目錄
第1章　細(xì)胞：生命的基本單位　1
細(xì)胞的統(tǒng)一性和多樣性　1
細(xì)胞的形態(tài)和功能大不相同　2
活細(xì)胞都有相似的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)　2
活細(xì)胞可利用自身蛋白催化完成自我復(fù)制　3
所有活細(xì)胞都由同一祖先演化而來(lái)　4
基因是細(xì)胞和有機(jī)體形態(tài)發(fā)生、功能和行為的總指揮　4
顯微鏡下的細(xì)胞　5
光學(xué)顯微鏡的發(fā)明導(dǎo)致了細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)　5
光學(xué)顯微鏡揭示了細(xì)胞的一些組件　5
電子顯微鏡揭示了細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)　6
原核細(xì)胞　12
原核生物是地球上種類(lèi)和數(shù)量最多的細(xì)胞　13
原核生物世界可分為兩個(gè)域：細(xì)菌和古細(xì)菌　14
真核細(xì)胞　15
細(xì)胞核是細(xì)胞的信息存儲(chǔ)器　15
線粒體利用食物分子產(chǎn)生能量　16
葉綠體從陽(yáng)光中捕獲能量　16
內(nèi)膜創(chuàng)建功能各異的細(xì)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(xì)胞骨架負(fù)責(zé)細(xì)胞的定向運(yùn)動(dòng)　21
細(xì)胞質(zhì)遠(yuǎn)非靜止　22
真核細(xì)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(zhuān)注于大腸桿菌　25
釀酒酵母是一種簡(jiǎn)單的真核生物　25
擬南芥作為模式植物　26
模式動(dòng)物果蠅、線蟲(chóng)、魚(yú)和小鼠　26
生物學(xué)家也直接研究人類(lèi)和人體細(xì)胞　30
基因組序列比對(duì)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(wèn)題　33
第2章　細(xì)胞的化學(xué)成分　37
化學(xué)鍵　37
細(xì)胞由相對(duì)少數(shù)的幾種原子組成　37
最外層的電子決定原子間如何相互作用　39
共價(jià)鍵由共用的電子所形成　41
一些共價(jià)鍵涉及多個(gè)電子對(duì)　42
共價(jià)鍵中的電子通常是不均等共用　42
共價(jià)鍵的強(qiáng)度可使其在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在　42
離子鍵通過(guò)得失電子而形成　45
氫鍵是許多生物分子中重要的非共價(jià)鍵　45
四種弱相互作用將細(xì)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(xì)胞中的小分子　52
細(xì)胞由碳化合物構(gòu)成　52
細(xì)胞主要含有四種有機(jī)小分子　52
糖既是細(xì)胞的能量來(lái)源，也是組成多糖的亞基　53
脂肪酸鏈?zhǔn)羌?xì)胞膜的組成部分　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(xì)胞中的大分子　67
每個(gè)大分子都含有特定的亞基序列　67
非共價(jià)鍵決定大分子的精確形狀　70
非共價(jià)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(wèn)題　72
第3章　能量、催化和生物合成　75
細(xì)胞利用能量　76
細(xì)胞釋放的熱能使生物有序性成為可能　76
細(xì)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(yáng)光合成有機(jī)分子　78
細(xì)胞通過(guò)有機(jī)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(jìn)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(gè)反應(yīng)能否發(fā)生　83
ΔG　在反應(yīng)趨向平衡的進(jìn)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(jià)結(jié)合反應(yīng)的強(qiáng)度　88
對(duì)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(lài)于快速的分子碰撞　90
非共價(jià)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　是最廣泛使用的活化載體　94
存儲(chǔ)在ATP中的能量常用于連接兩個(gè)分子　95
NADH和NADPH二者都是電子活化載體　96
NADPH和NADH在細(xì)胞中發(fā)揮不同的作用　97
細(xì)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(wèn)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)折疊成能量最低的構(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(jiàn)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(cuò)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(wú)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(lèi)為不同家族　120
