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细胞的分子生物学（中译版） 
定 价：258 元 丛书名：国外生命科学优秀教材译丛
9 7 1 8 7 7 2 0 1 3 4 0 3 
全书共25章，内容丰富，全面介绍了细胞生物学进相关领域的核心知识与最新进展，新技术。无可超越的细胞生物学经典教材，国内学者的书架常备书，教师推荐首选。
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目录
第I部分 细胞导论 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DNA 34 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ΔG 98 对于连续反应，ΔG0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ATP 113 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ATP 115 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CoA 122 柠檬酸循环使乙酰CoA氧化成CO2，生成NADH 123 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 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DNA 323 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RNA 331 部分DNA序列转录成RNA 331 转录产生与DNA一条链互补的RNA 332 细胞合成几种类型的RNA 336 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RNAGRNA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mRNA3′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DNA 421 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DNA 433 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polyA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mRNA5′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polyA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 8 操纵蛋白质、DNA和RNA 529 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SDSG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 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pH 690 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ATPase 690 一些Ca2+泵和H+泵也是P型转运ATPase 693 Na+GK+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ATPase 696 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ATP 842 电子经3个大的呼吸过程酶复合体的催化由NADH传给O2 843 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NADPH 867 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ATP 872 叶绿体可以通过循环光合磷酸化产生ATP而不产生NADPH 874 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ATP 