 1.1引言 1.2DNA是细菌和病毒的遗传物质 1.3DNA是真核生物细胞的遗传物质 1.4多核苷酸链含有连接碱基的糖-磷酸骨架 1.5超螺旋影响DNA结构 1.6DNA是双螺旋 1.7DNA复制是半保留的 1.8聚合酶在复制叉处作用于分开的DNA链 1.9遗传信息可由DNA或RNA提供 1.10核酸通过碱基配对进行杂交 1.11突变改变DNA序列 1.12突变影响单个碱基对或更长序列 1.13突变效应可逆转 1.14突变集中在热点 1.15一些热点源自修饰的碱基 1.16一些遗传因子是非常小的 1.17多数基因编码多肽 1.18同一基因上的突变不能相互补偿 1.19突变可能引起功能的丧失或获得 1.20一个基因座可有不同的突变等位基因 1.21一个基因座可有不止一个野生型等位基因 1.22DNA的物质交换产生重组 1.23遗传密码是三联体 1.24每一种编码序列具有三种可能的阅读框 1.25细菌基因与其产物呈共线性关系 1.26表达基因产物需要几个过程 1.27蛋白质呈反式作用,而DNA上的位点呈顺式作用 小结 参考文献 第2章分子生物学与基因工程中的方法学 2.1引言 2.2核酸酶 2.3克隆 2.4克隆载体可因不同目的而专一化 2.5核酸检测 2.6DNA分离技术 2.7DNA测序 2.8PCR和RT-PCR 2.9印迹方法 2.10DNA微阵列 2.11染色质免疫沉淀 2.12基因敲除、转基因和基因组编辑 小结 参考文献 第3章断裂基因 3.1引言 3.2断裂基因含有外显子和内含子 3.3外显子和内含子中的碱基组成不同 3.4断裂基因的结构保守 3.5在负选择时外显子序列保守而内含子序列变化多端 3.6在正选择时外显子序列变化多端而内含子序列保守 3.7基因大小的变化范围很广,这主要源自内含子大小与数目的差异 3.8某些DNA序列编码一种以上的多肽 3.9某些外显子对应于蛋白质功能域 3.10基因家族成员具有共同的结构 3.11DNA中存在多种形式的信息 小结 参考文献 第4章基因组概述 4.1引言 4.2基因组图揭示个体基因组变化巨大 4.3SNP可与遗传疾病联系在一起 4.4真核生物基因组包含非重复DNA序列和重复DNA序列 4.5外显子与基因组结构的保守性可鉴定真核生物的蛋白质编码基因 4.6一些真核生物细胞器含有DNA 4.7细胞器基因组是编码细胞器蛋白质的环状DNA分子 4.8叶绿体基因组编码多种蛋白质和RNA 4.9线粒体和叶绿体通过内共生进化而来 小结 参考文献 第5章基因组序列与进化 5.1引言 5.2原核生物基因总数的差异可超过一个数量级 5.3已知几种真核生物的基因总数 5.4有多少不同类型的基因? 5.5人类基因数少于预期 5.6基因和其他序列在基因组上如何分布? 5.7Y染色体存在几个雄性特异性基因 5.8有多少基因是必需的? 5.9真核生物细胞中约有10000个基因在不同层次广泛表达 5.10表达基因数可整体测出 5.11突变和分拣机制使DNA序列进化 5.12通过测量序列变异可探查自然选择 5.13序列趋异的恒定速率就是分子钟 5.14重复序列的趋异度可以度量中性替换率 5.15断裂基因是如何进化的? 5.16为什么一些基因组如此之大? 5.17形态复杂性是通过增加新的基因功能进化而来 5.18基因重复在基因组进化中发挥作用 5.19珠蛋白基因簇由重复和趋异形成 5.20假基因丧失了其原有功能 5.21基因组重复在植物和脊椎动物进化中发挥了作用 5.22转座因子在基因进化中的作用是什么? 