大蛋白分子所含的多肽鏈通常多于一個(gè)　120
蛋白質(zhì)可以組裝成絲狀、片狀或球狀　122
某些類(lèi)型的蛋白質(zhì)呈現(xiàn)為細(xì)長(zhǎng)的纖維狀　123
細(xì)胞外蛋白通常進(jìn)行共價(jià)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(diǎn)　126
酶是強(qiáng)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(gè)或多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)　136
磷酸化可通過(guò)引起構(gòu)象變化來(lái)調(diào)控蛋白質(zhì)的活性　137
共價(jià)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(tuán)的添加和去除控制GTP結(jié)合蛋白活性的開(kāi)關(guān)　139
ATP水解使馬達(dá)蛋白在細(xì)胞中產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)　139
蛋白質(zhì)經(jīng)常形成大型復(fù)合物，以蛋白質(zhì)機(jī)器的形式發(fā)揮作用　139
許多相互作用的蛋白質(zhì)通過(guò)支架聚集在一起　140
大分子之間的弱相互作用可以在細(xì)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(xì)胞或組織中純化出來(lái)　143
確定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)從確定其氨基酸序列開(kāi)始　148
基因工程技術(shù)能夠大規(guī)模生產(chǎn)、設(shè)計(jì)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(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能　152
基本概念　152
關(guān)鍵詞　153
問(wèn)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(bǔ)鏈組成　158　
DNA的結(jié)構(gòu)提供了一種遺傳機(jī)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(jī)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(gè)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(lái)　170
間期染色體同時(shí)包含高度凝集和相對(duì)伸展的兩種狀態(tài)　171
基本概念177
關(guān)鍵詞177
問(wèn)題　177
第6章　DNA復(fù)制和修復(fù)　181　
DNA復(fù)制　182
堿基配對(duì)使DNA得以復(fù)制　182　
DNA合成開(kāi)始于復(fù)制起點(diǎn)　182
每個(gè)復(fù)制起點(diǎn)都有兩個(gè)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(duì)稱(chēng)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(gè)復(fù)制機(jī)器　192
端粒酶復(fù)制真核生物染色體的末端　193
端粒長(zhǎng)度因細(xì)胞類(lèi)型和年齡而異　194
DNA修復(fù)　195
DNA損傷在細(xì)胞中不斷發(fā)生　195
細(xì)胞具有多種修復(fù)DNA的機(jī)制　196
DNA錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)清除校讀過(guò)程中未被發(fā)現(xiàn)的復(fù)制錯(cuò)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(wú)缺地修復(fù)DNA雙鏈斷裂　199
DNA損傷修復(fù)失敗可能對(duì)細(xì)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(wèn)題　203
第7章　從DNA到蛋白質(zhì)：細(xì)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(bǔ)的RNA　206
細(xì)胞產(chǎn)生各種類(lèi)型的RNA　209
DNA　中的信號(hào)指示RNA聚合酶從何處開(kāi)始和停止　210
真核生物基因轉(zhuǎn)錄的起始是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程　211
真核RNA聚合酶需要通用的轉(zhuǎn)錄因子　212
真核mRNA在細(xì)胞核中加工　213
在真核生物中，蛋白質(zhì)編碼基因被稱(chēng)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(xì)胞核內(nèi)的“工廠”中　217
成熟的真核mRNA從細(xì)胞核內(nèi)輸出　218
mRNA分子最終在胞質(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(jìn)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(kāi)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(xì)胞中每種蛋白質(zhì)的含量　230