891 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Ras 949 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cGMP 964 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-Cdk 1104 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 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G细胞黏着 1183 非连接的接触可能起始细胞G细胞黏着，然后连接的接触导向和稳定细胞G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 大多数哺乳动物持续地产生精子 1249 小结 1252 受精 1253 物种特异地结合到透明区诱导了精子进行顶体反应 1254 卵子皮层反应确保了仅有一个精子使卵子受精 1255 精子G卵子融合的机制目前仍然不清楚 1256 精子为受精卵提供了一个中心粒 1257 小结 1259 21 多细胞生物的发育 1261 动物发育的通用机制 1261 动物具有相同的基本解剖学特征 1262 多细胞动物调控细胞间相互作用和基因调控蛋白的保守性 1263 调控DNA序列决定了发育程序 1264 胚胎学研究揭示了细胞间相互作用机制 1265 通过突变寻找控制发育过程的基因 1266 细胞命运决定早于细胞变化 1267 细胞位置的记忆性影响它们在体内的定位 1267 通过不对称分裂产生两个不同的子代细胞 1268 可诱导的相互作用可以使最初完全一致的细胞产生分化 1269 形态发生素是长距离诱导信号，能够产生多级作用 1270 细胞外信号分子抑制物可以塑造细胞对诱导物的响应 1271 细胞内在程序决定发育的时间程序 1271 最初的图案建立在一小块区域内并随着胚胎生长被顺序诱导 1272 小结 1273 线虫：通过单个细胞来研究发育 1273 线虫解剖学结构简单 1273 线虫发育的细胞命运可以被精确预言 1274 母源基因产物控制了受精卵的不对称分裂 1274 细胞G细胞间相互作用建立了更复杂的图案 1275 显微技术和遗传学揭示了发育控制的逻辑;基因克隆和测序揭示了分子机制 1277 受到发育信号影响后，细胞会发生改变 1277 异时性基因控制了发育的时间表 1277 细胞在计时其内部程序时并不计数细胞分裂 1278 细胞凋亡是发育程序的一部分 1279 小结 1279 果蝇身体图案形成的分子遗传学机制 1279 昆虫身体由一系列体节构成 1280 果蝇从多核体开始其发育 1281 遗传筛选鉴定与特定早期图案建立相关的基因 1283 卵和周围细胞的相互作用决定了胚胎轴：卵极性基因的功能 1284 背腹信号基因建立了核基因调控蛋白的浓度梯度 1286 Dpp和Sog建立了第二个形态发生浓度来精细调控胚胎背部的发育 1286 昆虫的背腹轴对应于脊椎动物的腹背轴 1288 三组体节极性基因决定了前后轴的母源图案并细分胚胎 1288 分节基因的表达受位置信号层次的调控 1289 DNA调控序列的模块化特性使得基因具有多种独立的功能 1289 卵极性基因、间隙基因和成对控制基因建立了瞬时图案并被其他基因维持 1291 小结 1292 同源选择基因和前后轴的图案形成 1293 HOX决定了前后的不同 1293 同源选择基因编码了DNA结合蛋白并与其他基因调控蛋白相互作用 1293 同源选择基因按照其在HOX复合物中的顺序表达 1294 同源异型复合物长期记忆其位置信息 1294 脊椎动物中的同源异型选择基因也控制前后体轴 1296 小结 1298 器官发生和附肢形成 1298 条件诱导的体细胞突变使我们能够研究发育晚期的基因功能 1299 成体果蝇的身体是由成虫盘发育而来 1299 同源异型选择基因对成虫盘的位置信息记忆具有重要作用 1299 特定的调控基因决定将要发育为附肢的细胞 1300 昆虫翅成虫盘的分块现象 1302 4个重要的信号通路控制翅成虫盘的图案：Wigless、Hedgehog、Dpp和Notch 1303 每个分区的大小受细胞间相互作用的调控 1303 脊椎动物肢体形成的相似机制 1305 特定类型基因调控蛋白的表达预示了细胞分化 1306 侧向抑制从预神经细胞簇中选出感觉神经母细胞 1307 侧向抑制促使感觉母细胞的后代向最终命运分化 1307 