5.23在突变、基因转变和密码子使用上可存在偏爱性 小结 参考文献 第6章成簇与重复 6.1引言 6.2不等交换使基因簇发生重排 6.3编码rRNA的基因形成包括恒定转录单位的串联重复 6.4固定的交换使各个重复单元的序列保持完全相同 6.5卫星DNA一般位于异染色质中 6.6节肢动物卫星DNA具有很短的相同重复 6.7哺乳动物卫星DNA由分级的重复序列所组成 6.8小卫星序列可用于遗传作图 小结 参考文献 第7章染色体 7.1引言 7.2病毒基因组包装进它们的外壳里 7.3细菌基因组是一个具有动态结构特征的拟核 7.4细菌基因组是超螺旋的并拥有4个巨结构域 7.5真核生物DNA具有附着于支架的环和结构域 7.6特殊序列将DNA连接在间期基质上 7.7染色质可以分为常染色质和异染色质 7.8染色体带型 7.9灯刷染色体外延 7.10多线染色体形成横纹 7.11多线染色体在基因表达位点出现染色体疏松 7.12真核生物细胞染色体是一种分离装置 7.13着丝粒局部含有组蛋白H3变异体和重复DNA序列 7.14酿酒酵母中的点着丝粒具有必需的DNA短序列 7.15酿酒酵母中的着丝粒与蛋白质复合体结合 7.16端粒具有简单重复序列 7.17端粒封闭染色体末端且在减数分裂的染色体配对中起作用 7.18端粒由核糖核蛋白酶合成 7.19端粒是生存必需的 小结 参考文献 第8章染色质 8.1引言 8.2一长串核小体组成DNA 8.3核小体是所有染色质的亚单元 8.4核小体是共价修饰的 8.5组蛋白变异体产生可变核小体 8.6核小体表面的DNA结构变化 8.7核小体在染色质纤维中的路径 8.8染色质复制需要核小体的装配 8.9核小体是否位于特殊位点? 8.10在转录过程中核小体被置换和重新装配 8.11DNA酶超敏性可检测染色质结构的改变 8.12LCR可以控制一个结构域 8.13绝缘子划定了转录独立结构域 小结 参考文献 第2部分DNA复制与重组 第9章复制与细胞周期相关联 9.1引言 9.2细菌的复制与细胞周期相关联 9.3在染色体分离和细胞周期中,细菌的形态和空间组织非常重要 9.4与分裂或分离有关的基因突变影响细胞形态 9.5FtsZ蛋白是隔膜形成所必需的 9.6min和noc/slm基因可调节隔膜定位 9.7分隔涉及染色体的分开 9.8染色体分离可能需要位点专一重组 9.9真核生物生长因子信号转导途径促进细胞进入S期 9.10进入S期的检查点控制:p53蛋白为检查点“监护人” 9.11进入S期的检查点控制:Rb蛋白为检查点“监护人” 小结 参考文献 第10章复制子:复制的起始 10.1引言 10.2复制起点通常起始双向复制 10.3细菌基因组(通常)是单一环状复制子 10.4细菌起点的甲基化调节复制起始 10.5起始:在起点oriC形成复制叉 10.6多种机制存在以防止复制成熟前的重新起始 10.7古菌染色体可包含多个复制子 10.8每条真核生物细胞染色体包含多个复制子 10.9可以从酵母中分离复制起点 10.10许可因子控制了真核生物的再复制 10.11许可因子结合ORC 小结 参考文献 第11章DNA复制 11.1引言 11.2DNA聚合酶是合成DNA的酶 11.3DNA聚合酶有多种核酸酶活性 11.4DNA聚合酶控制复制保真度 11.5DNA聚合酶具有共同结构 11.6两条DNA新链具有不同的合成模式 11.7复制需要解旋酶和单链结合蛋白 11.8启动DNA合成需要引发作用 11.9前导链和后随链的协同合成 11.10DNA聚合酶全酶由多个亚复合体组成 11.11箍钳蛋白控制了核心聚合酶和DNA之间的结合 11.12连接酶将冈崎片段连接在一起 11.13真核生物中不同DNA聚合酶分别负责起始和延伸 11.14跨损伤修复需要聚合酶置换 11.15复制的终止 