從DNA到蛋白質(zhì)需要經(jīng)過(guò)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(chǔ)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(wèn)題　237
第8章　基因表達(dá)調(diào)控　239
基因表達(dá)總覽　239
一個(gè)多細(xì)胞生物的不同細(xì)胞類(lèi)型含有相同的DNA　240
不同細(xì)胞類(lèi)型產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)組　240
細(xì)胞可以響應(yīng)外部信號(hào)從而改變其基因的表達(dá)　241
基因表達(dá)可以在DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的多個(gè)步驟上進(jìn)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(kāi)關(guān)使細(xì)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(kāi)基因　245　
Lac操縱子由一個(gè)激活因子和一個(gè)阻遏因子所控制　245
真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子可以遠(yuǎn)程控制基因表達(dá)　245
真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子通過(guò)招募染色質(zhì)修飾蛋白來(lái)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(qiáng)子受控　247
產(chǎn)生特化的細(xì)胞類(lèi)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(gè)蛋白質(zhì)可以協(xié)調(diào)不同基因的表達(dá)　248
綜合調(diào)控也可以產(chǎn)生不同的細(xì)胞類(lèi)型　249
一個(gè)完整器官的形成能夠被一個(gè)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(xì)胞類(lèi)型的形成　253
分化的細(xì)胞會(huì)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
調(diào)節(jié)性RNA控制著數(shù)千個(gè)基因的表達(dá)　257
微RNA指導(dǎo)靶mRNA的降解　258
干擾小RNA可保護(hù)細(xì)胞免受感染　258
數(shù)千種長(zhǎng)鏈非編碼RNA也可能調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物的基因活性　259
基本概念　260
關(guān)鍵詞　261
問(wèn)題　261
第9章　基因和基因組演化　265
遺傳變異的產(chǎn)生　265
在有性繁殖生物中，只有生殖細(xì)胞中的變異傳遞給子代　267
DNA復(fù)制與修復(fù)的異常導(dǎo)致點(diǎn)突變　268
突變也可以改變基因的調(diào)控　269
DNA重復(fù)促生了相關(guān)基因家族　269
DNA重復(fù)和分歧產(chǎn)生了珠蛋白基因家族　270
全基因組重復(fù)塑造了許多物種的演化史　272
外顯子重排可以創(chuàng)造新的基因　272
移動(dòng)遺傳元件對(duì)基因組演化有深遠(yuǎn)的影響　272
基因可以在生物之間通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移發(fā)生交換　274
重建生命的家譜　274
提供選擇性?xún)?yōu)勢(shì)的遺傳變異很可能被保留下來(lái)　274
近緣生物的基因組有類(lèi)似的序列和組織方式　275
具有重要功能的基因區(qū)域顯示為保守DNA序列組成的“島嶼”　275
基因組比對(duì)顯示脊椎動(dòng)物基因組會(huì)迅速獲得或失去DNA序列　278
序列保守性使我們可以追蹤最遙遠(yuǎn)的演化關(guān)系　278
移動(dòng)遺傳元件和病毒　279
移動(dòng)遺傳元件編碼自身移動(dòng)所需的組件　279
人類(lèi)基因組包含兩個(gè)主要的轉(zhuǎn)座序列家族　280
病毒可以在細(xì)胞間和生物體間移動(dòng)　281
逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)了遺傳信息的正常流動(dòng)　282
檢視人類(lèi)基因組　283
人類(lèi)基因組的核苷酸序列展示了我們基因的排列方式　284
基因調(diào)控的差異可以解釋具有相似基因組的動(dòng)物為何如此不同　286
已滅絕的尼安德特人的基因組揭示了什么使我們成為人類(lèi)　289
基因組變異有利于我們的個(gè)性發(fā)展，但它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？　290
基本概念　290
關(guān)鍵詞　291
問(wèn)題　291
第10章　分析基因的結(jié)構(gòu)和功能　295
分離和克隆DNA分子　295
限制性?xún)?nèi)切酶在特定位點(diǎn)切割DNA分子　296
凝膠電泳分離不同大小的DNA片段　297
DNA　克隆從生產(chǎn)重組DNA開(kāi)始　297
重組DNA可以在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制　298
整個(gè)基因組可以呈現(xiàn)于一個(gè)DNA文庫(kù)中　299
雜交提供了一種用于檢測(cè)特定核苷酸序列的靈敏方法　301
