細胞生物學(xué)精要（原書第五版）

第1章　細胞：生命的基本單位　1

細胞的統(tǒng)一性和多樣性　1

細胞的形態(tài)和功能大不相同　2

活細胞都有相似的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)　2

活細胞可利用自身蛋白催化完成自我復(fù)制　3

所有活細胞都由同一祖先演化而來　4

基因是細胞和有機體形態(tài)發(fā)生、功能和行為的總指揮　4

顯微鏡下的細胞　5

光學(xué)顯微鏡的發(fā)明導(dǎo)致了細胞的發(fā)現(xiàn)　5

光學(xué)顯微鏡揭示了細胞的一些組件　5

電子顯微鏡揭示了細胞的精細結(jié)構(gòu)　6

原核細胞　12

原核生物是地球上種類和數(shù)量多的細胞　13

原核生物世界可分為兩個域：細菌和古細菌　14

真核細胞　15

細胞核是細胞的信息存儲器　15

線粒體利用食物分子產(chǎn)生能量　16

葉綠體從陽光中捕獲能量　16

內(nèi)膜創(chuàng)建功能各異的細胞內(nèi)區(qū)室　18

胞質(zhì)溶膠是一種含有大小分子的濃縮水凝膠　20

細胞骨架負(fù)責(zé)細胞的定向運動　21

細胞質(zhì)遠非靜止　22

真核細胞可能作為捕食者而起源　22

模式生物　24

分子生物學(xué)家專注于大腸桿菌　25

釀酒酵母是一種簡單的真核生物　25

擬南芥作為模式植物　26

模式動物果蠅、線蟲、魚和小鼠　26

生物學(xué)家也直接研究人類和人體細胞　30

基因組序列比對揭示出生命共同的遺傳特征　31

基因組不僅僅只包含基因　32

基本概念　32

關(guān)鍵詞　33

問題　33

第2章　細胞的化學(xué)成分　37

化學(xué)鍵　37

細胞由相對少數(shù)的幾種原子組成　37

外層的電子決定原子間如何相互作用　39

共價鍵由共用的電子所形成　41

一些共價鍵涉及多個電子對　42

共價鍵中的電子通常是不均等共用　42

共價鍵的強度可使其在細胞內(nèi)穩(wěn)定存在　42

離子鍵通過得失電子而形成　45

氫鍵是許多生物分子中重要的非共價鍵　45

四種弱相互作用將細胞內(nèi)的分子聚集在一起　46

一些極性分子在水中形成酸和堿　49

細胞中的小分子　52

細胞由碳化合物構(gòu)成　52

細胞主要含有四種有機小分子　52

糖既是細胞的能量來源，也是組成多糖的亞基　53

脂肪酸鏈?zhǔn)羌毎さ慕M成部分　56

氨基酸是形成蛋白質(zhì)的亞基　59

核苷酸是形成DNA和RNA的亞基　63

細胞中的大分子　67

每個大分子都含有特定的亞基序列　67

非共價鍵決定大分子的精確形狀　70

非共價鍵允許大分子結(jié)合其他特定分子　70

基本概念　71

關(guān)鍵詞　72

問題　72

第3章　能量、催化和生物合成　75

細胞利用能量　76

細胞釋放的熱能使生物有序性成為可能　76

細胞能夠?qū)⒛芰繌囊环N形式轉(zhuǎn)換為另一種形式　77

光合生物利用陽光合成有機分子　78

細胞通過有機分子的氧化獲得能量　79

氧化和還原涉及電子的轉(zhuǎn)移　79

自由能和催化作用　81

化學(xué)反應(yīng)朝向自由能損失的方向上進行　81

酶降低了自發(fā)反應(yīng)起始所需的能量　82

自由能的變化決定了一個反應(yīng)能否發(fā)生　83

ΔG在反應(yīng)趨向平衡的進程中不斷變化　84

標(biāo)準(zhǔn)自由能變化ΔG°可以比較不同反應(yīng)的能量　84

平衡常數(shù)與ΔG°成正比　85

在復(fù)合反應(yīng)中，平衡常數(shù)取決于所有反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度　88