小结 参考文献 第12章染色体外复制子 12.1引言 12.2就复制而言线性DNA末端结构是一个问题 12.3末端蛋白能够在病毒DNA的末端起始复制 12.4滚环产生复制子的多联体 12.5滚环被用来复制噬菌体基因组 12.6通过细菌间的接合转移F因子 12.7接合能转移单链DNA 12.8单拷贝质粒有一个分隔系统 12.9质粒不相容性由复制子决定 12.10ColE1相容性系统受控于RNA调节物 12.11线粒体如何复制和分离 12.12D环维持线粒体起点 12.13植物中的细菌Ti质粒诱发冠瘿病 12.14T-DNA携带感染所需的基因 12.15T-DNA的转移类似于细菌接合 小结 参考文献 第13章同源重组与位点专一重组 13.1引言 13.2同源重组发生在减数分裂中的联会染色体之间 13.3双链断裂启动重组 13.4基因转变导致等位基因之间的重组 13.5依赖合成的链退火模型 13.6单链退火机制在一些双链断裂处发挥作用 13.7断裂诱导复制能修复双链断裂 13.8减数分裂染色体由联会复合体连接 13.9联会复合体在双链断裂后形成 13.10配对与联会复合体的形成是两个独立过程 13.11chi序列激活细菌RecBCD系统 13.12链转移蛋白催化单链同化 13.13霍利迪连接体必须被解离 13.14参与同源重组的真核生物基因 13.15特化重组涉及特异性位点 13.16位点专一重组涉及断裂和重接 13.17位点专一重组类似于拓扑异构酶活性 13.18λ噬菌体重组发生在整合体中 13.19酵母可转换沉默和活性的交配型基因座 13.20受体MAT基因座启动单向基因转变 13.21锥虫中的抗原变异运用同源重组 13.22适合于实验系统的重组途径 小结 参考文献 第14章修复系统 14.1引言 14.2修复系统校对DNA损伤 14.3大肠杆菌中的切除修复系统 14.4真核生物核苷酸切除修复途径 14.5碱基切除修复系统需要糖基化酶 14.6易错修复和跨损伤合成 14.7控制错配修复的方向 14.8大肠杆菌中的重组修复系统 14.9重组是修复复制差错的重要机制 14.10真核生物中双链断裂的重组修复 14.11非同源末端连接也可修复双链断裂 14.12真核生物中的DNA修复与染色质背景有关 14.13RecA蛋白触发SOS系统 小结 参考文献 第15章转座因子与反转录病毒 15.1引言 15.2插入序列是简单的转座组件 15.3转座可通过复制和非复制机制产生 15.4转座子引起DNA重排 15.5复制型转座要经过一个共整合阶段 15.6非复制型转座要经过链的断裂与重接 15.7转座子形成一个个超家族和家族 15.8转座因子在杂种不育中的作用 15.9P因子在生殖细胞中被激活 15.10反转录病毒生命周期包括类转座事件 15.11反转录病毒基因编码多聚蛋白 15.12病毒DNA由反转录产生 15.13病毒DNA整合到染色体中 15.14反转录病毒能转导细胞基因组序列 15.15反转录因子分为三类 15.16酵母Ty因子类似反转录病毒 15.17Alu家族具有许多广泛散在分布的成员 15.18LINE利用内切核酸酶活性产生引发末端 小结 参考文献 第16章免疫系统中的体细胞DNA重组与超变 16.1免疫系统:固有免疫和适应性免疫 16.2固有免疫应答利用保守的识别分子与信号通路 16.3适应性免疫 16.4克隆选择作用扩增出可应答给定抗原的淋巴细胞 16.5Ig基因由B淋巴细胞内多个分散的DNA片段装配而成 16.6轻链基因由单一重组事件装配而成 16.7重链基因由两次有序重组事件装配而成 16.8重组产生广泛的多样性 