不对称分裂的平面极性由Frizzled调控的信号决定 1309 侧向抑制和不对称分裂共同调控身体神经元的产生 1309 Notch信号调控了不同组织中不同类型细胞构建的美丽图案 1311 一些关键的调控基因决定了细胞类型;其他的激活建立整个器官的程序 1311 小结 1311 细胞运动和脊椎动物体型的形成 1312 胚胎极性依赖于卵极性 1312 细胞分裂由一细胞产生多细胞 1313 原肠胚发育将形成具有简单肠道的三胚层结构 1313 原肠胚运动是可被精确预言的 1315 化学信号引发机械过程 1315 细胞包装改变为原肠胚运动提供了动力 1316 细胞间粘连分子的改变促进细胞重排 1318 脊索延伸，神经板卷曲形成神经管 1318 基因表达振荡器控制了中胚层形成体节 1319 胚胎组织被迁移细胞侵袭 1320 迁移细胞的分布依赖于生存因子和诱导信号 1321 脊椎动物身体的左右不对称性由早期胚胎分子不对称性决定 1321 小结 1323 小鼠 1324 哺乳动物发育具有特异的开始方式 1324 早期哺乳动物胚胎是高度可调控的 1325 从哺乳动物胚胎可以获得全能干细胞 1326 上皮细胞核间充质细胞间相互作用产生了分支管状结构 1327 小结 1328 神经的发育 1328 产生的部位和时间不同导致不同特征的神经元 1329 神经元产生的时间特异性决定了其所形成的相互间连接的特异性 1331 每一个伸展中的轴突和树突顶部都有一个生长锥的结构 1332 在体内，生长锥使神经突起能沿着精确设定的路线生长 1334 生长锥的敏感性在其运动过程中会发生改变 1335 靶组织分泌神经营养因子控制神经细胞的生长和存活 1336 神经元的特异性形成有序的神经元图谱 1337 视网膜不同区域发出的轴突对于视顶盖中抑制分子浓度梯度的响应不同 1339 突触联系模式的重塑取决于突触活动强度 1340 后天经验参与重塑大脑的突触联系模式 1342 成人的记忆机制可能和发育时的突触重塑机制是一致的 1343 小结 1343 植物发育 1343 拟南芥作为一种植物分子遗传学的模式生物 1344 拟南芥基因组富含发育控制基因 1345 胚胎发育开始于根-茎轴向的建立，结束于种子的形成 1346 专题21-1 开花植物早期发育的特征 1347 专题21-2 组成高等植物的细胞类型和组织 1348 植物的各部分是由分生组织产生的 1351 幼苗的发育依赖于环境信号 1352 一种新结构的形成依赖于细胞分裂和生长的方向 1352 每一植物模块都是由分生组织的一个原基生长而来的 1353 细胞信号维持着分生区的结构 1354 分生区的突变体可以通过改变细胞的行为来改变植物的拓扑结构 1356 长距离的激素信号在植物的各个部分协同调节植物的发育 1357 同源选择基因特异于花的各个部分 1358 小结 1360 22 组织学：组织中细胞的生存和死亡 1363 表皮及表皮通过干细胞再生 1363 上皮细胞构成一道多层的防水屏障 1364 正在分化的表皮细胞在其成熟过程中合成一系列不同的角质素 1365 表皮由基底层的干细胞更新 1366 干细胞产生的两种子细胞并不一定总是不相同 1366 基底层包含干细胞和短暂扩充细胞 1367 表皮的更新受到许多相互影响的信号控制 1369 乳腺经历发育和退化的重复循环 1370 小结 1371 感觉上皮 1372 嗅觉神经元不断地被更新 1372 听毛细胞的终生持续使用 1373 绝大多数永久细胞进行部分更新：视网膜感光细胞 1375 小结 1376 呼吸道和消化道 1377 不同类型的肺泡旁细胞之间相互协作 1377 杯状细胞、纤毛细胞、巨噬细胞的协作保证了呼吸道的清洁 1378 小肠内壁细胞的自我更新快于其他任何器官 1379 Wnt信号途径中的成员用于维持消化道干细胞的数量 1381 肝是消化道和血液之间的汇合处 1381 肝细胞的消亡或损失刺激肝细胞增殖 1382 小结 1383 血管和内皮细胞 1383 内皮细胞分布于所有血管内壁 1384 现有内皮细胞的简单分裂产生新的内皮细胞 1385 新的毛细血管通过芽殖形成 1385 血管发生受到外围组织所释放的因子的控制 1387 小结 1388 多能干细胞的更新：血细胞的形成 1388 三种主要的白细胞：粒细胞、单核细胞和淋巴细胞 1389 骨髓中每种血细胞的产生受到分别调控 1391 骨髓中含有造血干细胞 1392 所有类型的血细胞都由多能干细胞产生 1394 血细胞的定型是分步进行的 1394 定型祖代细胞的分裂使特化血细胞的数量扩增 1396 干细胞依赖基质细胞发出的接触信号 1396 