平衡常數(shù)也可指示非共價結(jié)合反應(yīng)的強度　88

對于連續(xù)反應(yīng)，自由能的變化是疊加的　89

酶催化反應(yīng)依賴于快速的分子碰撞　90

非共價相互作用允許酶結(jié)合特定分子　90

活化載體和生物合成　91

活化載體的形成與能量上有利的反應(yīng)相偶聯(lián)　91

ATP是廣泛使用的活化載體　94

存儲在ATP中的能量常用于連接兩個分子　95

NADH和NADPH二者都是電子活化載體　96

NADPH和NADH在細胞中發(fā)揮不同的作用　97

細胞也利用許多其他活化載體　98

生物多聚物的合成需要能量輸入　99

基本概念　102

關(guān)鍵詞　102

問題　103

第4章　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能　107

蛋白質(zhì)的形狀和結(jié)構(gòu)　107

蛋白質(zhì)的形狀由氨基酸序列確定　107

蛋白質(zhì)折疊成能量*低的構(gòu)象　111

各種蛋白質(zhì)都有自己的復(fù)雜形狀　113

α螺旋和β折疊是常見的折疊模式　115

生物結(jié)構(gòu)易于形成螺旋形式　115

β折疊在許多蛋白質(zhì)的核心處形成剛性結(jié)構(gòu)　118

蛋白質(zhì)的錯誤折疊造成引發(fā)疾病的淀粉樣蛋白結(jié)構(gòu)　118

蛋白質(zhì)具有多層次的組織形式　118

蛋白質(zhì)也包含無固定結(jié)構(gòu)的區(qū)域　119

在許多潛在可能的多肽鏈中，只有少數(shù)是有功能的　120

蛋白質(zhì)可以歸類為不同家族　120

大蛋白分子所含的多肽鏈通常多于一個　120

蛋白質(zhì)可以組裝成絲狀、片狀或球狀　122

某些類型的蛋白質(zhì)呈現(xiàn)為細長的纖維狀　123

細胞外蛋白通常進行共價交聯(lián)而得以穩(wěn)定　124

蛋白質(zhì)如何工作　124

所有蛋白質(zhì)都與其他分子結(jié)合　124

人體能產(chǎn)生數(shù)十億種抗體，每種抗體都有各自的結(jié)合位點　126

酶是強大且高度特異的催化劑　129

酶極大地加快了化學(xué)反應(yīng)的速度　129

以溶菌酶為例揭示酶的工作原理　130

很多藥物抑制酶的活性　134

緊密結(jié)合的小分子賦予蛋白質(zhì)額外的功能　134

蛋白質(zhì)是如何被調(diào)控的　135

酶的催化活性通常受到其他分子的調(diào)節(jié)　135

變構(gòu)酶具有相互影響的兩個或多個結(jié)合位點　136

磷酸化可通過引起構(gòu)象變化來調(diào)控蛋白質(zhì)的活性　137

共價修飾也可以調(diào)控蛋白質(zhì)的定位和相互作用　138

磷酸基團的添加和去除控制GTP結(jié)合蛋白活性的開關(guān)　139

ATP水解使馬達蛋白在細胞中產(chǎn)生定向運動　139

蛋白質(zhì)經(jīng)常形成大型復(fù)合物，以蛋白質(zhì)機器的形式發(fā)揮作用　139

許多相互作用的蛋白質(zhì)通過支架聚集在一起　140

大分子之間的弱相互作用可以在細胞中形成大的生化區(qū)室　141

我們是如何研究蛋白質(zhì)的　142

蛋白質(zhì)可以從細胞或組織中純化出來　143

確定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)從確定其氨基酸序列開始　148

基因工程技術(shù)能夠大規(guī)模生產(chǎn)、設(shè)計和分析幾乎任何一種蛋白質(zhì)　149

蛋白質(zhì)的相關(guān)性有助于預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能　152

基本概念　152

關(guān)鍵詞　153

問題　154

第5章　DNA和染色體　157

DNA的結(jié)構(gòu)　158　

DNA分子由兩條核苷酸互補鏈組成　158　

DNA的結(jié)構(gòu)提供了一種遺傳機制　160

真核染色體的結(jié)構(gòu)　161

真核生物的DNA被包裝成多條染色體　162

染色體組織和攜帶遺傳信息　162　

DNA復(fù)制和染色體分離需要特定的　

DNA序列163

間期染色體在核內(nèi)并非隨機分布166

染色體中的DNA總是高度凝集166

核小體是真核染色體結(jié)構(gòu)的基本單位　167

染色體的包裝有多個層次　168

染色體結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)　170

核小體結(jié)構(gòu)的變化使DNA暴露出來　170

間期染色體同時包含高度凝集和相對伸展的兩種狀態(tài)　171

基本概念177

關(guān)鍵詞177

問題　177

第6章　DNA復(fù)制和修復(fù)　181　

DNA復(fù)制　182

堿基配對使DNA得以復(fù)制　182　

DNA合成開始于復(fù)制起點　182

每個復(fù)制起點都有兩個復(fù)制叉　186　

DNA聚合酶利用一條親本鏈為模板合成DNA　187

復(fù)制叉是不對稱的　188　

DNA聚合酶能自我校正　188

短的RNA作為DNA合成的引物　189

復(fù)制叉上的蛋白質(zhì)相互協(xié)調(diào)，形成一個復(fù)制機器　192

端粒酶復(fù)制真核生物染色體的末端　193

端粒長度因細胞類型和年齡而異　194

DNA修復(fù)　195

DNA損傷在細胞中不斷發(fā)生　195

細胞具有多種修復(fù)DNA的機制　196

DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)清除校讀過程中未被發(fā)現(xiàn)的復(fù)制錯誤　197