通過(guò)PCR克隆DNA　301
PCR使用DNA聚合酶和特異性DNA引物在試管中擴(kuò)增DNA序列　302
PCR可用于醫(yī)學(xué)診斷和法醫(yī)鑒定　303
DNA測(cè)序　304
雙脫氧測(cè)序法依賴(lài)于對(duì)DNA鏈合成終止位置的分析　304
下一代測(cè)序技術(shù)使基因組測(cè)序更快、更便宜　304
比較基因組分析可以鑒定基因并預(yù)測(cè)它們的功能　306
探索基因功能　309
mRNA分析提供了基因表達(dá)的快照　310
原位雜交可以揭示基因于何時(shí)何地表達(dá)　310
報(bào)告基因使得特定蛋白質(zhì)可以在活細(xì)胞中被追蹤　311
對(duì)突變體的研究有助于揭示一個(gè)基因的功能　311
RNA干擾（RNAi）抑制特定基因的活性　312
一個(gè)已知基因可以被刪除，或被另一個(gè)版本替換　313
利用細(xì)菌的CRISPR系統(tǒng)可以高精度地編輯基因　315
突變生物體為人類(lèi)疾病研究提供了有用的模型　316
轉(zhuǎn)基因植物對(duì)細(xì)胞生物學(xué)和農(nóng)業(yè)都很重要　316
稀有的蛋白質(zhì)也可以通過(guò)克隆DNA實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)　318
基本概念　319
關(guān)鍵詞　319
問(wèn)題　320
第11章　膜結(jié)構(gòu)　323
脂雙層膜　324
膜脂質(zhì)在水中形成雙層　324
脂雙層是一種柔韌的二維流體　327
脂雙層的流動(dòng)性取決于其組成　328
膜組裝從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中開(kāi)始　329
某些磷脂被限制在膜的一側(cè)　329
膜蛋白　331
膜蛋白以不同方式與脂雙層結(jié)合　331
多肽鏈通常以α螺旋的形式跨過(guò)脂雙層　332
膜蛋白可以溶解在去垢劑中　334
只有少數(shù)幾種膜蛋白的完整結(jié)構(gòu)是清楚的　334
膜下方的細(xì)胞皮層加固質(zhì)膜　335
細(xì)胞可以限制其膜蛋白的運(yùn)動(dòng)　336
細(xì)胞表面被糖類(lèi)所覆蓋　337
基本概念　340
關(guān)鍵詞　341
問(wèn)題　341
第12章　跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)　345
跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的原理　345
脂雙層對(duì)于離子和大多數(shù)不帶電的極性分子是不可滲透的　346
細(xì)胞內(nèi)的離子濃度與外界的離子濃度差異很大　346
跨細(xì)胞膜無(wú)機(jī)離子濃度差產(chǎn)生膜電位　347
細(xì)胞有兩類(lèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和通道　347
溶質(zhì)通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸或者被動(dòng)運(yùn)輸跨膜　347
濃度梯度和膜電位均影響帶電溶質(zhì)的被動(dòng)運(yùn)輸　348
水順著其濃度梯度方向通過(guò)細(xì)胞膜的過(guò)程稱(chēng)為滲透　348
轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其功能　349
被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白順著溶質(zhì)的電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)　350
泵逆著溶質(zhì)的電化學(xué)梯度主動(dòng)運(yùn)輸溶質(zhì)　350
動(dòng)物細(xì)胞的Na+泵使用ATP提供的能量排出Na+、攝入K+　351
Na+泵在質(zhì)膜上造成陡峭的Na+濃度梯度　351
Ca2+泵使細(xì)胞溶質(zhì)中的Ca2+保持在低濃度　352
梯度驅(qū)動(dòng)泵利用溶質(zhì)梯度介導(dǎo)主動(dòng)運(yùn)輸　353
Na+的電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)動(dòng)物細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖　353
H+的電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)植物、真菌和細(xì)菌中的溶質(zhì)運(yùn)輸　355
離子通道和膜電位　356
離子通道具有離子選擇性和門(mén)控功能　356
膜電位受控于膜對(duì)特定離子的通透率　357
離子通道的開(kāi)合狀態(tài)可以瞬間切換　358
不同類(lèi)型的刺激會(huì)影響離子通道的開(kāi)合　358
電壓門(mén)控離子通道響應(yīng)膜電位　359
離子通道和神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)　361
動(dòng)作電位使沿著軸突進(jìn)行快速遠(yuǎn)程通信成為可能　361
電壓門(mén)控陽(yáng)離子通道介導(dǎo)動(dòng)作電位　364
神經(jīng)末梢的電壓門(mén)控Ca2+通道將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為化學(xué)信號(hào)　365
突觸后膜的遞質(zhì)門(mén)控離子通道將化學(xué)信號(hào)回轉(zhuǎn)為電信號(hào)　366