16.9V(D)JDNA重组依赖于RSS,它由缺失和倒位产生 16.10有效重排触发等位基因排斥 16.11RAG1/RAG2蛋白催化V(D)J基因区段的断开和重接 16.12B淋巴细胞在骨髓中发育:从共同的淋巴样祖细胞到成熟的B淋巴细胞 16.13类别转换DNA重组 16.14CSR涉及AID蛋白和NHEJ途径中的一些元件 16.15体细胞超变产生额外的多样性,可为高亲和性亚突变体提供底物 16.16SHM由AID蛋白、Ung蛋白、错配DNA修复装置元件和跨损伤DNA合成聚合酶介导 16.17表达于鸟类的Ig由假基因装配而成 16.18V(D)J重组、CSR和SHM中IgH基因座的染色质构建动力学 16.19V(D)J重组、CSR和SHM中的表观遗传学 16.20B淋巴细胞分化导致抗体应答的成熟化,以及长寿浆细胞和记忆B淋巴细胞的形成 16.21T淋巴细胞受体抗原与BCR相关 16.22TCR与MHC协同发挥作用 16.23MHC基因座包含了一群参与免疫识别的基因 小结 参考文献 第3部分转录与转录后机制 第17章原核生物的转录 17.1引言 17.2转录根据碱基互补配对原则发生在没有配对的DNA“泡”中 17.3转录反应的三个阶段 17.4细菌RNA聚合酶由多个亚基组成 17.5RNA聚合酶全酶包括核心酶和σ因子 17.6RNA聚合酶是如何发现启动子序列的? 17.7全酶在识别与逃逸启动子的过程中经历了转换反应 17.8σ因子通过识别启动子中的特定序列来控制与DNA的结合 17.9突变可增强或降低启动子效率 17.10RNA聚合酶的多个区域可与启动子DNA直接接触 17.11RNA聚合酶-启动子和DNA-蛋白质的相互作用与启动子识别和DNA解链是一致的 17.12在启动子逃逸过程中σ因子与核心RNA聚合酶之间的相互作用发生改变 17.13晶体结构提示酶的移动模型 17.14停滞的RNA聚合酶可以再次启动 17.15细菌RNA聚合酶的终止发生在离散的位点 17.16ρ因子是如何工作的? 17.17超螺旋是转录的一个重要特征 17.18T7噬菌体的RNA聚合酶是一个良好的模型系统 17.19σ因子的竞争能调节转录起始 17.20σ因子可以被组织成级联反应 17.21孢子形成由σ因子控制 17.22抗终止可以是一个调节事件 小结 参考文献 第18章真核生物的转录 18.1引言 18.2真核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成 18.3RNA聚合酶I有一个双向启动子 18.4RNA聚合酶III既使用下游启动子也使用上游启动子 18.5RNA聚合酶II的转录起点 18.6TBP是一种通用因子 18.7启动子上基础转录装置的装配 18.8转录起始后紧随启动子清除和延伸 18.9增强子含有能辅助起始的双向元件 18.10增强子通过提高启动子附近激活物的浓度而起作用 18.11基因表达和脱甲基作用有关 18.12CpG岛是调节靶标 小结 参考文献 第19章RNA的剪接与加工 19.1引言 19.2真核生物mRNA的5′端被加帽 19.3细胞核内的剪接位点是各种短序列 19.4剪接位点被成对解读 19.5前mRNA剪接要经过套索结构 19.6snRNA是剪接所必需的 19.7前mRNA必须经历剪接过程 19.8剪接体组装途径 19.9可变剪接体使用不同的snRNP加工次要类型的内含子 19.10前mRNA剪接可能与II类自我催化内含子共享剪接机制 19.11暂时性和功能性的剪接与基因表达的多个步骤偶联 19.12在多细胞真核生物中,可变剪接是一条规则,而非例外 