雙鏈DNA斷裂需要不同的修復(fù)策略　198

同源重組可以完美無缺地修復(fù)DNA雙鏈斷裂　199

DNA損傷修復(fù)失敗可能對細胞或生物體造成嚴(yán)重后果　200

DNA復(fù)制和修復(fù)的保真度記錄被保存在基因組序列中　201

基本概念　202

關(guān)鍵詞　202

問題　203

第7章　從DNA到蛋白質(zhì)：細胞如何讀取基因組　205

從DNA到RNA　206

部分DNA序列被轉(zhuǎn)錄成RNA　206

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一條與DNA鏈互補的RNA　206

細胞產(chǎn)生各種類型的RNA　209

DNA　中的信號指示RNA聚合酶從何處開始和停止　210

真核生物基因轉(zhuǎn)錄的起始是一個復(fù)雜的過程　211

真核RNA聚合酶需要通用的轉(zhuǎn)錄因子　212

真核mRNA在細胞核中加工　213

在真核生物中，蛋白質(zhì)編碼基因被稱為內(nèi)含子的非編碼序列所間隔　215

RNA剪接從mRNA前體中除去內(nèi)含子　215

RNA合成和加工發(fā)生在細胞核內(nèi)的“工廠”中　217

成熟的真核mRNA從細胞核內(nèi)輸出　218

mRNA分子終在胞質(zhì)溶膠中降解　218

從RNA到蛋白質(zhì)　219

mRNA序列以三聯(lián)核苷酸組的形式被破譯　219

tRNA分子將氨基酸與mRNA中的密碼子進行匹配　220

特定的酶將tRNA分子與正確的氨基酸偶聯(lián)　223

mRNA上的信息在核糖體上被解碼　224

核糖體是一種核酶　227

mRNA中的特定密碼子指示核糖體從哪里開始和終止蛋白質(zhì)合成　227

蛋白質(zhì)由多核糖體合成　229

原核生物蛋白合成的抑制劑可被用作抗生素　229

受控的蛋白質(zhì)降解有助于調(diào)節(jié)細胞中每種蛋白質(zhì)的含量　230

從DNA到蛋白質(zhì)需要經(jīng)過許多步驟　231

RNA與生命起源　232

生命需要自催化　233　

RNA可以存儲信息和催化化學(xué)反應(yīng)　233　

RNA在演化上先于DNA出現(xiàn)　234

基本概念　235

關(guān)鍵詞　236

問題　237

第8章　基因表達調(diào)控　239

基因表達總覽　239

一個多細胞生物的不同細胞類型含有相同的DNA　240

不同細胞類型產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)組　240

細胞可以響應(yīng)外部信號從而改變其基因的表達　241

基因表達可以在DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的多個步驟上進行調(diào)控　242

基因轉(zhuǎn)錄是如何調(diào)控的　242

轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與調(diào)節(jié)性DNA序列相結(jié)合　242

轉(zhuǎn)錄開關(guān)使細胞可以響應(yīng)環(huán)境的變化　244

阻遏因子關(guān)閉基因，激活因子打開基因　245　

Lac操縱子由一個激活因子和一個阻遏因子所控制　245

真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子可以遠程控制基因表達　245

真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子通過招募染色質(zhì)修飾蛋白來幫助起始轉(zhuǎn)錄　246

染色體襻環(huán)結(jié)構(gòu)域排列可以保持增強子受控　247

產(chǎn)生特化的細胞類型　248

真核基因受到轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的組合調(diào)控　248

單個蛋白質(zhì)可以協(xié)調(diào)不同基因的表達　248

綜合調(diào)控也可以產(chǎn)生不同的細胞類型　249

一個完整器官的形成能夠被一個轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子觸發(fā)　253

轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子可被用于體外指導(dǎo)特定細胞類型的形成　253

分化的細胞會維持其特征　254

轉(zhuǎn)錄后調(diào)控　257　

mRNA含有控制自身翻譯的序列　257