神經(jīng)遞質(zhì)可以是興奮性的，也可以是抑制性的　367
大部分精神類(lèi)藥物通過(guò)結(jié)合神經(jīng)遞質(zhì)受體而影響突觸信號(hào)傳遞　368
突觸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性使我們能夠思考、行動(dòng)、學(xué)習(xí)和記憶　368
光門(mén)控離子通道可用于活體動(dòng)物中瞬時(shí)激活或失活神經(jīng)元　369
基本概念　370
關(guān)鍵詞　371
問(wèn)題　371
第13章　細(xì)胞如何從食物中獲取能量　375
糖和脂肪的分解及利用　375
食物分子經(jīng)三個(gè)階段進(jìn)行分解　376
糖酵解從糖的分解中提取能量　378
糖酵解產(chǎn)生ATP和NADH　378
發(fā)酵可在沒(méi)有氧氣的情況下產(chǎn)生ATP　379
糖酵解酶將氧化作用與活化載體中的能量?jī)?chǔ)存偶聯(lián)起來(lái)　382
幾種有機(jī)分子在線粒體基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為乙酰　CoA　382
檸檬酸循環(huán)通過(guò)將乙�；�氧化成CO2而產(chǎn)生NADH　386
許多生物合成通路始于糖酵解或檸檬酸循環(huán)　387
在大多數(shù)細(xì)胞中電子傳遞驅(qū)動(dòng)了大部分ATP的合成　392
代謝調(diào)節(jié)　392
分解代謝和合成代謝是有組織的且是受調(diào)控的過(guò)程　392
反饋調(diào)控使細(xì)胞從葡萄糖分解轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟呛铣伞?93
細(xì)胞將食物分子儲(chǔ)存在特殊的儲(chǔ)備器中以備不時(shí)之需　394
基本概念　396
關(guān)鍵詞　397
問(wèn)題　397
第14章　線粒體與葉綠體中的能量生產(chǎn)　399
細(xì)胞通過(guò)基于膜的機(jī)制獲得大部分能量　399
化學(xué)滲透偶聯(lián)起源很早且一直保留在現(xiàn)今的細(xì)胞中　400
線粒體和氧化磷酸化　401
線粒體的結(jié)構(gòu)、位置和數(shù)量是動(dòng)態(tài)的　402
線粒體包含外膜、內(nèi)膜和兩個(gè)內(nèi)部隔室　403
檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生ATP合成所需的高能電子　404
電子移動(dòng)與質(zhì)子泵送相偶聯(lián)　404
電子在線粒體內(nèi)膜上傳遞經(jīng)過(guò)三個(gè)酶復(fù)合物　406
跨線粒體內(nèi)膜泵送質(zhì)子產(chǎn)生一個(gè)陡峭的電化學(xué)質(zhì)子梯度　406
ATP合酶利用電化學(xué)質(zhì)子梯度中存儲(chǔ)的能量生產(chǎn)ATP　407
電化學(xué)質(zhì)子梯度也驅(qū)動(dòng)跨線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)　408
線粒體中ADP向ATP快速轉(zhuǎn)化維持著細(xì)胞中ATP/ADP的高比率　408
細(xì)胞呼吸效率極高　409
電子傳遞和質(zhì)子泵送的分子機(jī)制　410
質(zhì)子很容易被電子傳遞移動(dòng)　410
氧化還原電位是電子親和性的量度　410
電子轉(zhuǎn)移釋放出大量能量　411
金屬與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合，形成多種多樣的電子載體　413
細(xì)胞色素c氧化酶催化氧分子的還原　414
葉綠體和光合作用　415
葉綠體與線粒體類(lèi)似，但有一個(gè)額外的區(qū)室，即類(lèi)囊體　415
光合作用先產(chǎn)生然后再消耗ATP和NADPH　418
葉綠素分子從陽(yáng)光中吸收能量　419
激發(fā)的葉綠素分子把能量匯集到一個(gè)反應(yīng)中心　420
兩套光系統(tǒng)合作產(chǎn)生ATP和NADPH　421
氧氣是由一個(gè)與光合系統(tǒng)Ⅱ結(jié)合的水裂解復(fù)合物所生成的　422
光合系統(tǒng)Ⅰ中的特殊偶對(duì)從光合系統(tǒng)Ⅱ中接收電子　422
碳固定利用ATP和NADPH將CO2轉(zhuǎn)化為糖　423
碳固定作用產(chǎn)生的糖可以以淀粉形式儲(chǔ)存或用以產(chǎn)生ATP　425
能量生產(chǎn)系統(tǒng)的演化　425
氧化磷酸化的演化是分階段的　426
光合成細(xì)菌對(duì)它們的環(huán)境需求更少　426
甲烷球菌的生命形式表明化學(xué)滲透偶聯(lián)是一個(gè)古老的過(guò)程　427
基本概念　428
關(guān)鍵詞　429
問(wèn)題　429
第15章　胞內(nèi)區(qū)室及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)　433
膜被細(xì)胞器　433
真核細(xì)胞含有一套基本的膜被細(xì)胞器　434
膜被細(xì)胞器由不同途徑演化而來(lái)　435
蛋白質(zhì)分選　436
蛋白質(zhì)通過(guò)三種機(jī)制輸入細(xì)胞器　437
信號(hào)序列指導(dǎo)蛋白質(zhì)到正確的區(qū)室中　437
蛋白質(zhì)通過(guò)核孔進(jìn)入核內(nèi)　438
蛋白質(zhì)去折疊進(jìn)入線粒體和葉綠體　440
過(guò)氧化物酶體中的蛋白質(zhì)來(lái)自胞質(zhì)溶膠和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)　441