19.13剪接可被内含子和外显子的剪接增强子或沉默子所调节 19.14反式剪接反应需要短序列RNA 19.15经切割和多腺苷酸化产生mRNA的3′端 19.16mRNA3′端的加工对于转录终止十分关键 19.17组蛋白mRNA3′端的形成需要U7snRNA 19.18tRNA剪接切割和重连是分开的两步反应 19.19解折叠蛋白应答与tRNA剪接关联 19.20rRNA的产生需要切割事件,并需要小RNA的参与 小结 参考文献 第20章mRNA的稳定性与定位 20.1引言 20.2信使RNA是不稳定分子 20.3真核生物mRNA始终以mRNP的形式存在 20.4原核生物mRNA的降解与多种酶有关 20.5大部分真核生物mRNA通过两条依赖于脱腺苷酸化的途径降解 20.6其他降解途径靶向特殊mRNA 20.7特异性mRNA的半衰期由mRNA内的序列或结构所控制 20.8细胞核监管系统对新合成mRNA进行缺陷检测 20.9细胞质监管系统执行mRNA翻译的质量控制 20.10翻译沉默的mRNA由各种RNA颗粒隔离开来 20.11一些mRNA定位于某些细胞的特定区域 小结 参考文献 第21章催化性RNA 21.1引言 21.2I类内含子通过转酯反应实现自我剪接 21.3I类内含子形成特征性二级结构 21.4核酶具有各种催化活性 21.5有些I类内含子编码支持迁移的内切核酸酶 21.6II类内含子可编码多功能蛋白质 21.7某些自我剪接内含子需要成熟酶 21.8RNA酶P的催化活性来自RNA 21.9类病毒具有催化活性 21.10RNA编辑发生在个别碱基中 21.11RNA编辑可由引导RNA指导 21.12蛋白质剪接是自我催化的 小结 参考文献 第22章翻译 22.1引言 22.2翻译过程包括起始、延伸和终止 22.3特殊机制控制翻译的精确性 22.4细菌中的起始反应需要30S亚基和辅助因子 22.5起始反应涉及mRNA和rRNA之间的碱基配对 22.6一种特殊的起始子tRNA开始了多肽的合成 22.7fMet-tRNA f 的使用受IF-2和核糖体的调节 22.8小亚基扫描查找真核生物mRNA的起始位点 22.9真核生物使用由许多起始因子组成的复合体 22.10延伸因子Tu将氨酰tRNA装入A位 22.11多肽链转移到氨酰tRNA上 22.12易位使核糖体移动 22.13延伸因子选择性地结合在核糖体上 22.14三种密码子终止翻译 22.15终止密码子由蛋白质因子所识别 22.16核糖体RNA广泛存在于两个核糖体亚基上 22.17核糖体拥有数个活性中心 22.18 16S rRNA在翻译中起着重要作用 22.19 23S rRNA具有肽酰转移酶活性 22.20当亚基聚集在一起时核糖体结构发生改变 22.21翻译是可调节的 22.22细菌信使RNA的生命周期 小结 参考文献 第23章遗传密码的使用 23.1引言 23.2相关密码子代表化学性质相似的氨基酸 23.3密码子-反密码子识别涉及摆动 23.4tRNA由较长的前体加工而来 23.5tRNA含有修饰碱基 23.6修饰碱基影响反密码子-密码子配对 23.7通用密码经历过零星改变 23.8新的氨基酸可被插入到特定的终止密码子上 23.9氨酰tRNA合成酶让tRNA携带氨基酸 23.10氨酰tRNA合成酶分为两类 23.11合成酶利用校对功能来提高精确性 23.12抑制型tRNA使用突变的反密码子解读新密码子 23.13每个终止密码子都有相应的无义抑制因子 23.14抑制因子可能与野生型竞争解读密码子 23.15核糖体影响翻译的精确性 23.16移码发生在不稳定序列上 23.17其他再编码事件:释放停滞核糖体的翻译旁路途径和tmRNA机制 