调节造血的因子可以通过体外培养进行研究 1397 红细胞的生成依赖促红细胞生成素 1397 多种集落刺激因子（CSF）影响中性粒细胞和巨噬细胞的产生 1398 造血细胞的行为具有一定的随机性 1399 细胞存活调节和细胞增殖调节同等重要 1400 小结 1400 骨骼肌的发生、调整和再生 1401 新的骨骼肌纤维由肌原细胞融合产生 1401 肌细胞通过改变胞内蛋白质异型体改变自身特征 1403 骨骼肌纤维分泌筒箭毒碱限制自身的生长 1403 一些肌原细胞以静息干细胞的形式存在于成年个体内 1404 小结 1405 成纤维细胞及其转化：结缔组织细胞家族 1405 成纤维细胞受到不同化学信号的刺激改变自身的性质 1405 细胞外基质可能通过影响细胞形状及其附着来影响结缔组织细胞的分化 1407 脂肪细胞可以从成纤维细胞发育而来 1407 脂肪细胞分泌的瘦素蛋白通过负反馈抑制进食活动 1408 骨骼由其细胞不断改造重建 1409 成骨细胞分泌骨基质，而破骨细胞则侵蚀之 1410 发育过程中，破骨细胞侵蚀软骨为骨骼的发生创造空间 1412 小结 1413 干细胞工程 1414 胚胎干细胞可用于产生身体的任何部分 1414 表皮干细胞可在体外扩增培养用于组织修复 1416 神经干细胞可用于补充中枢神经系统细胞 1416 成年个体组织的干细胞可能比想象的更具多能性 1417 小结 1417 23 癌症 1419 癌症的形成是一个微进化过程 1419 癌细胞的无限增殖和移居异质组织 1420 大多数癌症来源于单个异常细胞 1422 由体细胞突变引起的癌症 1422 单个突变不足以引发癌症 1423 从轻度变异细胞缓慢发展而来的癌症 1424 进行性肿瘤包含连续几轮突变和自然选择 1426 大多数人类癌细胞在遗传上是不稳定的 1427 癌性生长常常依赖于对细胞死亡和细胞分化控制的缺陷 1428 许多癌细胞都脱离固有的细胞增殖界限 1430 恶性癌细胞在一种异己环境中生存和增殖才能转移 1431 6个关键特性使细胞能够进行恶性生长 1431 小结 1433 可预防的癌症病因 1433 许多但不是所有的致癌因子都损伤DNA 1434 不改变细胞DNA序列的因素能加速癌瘤发生 1435 病毒和其他感染促成一部分重要的人类癌症 1437 鉴别致癌物展现出避免癌症的途径 1438 小结 1439 癌症关键基因的发现 1440 鉴别功能获得型突变和功能缺失型突变的各种方法 1440 癌基因通过其显性转化效应而被鉴定 1440 肿瘤抑制基因有时可通过研究罕见的癌遗传综合征来鉴定 1442 即使没有从癌遗传综合征获得线索也能鉴定肿瘤抑制基因 1443 癌瘤中的突变基因可通过多种途径而激活过度或不足 1444 寻找肿瘤关键基因仍在继续 1446 小结 1446 癌细胞行为的分子基础 1447 研究发育中的胚胎和转基因小鼠有助于揭示癌症关键基因的功能 1447 许多癌症关键基因调节细胞分裂 1449 调控细胞凋亡的基因的突变允许癌细胞逃离自杀 1450 p53 基因的突变允许癌细胞在发生DNA损伤时存活并增殖 1451 DNA肿瘤病毒通过阻断关键肿瘤抑制基因的行为激活细胞复制装置 1452 端粒缩短可能为人类癌症铺路 1453 在一群端粒缺陷的细胞中，p53的丢失打开了一条通往癌症的林荫大道 1454 导致转移的突变仍然是一个谜 1455 结肠直肠癌通过一连串的可见突变而缓慢演化 1457 大多数结肠直肠癌病例的共同点是都有几个关键的遗传损伤 1459 DNA错配修复的缺陷是患结肠直肠癌的另一途径 1460 进行性肿瘤的每一步可能都与特异突变相关 1461 每例癌症都有一组特异的遗传损伤 1462 小结 1462 癌症治疗：现在与未来 1463 寻找癌症疗法是困难的，但并非没有希望 1463 当前疗法利用细胞周期控制的丧失和癌细胞的遗传不稳定性 1463 癌症能产生对治疗的抗性 1463 新疗法可能会出自我们的癌症生物学知识 1464 可将治疗设计成攻击缺乏p53的细胞 1465 肿瘤生长可通过切断癌细胞的血液供应而被阻断 1465 可以设计以特异癌基因蛋白为靶的小分子 1465 对细胞生物学的理解导致合理而简明的内科治疗 1466 小结 1468 24 获得性免疫系统 1470 淋巴细胞和获得性免疫的细胞基础 1471 获得性免疫需要淋巴细胞 1472 天然免疫系统和获得性免疫系统一起发挥作用 1472 B淋巴细胞在骨髓中发育;T淋巴细胞在胸腺中发育 1474 获得性免疫系统通过克隆选择发
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