蛋白質(zhì)在合成時(shí)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)　441
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的可溶性蛋白被釋放進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔　442
起始和終止信號(hào)決定跨膜蛋白在脂雙層中的排列　443
囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)　445
轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡攜帶可溶性蛋白質(zhì)和膜來(lái)往于區(qū)室之間　445
蛋白質(zhì)外被的組裝驅(qū)動(dòng)囊泡出芽　446
束縛蛋白和SNARE決定囊泡停靠位點(diǎn)　448
分泌途徑　449
大多數(shù)蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被共價(jià)修飾　449
蛋白質(zhì)離開(kāi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)前的質(zhì)量控制　450
蛋白質(zhì)折疊的需求決定內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的大小　450
在高爾基體內(nèi)蛋白質(zhì)被進(jìn)一步修飾和分選　451
分泌蛋白通過(guò)胞吐作用釋放出細(xì)胞　452
胞吞途徑　455
特化的吞噬細(xì)胞能夠吞入大的顆粒物　456
液體和大分子通過(guò)胞飲作用被攝入　456
受體介導(dǎo)的胞吞作用提供一條進(jìn)入動(dòng)物細(xì)胞的特定途徑　457
胞吞的大分子在內(nèi)吞體中被分選　457
溶酶體是細(xì)胞內(nèi)消化的主要場(chǎng)所　458
基本概念　460
關(guān)鍵詞　461
問(wèn)題　461
第16章　細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)　465
細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本原理　465
信號(hào)可以經(jīng)過(guò)長(zhǎng)程或短程起作用　466
有限的胞外信號(hào)可產(chǎn)生極為豐富的細(xì)胞行為　468
細(xì)胞對(duì)信號(hào)的響應(yīng)可快可慢　469
細(xì)胞表面受體經(jīng)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路傳遞胞外信號(hào)　469
一些胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白起著分子開(kāi)關(guān)的作用　471
細(xì)胞表面受體主要分為三類(lèi)　472
與離子通道偶聯(lián)的受體把化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)　474
G蛋白偶聯(lián)受體　474
刺激GPCR會(huì)激活G蛋白亞基　475
一些細(xì)菌毒素通過(guò)改變G蛋白的活性而致病　475
一些G蛋白可以直接調(diào)控離子通道　476
許多G蛋白激活與膜結(jié)合的酶，從而產(chǎn)生小信號(hào)分子　476
cAMP信號(hào)通路可以激活酶并開(kāi)啟基因　477
肌醇磷脂通路觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高　479
一個(gè)Ca2+信號(hào)觸發(fā)多個(gè)生物學(xué)過(guò)程　480
GPCR信號(hào)通路可以通過(guò)產(chǎn)生可溶性氣體將信號(hào)傳至周邊細(xì)胞　481
GPCR觸發(fā)的胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)具有驚人的速度、敏感性和適應(yīng)性　482
酶聯(lián)受體　484
激活的受體酪氨酸激酶招募胞內(nèi)信號(hào)蛋白復(fù)合物　484
大多數(shù)RTK激活單體GTP酶Ras　485
RTK激活PI3-激酶，在質(zhì)膜中形成脂質(zhì)錨定位點(diǎn)　486
有些受體可以激活一條直達(dá)細(xì)胞核的快速通道　488
一些胞外信號(hào)分子穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜與胞內(nèi)受體結(jié)合　488
植物使用的受體和信號(hào)傳遞策略不同于動(dòng)物　492
蛋白激酶網(wǎng)絡(luò)通過(guò)整合信息來(lái)控制復(fù)雜的細(xì)胞行為　493
基本概念　494
關(guān)鍵詞　495
問(wèn)題　495
第17章　細(xì)胞骨架　499
中間絲　500
中間絲堅(jiān)固耐久且呈繩索狀　501
中間絲加固細(xì)胞以應(yīng)對(duì)機(jī)械壓力　501
中間絲構(gòu)成的纖維網(wǎng)絡(luò)為核被膜提供支撐　503
連接蛋白交聯(lián)細(xì)胞骨架纖維并橋接核被膜　504
微管　505
微管是兩端結(jié)構(gòu)顯著不同的空心管　505
中心體是動(dòng)物細(xì)胞主要的微管組織中心　507
微管表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性　507
動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性是由GTP水解所驅(qū)動(dòng)的　508
