医学分子生物学1

1医学分子生物学2全国高等医药院校研究生规划教材供基础、临床、预防、口腔医学、护理学、药学专业用医学分子生物学主编查锡良副主编药立波主审刘德培编者（以姓氏笔画为序）冯作化（华中科技大学同济医学院）金颖（上海第二医科大学）申宗候（复旦大学上海医学院）昌增益（清华大学）李刚（北京大学医学部）药立波（第四军医大学）杨安钢（第四军医大学）贺竹梅（中山大学）宋惠萍(中南大学湘雅医学院）查锡良（复旦大学上海医学院）屈伸（华中科技大学同济医学院）徐安龙（中山大学）周春燕（北京大学医学部）3前言继20世纪50年代Watson和Crick揭示了遗传信息携带者DNA的双螺旋结构后，近50年来分子生物学的发展势如破竹。60年代中期遗传信息传递的中心法则的初步确定；70年代基因重组理论和技术的崛起；以及近二三十年来基因的表达和调控及相关的发育分子生物学的进展；蛋白质翻译后加工、折叠、组装、转运，生物大分子相互识别、信号转导的深入研究等；一个个里程碑工作接踵而来。人类基因组计划业已完成，不久完整的人类基因组序列将呈现在人们面前。一个崭新的时代——后基因组时代已经来临。分子生物学是一门从生物大分子结构和功能水平上阐述各种生命现象的前沿学科，其内涵也随着生命科学的发展而日益丰富。尤为重要的是分子生物学的新理论、新技术迅速渗透到生命科学的各个领域，产生了诸如分子遗传学、分子生理学、分子免疫学、分子微生物学、分子神经生物学、分子病理学和分子药理学等新兴的交叉学科，医学分子生物学也应运而生。医学分子生物学是分子生物学的重要分支，它与基础医学和临床医学密切结合，研究生物大分子结构、功能、调控机制及其人体各种生理和病理状态的分子机制。医学分子生物学的进步大大促进了基础医学和临床医学的发展，有效地推动了新的诊断、治疗、预防方法的建立以及新的健康理念的发展。本教材为全国高等医药教材建设研究会组织编写的研究生规划教材系列之一。适用于全国高等医药院校及研究机构的硕士研究生。本教材在医学院校生物化学与分子生物学教学内容的基础上，更为深入和系统地介绍了分子生物学的基本理论和最新进展，并特别注重了与基础医学和临床医学的结合，以期为进一步学习其他研究生专业课程和开展医学科研工作奠定医学分子生物学基础。全书内容分为四篇：即基因、蛋白质、细胞信号转导和细胞增殖、分化与细胞凋亡。第一篇基因由8章组成，在介绍基因、基因组的概念、结构与功能基础上，着重阐述人类基因组计划的新成就、功能基因组、基因表达及其调控、与疾病发生发展和诊断治疗密切相关的分子机制、常用的基因操作原理等。第二篇蛋白质由5章组成，力求从动态角度出发，审视蛋白质结构与功能；介绍蛋白质“生老病死”的分子过程和酶学的新进展；强调时间、空间、微环境等因素对蛋白质正常和异常结构与功能的影响；同时，从科研实际出发，叙述研究蛋白质结构与功能的思路和技术方法，并呈现给读者若干悬而未决的蛋白质研究难题，留给读者更多的思考空间。第三篇细胞信号转导由5章组成，从分子水平介绍参与细胞信号转导的各种信号分子、受体的结构和功能，以及信号转导的原理及其规律；信号转导的重要通路及其生理作用；以及与疾病相关的信号转导异常；强调机体的各种生命活动都受到严密的调控，其中细胞信号转导系统起着不可替代的介导作用；同时，讨论了信号转导研究的发展趋势等。鉴于细胞信号转导研究在最近10年中的飞速发展及其在医学发展中的重要作用，这一部分的内容较以往各种教材更为详细。第四篇细胞增殖、分化与细胞凋亡由4章组成，主要介绍了近年来颇受重视的细胞周期、细胞分化、胚胎干细胞发育全能性、细胞凋亡调控的分子机制等，这些前沿内容与疾病发生发展和诊断治疗紧密相连，也是研究生开展基础医学和临床医学科学研究的必备知识。从培养研究生科学思维能力和科研工作能力的目标出发，本教材在编写方式和风格方面中力求强调科学史的沿革、经典实验结果、完整的理论知识和不同的学术观点的阐述，给读者一个充分的自学余地和想象空间。本书的编写人员由8所高校的12位教授组成。