小结 参考文献 第4部分基因调节 第24章操纵子 24.1引言 24.2结构基因簇是被协同控制的 24.3lac操纵子是负可诱导的 24.4lac阻遏物由小分子诱导物所控制 24.5用顺式作用的组成性突变来鉴定操纵基因 24.6用反式作用的突变来鉴定调节基因 24.7lac阻遏物是由两个二聚体组成的四聚体 24.8构象的别构改变可调节lac阻遏物与操纵基因的结合 24.9lac阻遏物与三个操纵基因结合并与RNA聚合酶相互作用 24.10操纵基因与低亲和力位点竞争性地结合阻遏物 24.11lac操纵子拥有第二层控制系统:分解代谢物阻遏 24.12trp操纵子是由三个转录单位组成的可阻遏操纵子 24.13trp操纵子也由弱化作用控制 24.14弱化作用可被翻译控制 24.15稳定RNA转录的应急控制 24.16r蛋白合成被自调节控制 小结 参考文献 第25章噬菌体策略 25.1引言 25.2细胞裂解进程分为两个时期 25.3细胞裂解过程受级联反应控制 25.4两种调节事件控制细胞裂解的级联反应 25.5T7噬菌体和T4噬菌体基因组显示了功能性成簇现象 25.6细胞裂解周期和溶源化都需要λ噬菌体即早期和迟早期基因 25.7裂解周期依赖于pN的抗终止作用 25.8λ噬菌体阻遏蛋白维持溶源性 25.9λ噬菌体阻遏物与其操纵基因决定了免疫区 25.10λ噬菌体阻遏物的DNA结合形式是二聚体 25.11λ噬菌体阻遏物使用螺旋-转角-螺旋基序结合DNA 25.12λ噬菌体阻遏物二聚体协同结合操纵基因 25.13λ噬菌体阻遏物维持自调节回路 25.14协同相互作用提高了调节的敏感性 25.15cII和cIII基因是建立溶源性所需的 25.16弱启动子需要cII蛋白的协助 25.17溶源性需要一系列事件 25.18裂解感染需要Cro阻遏物 25.19是什么决定了溶源性和裂解周期之间的平衡? 小结 参考文献 第26章真核生物的转录调节 26.1引言 26.2基因是如何开启的呢? 26.3激活物和阻遏物的作用机制 26.4DNA结合域和转录激活域是相互独立的 26.5双杂交实验检测蛋白质-蛋白质的相互作用 26.6激活物和基础转录装置相互作用 26.7已经鉴定出多种类型的DNA结合域 26.8染色质重塑是一个主动过程 26.9核小体的结构或成分可在启动子处被改变 26.10组蛋白乙酰化与转录激活相关 26.11组蛋白和DNA的甲基化相关联 26.12启动子激活涉及染色质的多重改变 26.13组蛋白磷酸化影响染色质结构 26.14酵母GAL基因:一个用于进行激活和阻遏作用实验的模型 小结 参考文献 第27章表观遗传学I 27.1引言 27.2异染色质从成核事件后开始传播 27.3异染色质依赖于与组蛋白的相互作用 27.4多梳蛋白和三胸蛋白为互相拮抗的阻遏物和激活物 27.5CpG岛易于甲基化 27.6表观遗传效应可以遗传 27.7酵母普里昂表现出不同寻常的遗传现象 小结 参考文献 第28章表观遗传学II 28.1引言 28.2X染色体经受整体性变化 28.3凝缩蛋白引起染色体凝聚 28.4DNA甲基化负责印记效应 28.5单一中心可控制效应相反的印记基因 28.6在哺乳动物中普里昂可引起疾病 小结 参考文献 第29章非编码RNA 29.1引言 29.2核酸开关可根据其所处的环境而改变其结构 29.3非编码RNA可用于调节基因表达 小结 参考文献 第30章调节性RNA 30.1引言 30.2细菌含有调节物RNA 30.3真核细胞中微RNA是分布广泛的调节物 30.4RNA干扰是如何工作的? 30.5异染色质形成需要微RNA 小结 参考文献 词汇