藥物可以調(diào)節(jié)微管的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)　508
微管把細(xì)胞的內(nèi)部組織起來(lái)　509
馬達(dá)蛋白驅(qū)動(dòng)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)　510
微管和馬達(dá)蛋白維持細(xì)胞器在細(xì)胞質(zhì)中的定位　512
纖毛和鞭毛含有由動(dòng)力蛋白驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定微管　512
肌動(dòng)蛋白絲　516
肌動(dòng)蛋白絲纖細(xì)而柔韌　517
肌動(dòng)蛋白和微管蛋白的聚合機(jī)制類(lèi)似　517
許多蛋白質(zhì)能夠結(jié)合肌動(dòng)蛋白并改變其特性　518
大部分真核細(xì)胞的質(zhì)膜下具有富含肌動(dòng)蛋白絲的皮層　519
細(xì)胞的爬行依賴(lài)于皮層肌動(dòng)蛋白　520
肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白會(huì)影響細(xì)胞前沿突起的種類(lèi)　520
胞外信號(hào)可以改變肌動(dòng)蛋白絲的排列　521
肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合形成可收縮的結(jié)構(gòu)　522
肌肉收縮　522
肌肉收縮依賴(lài)于相互作用的肌動(dòng)蛋白絲和肌球蛋白絲束　523
肌肉收縮時(shí)肌動(dòng)蛋白絲沿肌球蛋白絲反向滑動(dòng)　524
胞質(zhì)中Ca2+濃度升高會(huì)觸發(fā)肌肉收縮　525
不同類(lèi)型的肌細(xì)胞具有不同的功能　528
基本概念　528
關(guān)鍵詞　529
問(wèn)題　529
第18章　細(xì)胞分裂周期　533
細(xì)胞周期概述　534
真核細(xì)胞周期通常包括四個(gè)時(shí)期　534
細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)觸發(fā)細(xì)胞周期的主要進(jìn)程　535
細(xì)胞周期調(diào)控在所有真核生物中都類(lèi)似　535
細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)　536
細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)依賴(lài)于周期性活化蛋白激酶Cdk　536
不同的周期蛋白-Cdk復(fù)合物啟動(dòng)細(xì)胞周期的不同步驟　539
周期蛋白的濃度受到轉(zhuǎn)錄和蛋白水解的調(diào)控　539
周期蛋白-Cdk復(fù)合物的活性取決于磷酸化和去磷酸化　540
Cdk活性可被Cdk抑制蛋白阻斷　540
細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)可以通過(guò)多種方式使周期暫停　540
G1期　541
在G1期Cdk被穩(wěn)定地失活　541
分裂素促進(jìn)周期蛋白產(chǎn)生，刺激細(xì)胞分裂　541
DNA損傷可以使細(xì)胞周期暫停在G1期　542
細(xì)胞可以通過(guò)進(jìn)入特殊的非分裂狀態(tài)來(lái)延長(zhǎng)分裂的時(shí)間　542
S期　543
S-Cdk啟動(dòng)DNA復(fù)制并阻止其再次復(fù)制　543
復(fù)制不完全會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯在G2期　544
M期　545
M-Cdk推動(dòng)有絲分裂的進(jìn)入　545
黏連蛋白和凝集蛋白幫助復(fù)制后的染色體成型以便分離　545
不同的細(xì)胞骨架機(jī)器分別完成有絲分裂和胞質(zhì)分裂　546
M期分階段進(jìn)行　547
有絲分裂　547
中心體復(fù)制有助于形成有絲分裂紡錘體的兩極　547
有絲分裂紡錘體在前期開(kāi)始組裝　547
染色體在前中期依附在有絲分裂紡錘體上　550
染色體會(huì)輔助有絲分裂紡錘體的組裝　551
中期時(shí)染色體在紡錘體的赤道板上列隊(duì)　551
后期時(shí)蛋白質(zhì)水解引發(fā)姐妹染色單體分離　553
染色體在后期分離　553
未被連接的染色體阻止姐妹染色單體分離　554
在末期核被膜重新形成　554
胞質(zhì)分裂　555
有絲分裂紡錘體決定細(xì)胞質(zhì)分裂的界面　555
動(dòng)物細(xì)胞的收縮環(huán)由肌動(dòng)蛋白絲和肌球蛋白絲構(gòu)成　556
植物細(xì)胞的細(xì)胞分裂涉及新細(xì)胞壁的形成　556
當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，膜被細(xì)胞器必須分配到子細(xì)胞中　557
細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞大小調(diào)控　558
細(xì)胞凋亡有助于調(diào)節(jié)動(dòng)物細(xì)胞的數(shù)量　558
細(xì)胞凋亡由胞內(nèi)蛋白水解級(jí)聯(lián)反應(yīng)所介導(dǎo)　559
內(nèi)源性凋亡的死亡程序受到胞內(nèi)Bcl2蛋白家族的調(diào)節(jié)　560
凋亡信號(hào)也可以來(lái)自其他細(xì)胞　560
動(dòng)物細(xì)胞需要胞外信號(hào)才能生存、成長(zhǎng)和分裂　560
存活因子抑制細(xì)胞凋亡　561
分裂素通過(guò)促進(jìn)S期的進(jìn)入來(lái)刺激細(xì)胞分裂　562