他们大部分来自医学院校，也有的来自综合性大学的生命科学学院。这种医学领域与非医学领域编写者的组合是医学院校教材编写的一种新的尝试，希望对于拓展医学院校研究生的知识面和科研思路有所裨益。各位编者在所撰写的章节中尽可能融会了个人的科研成果和教学经验，以使读者对相关理论有更为深刻4的理解。在编写过程中，我们首先召开了编者会议集体讨论和议定了编写大纲和各章的知识点，分头执笔完成初稿以后，进行了通讯互审，最后又利用定稿会对全书进行了再次的审定和修改，以尽量提高编写质量。但是由于编写时间仓促、编者学识水平有限，加之分子生物学发展异常迅速，本书难免存在遗漏、错讹和缺憾之处，谨请使用本书的广大师生和科技工作者批评指正。本书每章末列出了以原始论文为主的若干参考文献，以供读者进一步学习参考。本书在正文中出现的专业名词后列出了英文原名及缩写，书末列有英汉、汉英词汇表和专业名词索引，便于读者查阅。需要指出的是，由于分子生物学专业新词汇层出不穷，其中有些词汇各家译法不一，尚无公认的译名，只能以英文原名列出，或使用暂译名。在本书的整个编写过程中，始终得到主审刘德培院士的指导和关心。刘院士对本书的编写大纲、初稿都进行了认真地审阅，并提出了宝贵的修改意见；中国协和医科大学杨克恭教授对本教材初稿的审阅付出了大量的精力；还有一批为本教材编写工作和编写会议作贡献的人士；在此一并表示衷心的感谢。查锡良药立波2002年6月5第一篇基因第一章基因的结构与功能第一节遗传的基本单位－基因一、基因一词的由来及其含义的演变二、DNA的结构特点及其性质第二节基因的结构特点与分类一、染色体DNA二、线粒体DNA第三节基因（符号）的命名法一、基因命名的基本原则二、人类基因的命名法三、其他生物基因的命名法第二章基因组第—节基因组及基因作图一、基因组与基因组学二、基因组存储了生物体整套的遗传信息三、基因作图的概念四、人类基因定位的基本方法第二节人类基因组计划一、人类基因组计划的诞生及意义二、人类基因组计划的4张图谱三、人类基因组计划下一步的方向第三节生物信息学及其在基因组研究中的应用第四节单核苷酸多态性及意义一、DNA分子标记的发展二、单核苷酸多态性的概念及其分析方法三、单核苷酸多态性(SNPs)与疾病第五节基因多态性与疾病相关性研究一、基因多态性及其分析方法二、基因多态性与疾病相关性的研究第六节药物基因组学一、药物基因组学的概念二、药物基因组学的诞生三、药物基因组学与基因多态性四、药物基因组学的应用第三章DNA的生物合成与重组第一节复制一、DNA复制的基本特点二、原核生物染色体DNA的复制6三、真核生物染色体DNA的复制四、DNA复制的方式五、逆转录第二节DNA损伤、突变和修复一、DNA损伤、突变的意义和类型二、DNA损伤、突变的引发因素三、DNA损伤、突变的修复四、DNA损伤、修复与人类疾病第三节基因重组一、同源重组二、位点特异重组三、转座因子四、免疫球蛋白基因重排第四章原核生物基因的表达和调控第一节原核生物基因的表达一、转录起始二、RNA延伸三、转录终止四、转录后加工五、翻译的起始六、肽链的延伸七、翻译的终止八、原核生物基因转录和翻译的特点第二节原核基因表达的调控一、原核生物的顺式作用元件和转录调控蛋白二、转录起始调控的主要模式三、翻译的可调控性及调控方式第五章真核生物基因的表达和调控第一节真核生物基因的表达一、转录起始二、RNA延伸三、转录终止四、转录产物的加工五、RNA跨核膜运输六、翻译七、翻译后加工八、真核生物基因转录和翻译的特点第二节真核生物基因表达调控的分子机制一、真核生物的顺式作用元件二、真核生物的反式作用因子三、蛋白质与DNA的相互作用四、其他调控基因表达的因素第三节真核基因表达的调控一、DNA和染色质结构对转录的调控7二、转录起始的调控三、转录后的调控四、翻译的可调控性及调控方式五、翻译后加工的调控意义第四节基因表达研究在医学研究中的意义一、对已知的单个或数个基因的表达研究二、基因表达谱的研究三、对大量基