生長(zhǎng)因子刺激細(xì)胞生長(zhǎng)　562
一些胞外信號(hào)蛋白抑制細(xì)胞的存活、分裂或生長(zhǎng)　563
基本概念　564
關(guān)鍵詞　565
問(wèn)題　565
第19章　有性生殖與遺傳　569
性的優(yōu)勢(shì)　569
有性生殖涉及二倍體和單倍體細(xì)胞　570
有性生殖產(chǎn)生遺傳多樣性　571
有性生殖在不斷變化的環(huán)境中為生物提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)　572
減數(shù)分裂和受精　572
減數(shù)分裂包括一輪DNA復(fù)制及隨后的兩輪細(xì)胞核分裂　572
復(fù)制后的同源染色體在減數(shù)分裂前期進(jìn)行配對(duì)　573
復(fù)制的母系和父系染色體在每個(gè)二價(jià)體上都會(huì)發(fā)生交叉　573
染色體配對(duì)和交叉互換保證了同源染色體的正確分離　575
第二次減數(shù)分裂產(chǎn)生單倍體子細(xì)胞核　577
單倍體配子包含重組的遺傳信息　577
減數(shù)分裂并非完美　579
受精重建完整的二倍體基因組　579
孟德?tīng)柡瓦z傳定律　580
孟德?tīng)栄芯康氖且苑蛛x方式遺傳的性狀　581
孟德?tīng)柾品�了其他的遺傳理論　581
孟德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)揭示了顯性和隱性等位基因的存在　582
每個(gè)配子只含有某一性狀的其中一個(gè)等位基因　582
孟德?tīng)柗蛛x定律適用于所有的有性生殖生物　583
決定不同性狀的等位基因自由分離　584
減數(shù)分裂時(shí)染色體的行為是孟德?tīng)栠z傳定律的基礎(chǔ)　585
位于同一染色體上的基因可以通過(guò)交叉互換進(jìn)行分離　586
基因突變可導(dǎo)致功能的喪失或獲得　587
我們每個(gè)人都攜帶很多潛在的有害隱性突變　587
遺傳學(xué)作為實(shí)驗(yàn)工具　588
經(jīng)典的遺傳學(xué)方法從隨機(jī)誘變開(kāi)始　588
遺傳篩選可鑒定出特定細(xì)胞過(guò)程發(fā)生缺陷的突變體　590
條件性突變體使研究致死突變成為可能　590
互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)揭示兩個(gè)突變是否在同一基因上　591
探索人類(lèi)遺傳學(xué)　591
多態(tài)性的連鎖域從祖先一直遺傳到現(xiàn)在　592
多態(tài)性為我們了解自己的演化歷史提供線索　592
遺傳學(xué)研究有助于尋找人類(lèi)疾病的原因　593
許多嚴(yán)重的、罕見(jiàn)的人類(lèi)疾病是由單基因突變引起　593
常見(jiàn)的人類(lèi)疾病經(jīng)常受到多種突變和環(huán)境因素的影響　594
全基因組關(guān)聯(lián)研究有助于尋找與疾病相關(guān)的突變　595
關(guān)于人類(lèi)變異和疾病的遺傳基礎(chǔ)我們還有很多需要了解　598
基本概念　598
關(guān)鍵詞　599
問(wèn)題　599
第20章　細(xì)胞群落：組織、干細(xì)胞和癌癥　603
細(xì)胞外基質(zhì)和結(jié)締組織　604
植物細(xì)胞具有堅(jiān)固的外壁　604
纖維素微纖維賦予植物細(xì)胞壁抗拉強(qiáng)度　605
動(dòng)物結(jié)締組織含有大量的細(xì)胞外基質(zhì)　606
膠原蛋白為動(dòng)物結(jié)締組織提供抗拉強(qiáng)度　606
細(xì)胞分泌膠原蛋白并組織其分布　609
整聯(lián)蛋白將細(xì)胞外基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞骨架偶聯(lián)在一起　609
多糖和蛋白質(zhì)凝膠填充空隙并抗壓　611
上皮層和細(xì)胞連接　612
上皮層具有極性并建立于基膜之上　613
緊密連接使上皮防漏并隔離其頂端面和基底外側(cè)面　614
與細(xì)胞骨架連接的細(xì)胞連接使上皮細(xì)胞之間及其和基底層之間牢固地黏合起來(lái)　614
間隙連接使胞質(zhì)溶膠中的無(wú)機(jī)離子和小分子在細(xì)胞間傳遞　616
干細(xì)胞和組織更新　619
組織是很多細(xì)胞類(lèi)型有規(guī)律的混合物　620
不同的組織更新速率不同　621
干細(xì)胞和增殖前體細(xì)胞持續(xù)地產(chǎn)生終末分化細(xì)胞　621
特定信號(hào)維持干細(xì)胞群落　624
干細(xì)胞可用于修復(fù)缺失或受損的組織　624
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是人類(lèi)ES樣細(xì)胞的便捷來(lái)源　625
小鼠和人多能干細(xì)胞可在培養(yǎng)條件下形成類(lèi)器官　625
癌癥　626
癌細(xì)胞會(huì)過(guò)度增殖和不受控地遷移　626
流行病學(xué)研究鑒定癌癥發(fā)生的可預(yù)防因素　627
癌癥通過(guò)體細(xì)胞突變的積累而發(fā)展　628
癌細(xì)胞逐步演化，獲得越來(lái)越大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)　629
癌癥的關(guān)鍵基因主要有兩類(lèi)：癌基因和抑癌基因　630
癌癥關(guān)鍵突變集中在少數(shù)幾條基本的通路中　631
大腸癌顯示抑癌基因的缺失如何導(dǎo)致癌癥　632
對(duì)癌癥細(xì)胞生物學(xué)的理解開(kāi)辟了新的治療方法　633
基本概念　635
關(guān)鍵詞　638
問(wèn)題　639
答案　641
術(shù)語(yǔ)表　707
索引　735