因的表达变化研究四、寻找在特定组织或细胞中表达的新基因第四节基因表达调控研究在医学研究中的意义一、阐明生理或病理过程的分子机制二、基因治疗的基础研究第六章基因与疾病第一节基因变异与疾病一、基因结构变异与疾病二、基因表达异常与疾病三、原癌基因、抑癌基因与肿瘤四、外源基因的入侵与疾病五、线粒体DNA突变与疾病的关系六、动态突变相关的疾病第二节基因突变导致的常见疾病一、遗传性疾病二、肿瘤三、心血管疾病四、神经系统疾病五、病原微生物感染导致的疾病第七章基因操作第一节基因工程基本技术一、基因工程技术的产生及其科学意义二、基因工程技术的基本原理和步骤三、基因工程用载体四、基因工程常用工具酶五、目的基因的获得和重组载体的构建六、重组载体的导入、鉴定和表达第二节聚合酶链反应一、PCR技术的产生二、PCR技术的基本原理三、PCR技术的主要用途及其衍生技术第三节DNA序列分析第四节分子杂交和印迹技术一、印迹技术二、探针的种类和制备三、印迹技术的种类和用途第五节基因组文库和cDNA文库8一、基因组文库和cDNA文库技术的产生二、基因组文库的建立、筛选和用途三、cDNA文库的建立、筛选和用途第六节基因重组动物模型一、转基因动物模型二、核转移技术三、基因剔除技术四、基因转移和基因剔除在医学发展中的应用第七节基因操作在医学发展中的意义一、疾病相关基因分析二、制造生物活性蛋白第八章基因诊断与基因治疗第一节基因诊断一、基因诊断的概念与特点二、基因诊断的主要技术和方法三、常见的基因异常及其检测四、疾病的基因诊断六、基因诊断在法医学上的应用第二节基因治疗一、基因治疗的概念二、基因治疗的基本程序三、基因治疗的主要策略和技术方法四、遗传病的基因治疗五、肿瘤的基因治疗六、感染性疾病的基因治疗七、基因治疗临床试验的现状分析八、基因治疗存在的问题与展望第二篇蛋白质第九章蛋白分子的折叠、组装、细胞内定位及降解第一节新生肽链需要折叠形成特定的天然构象一、蛋白质折叠问题二、从热力学角度研究蛋白质折叠三、从动力学角度研究蛋白质折叠四、生物体内的蛋白质折叠问题五、蛋白质折叠的质量控制系统六、不同蛋白折叠过程的共性和个性七、膜蛋白的折叠问题八、蛋白质折叠的研究方法第二节寡聚蛋白的亚基需要经过一个组装过程9一、蛋白质绝大多数都以寡聚或多聚体形式存在二、寡聚体的组装过程是一个分子特异识别的过程三、存在于细胞膜上的蛋白复合体的组装问题第三节蛋白分子在细胞内的定位决定于其自身的结构一、定位于细胞不同部位的蛋白分子携带有不同的结构信号二、真核细胞中的蛋白定位研究进展三、已知因蛋白定位出错而引起的疾病第四节蛋白分子在细胞内的降解一、N-末端规则二、使蛋白短命的内部序列三、细胞内蛋白降解的途径第十章蛋白质的结构与功能第一节蛋白质结构一、据结构进行的蛋白质归类二、蛋白质的结构特征三、从结构信息分析蛋白的功能第二节、蛋白质分子功能的实现过程一、蛋白质通过非共价相互作用完成生物功能二、非共价相互作用的物理本质三、蛋白通过与其他分子(配体)的特异相互作用而完成生物学功能四、蛋白质分子与配体结合的亲和力五、蛋白质与配体亲和力的解释和预测问题六、蛋白质与配体结合的可逆性七、蛋白质构象的动态性八、蛋白质分子的翻译后化学修饰第十一章蛋白质研究第一节蛋白质研究的历史回顾第二节蛋白质对象的选择和样品的获取一、研究对象的选择二、细胞的破碎三、去污剂处理溶解膜蛋白四、从细胞中释放的蛋白分子的稳定五、细胞碎片的去除10六、目标蛋白质的纯化第三节蛋白质的检测和鉴定一、光谱学特性二、电泳检测三、测定纯化蛋白的分子大小四、测定蛋白质的氨基酸序列五、利用抗体探测特异蛋白质分子第四节蛋白质的结构分析一、氨基酸序列测定二、蛋白质空间结构的测定三、蛋白质结构变化检测四、蛋白分子的生物功能研究第五节蛋白质研究的发展趋势一、从单个蛋白到所有蛋白二、蛋白质组学三、蛋白质芯片技术第十二章蛋白质与医学第一节血红蛋白结构与功能一、血红蛋白基因二、结构与功能三、2，3－二磷酸甘油酸四、血红蛋白的新功能五