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前言2

第一篇核酸、基因、染色体和基因组2

1绪论2

1.1遗传、基因和环境影响2

1.1.1遗传规律的发现2

目 录2

1.1.2基因位于DNA分子上3

1.1.3环境因素能够影响遗传物质4

1.2 DNA修复现象的发现6

1.2.1紫外线和离子辐射对基因的损伤和修复机制的发现6

1.2.2同源重组和DNA损伤7

1.2.3碱基错配修复现象的发现7

1.3.1一个被忽略了的问题8

1.3基因的稳定性问题8

1.3.2DNA损伤的结构基础10

1.4 DNA和组蛋白的修饰与人类疾病10

1.5基因稳定和人类疾病的研究12

1.6后基因组时代的疾病观13

1.6.1人类基因组学和蛋白质组学13

1.6.2疾病基因组和环境基因组14

1.6.3基因组学的发展16

1.6.4如何保护我们的健康16

1.6.5进化论的疾病观17

1.7人类疾病与社会经济和政治因素17

1.8预防医学17

1.9.2治疗性器官克隆18

参考文献及进一步阅读材料18

1.9.1细胞治疗和干细胞研究18

1.9再生医学18

2核酸分子20

2.1核酸的化学组成和分子结构20

2.1.1核酸的化学组成21

2.1.2脱氧核糖核酸链的表述21

2.1.3核糖核酸中的糖苷、核苷酸、核苷酸的化学结构22

2.1.4 3′,5′－磷酸二酯键22

2.1.5寡聚核苷酸22

2.2 DNA的结构生物学22

2.2.1氢键平面和氢键二面角22

2.2.2 DNA双链结构的多态性23

2.2.3 DNA双螺旋中的大沟和小沟24

2.2.4DNA双螺旋的左手构象形式25

2.2.5 CpG岛的表位遗传学作用和TG·CA二核苷酸重复序列26

2.2.6 DNA的二级结构具有多样性特点27

2.2.7作为遗传信息载体的核酸28

2.2.8核酸的变性和复性29

2.2.9沃森－克里克碱基对和胡格斯汀碱基对32

2.2.10双链DNA可以含有微结构36

2.3 DNA拓扑学问题36

2.3.1闭环超螺旋DNA的拓扑学描述36

2.3.2 A型、B型和Z型DNA的拓扑学参数37

2.3.3催化条件下的DNA拓扑结构38

2.3.4活体内DNA分子可以形成多种多样的拓扑学结构39

参考文献及进一步阅读材料40

3染色体和表位遗传控制42

3.1染色体的组织结构42

3.1.1染色体研究简史42

3.1.2染色体的化学组成43

3.2.1核小体的从头组装是一个受到调节控制的过程48

3.2核小体的代谢48

3.2.2DNA复制过程中的核小体组装49

3.2.3核小体形式对DNA超螺旋的影响51

3.2.4核小体的组装与染色体修复52

3.2.5核小体的重新调整（Remodeling）52

3.2.6基因转录过程中的核小体布局的调整和组蛋白的化学修饰55

3.3染色体在细胞周期内的代谢59

3.3.1染色体的包装59

3.3.2染色体结构维护蛋白组分60

3.3.3染色体的三级包装的可能分子机制60

3.3.4常染色质和异染色质62

3.3.5端粒和中心粒65

参考文献及进一步阅读材料71

4.1.1基因组的结构和功能74

4基因组的组织结构分析74

4.1基因组概论74

4.1.2真核生物基因组中的重复序列76

4.2重要细胞器内的DNA86

4.2.1线粒体DNA的结构和功能86

4.2.2与mtDNA有关的疾病87

4.3一些模式生物基因组的结构和功能88

4.3.1小鼠基因组88

4.3.2酵母基因组91

4.3.3细菌基因组的结构特征93

参考文献及进一步阅读材料95

5.1.1DNA是遗传信息载体98

5.1 DNA复制的研究98

5.1.2DNA复制的分子机制98

第二篇基因的自身维护98

5 DNA的活体内代谢98

5.1.3参与DNA复制的有关组分105

5.1.4DNA复制的过程120

5.1.5 DNA复制忠实性的维护126

5.1.6活体细胞中DNA合成的组织127

5.2 DNA复制过程中的拓扑学问题128

5.2.1连接体和去连接体128

5.2.2DNA分子之间形成的连接体129

5.2.3DNA拓扑异构酶129

5.3特殊形式的DNA合成131

5.3.1诱导型稳定DNA复制和DNA重组依赖的DNA复制132

5.3.2组成型稳定DNA复制135

5.3.3 DNA的跨缺刻复制135

5.4.1滚环复制137

5.4 DNA复制的多种形式137

5.4.2 D环复制138

5.4.3蛋白质作为DNA复制过程中的引物140

参考文献及进一步阅读材料140

6 DNA的损伤和修复144

6.1 DNA损伤144

6.1.1DNA损伤的原因145

6.1.2 DNA损伤的类型145

6.1.3DNA损伤的生物学效应155

6.2 DNA损伤的修复159

6.2.1概述159

6.2.2DNA损伤的逆转159

6.2.3 DNA单链断裂修复161

6.2.4切除修复161

6.2.5重组修复183

6.2.6DNA修复途径之间的协同作用185

6.2.7 DNA复制和DNA修复的协调186

6.2.8 SOS应答187

6.2.9 DNA修复过程与染色体结构变化191

6.2.10 DNA损伤与DNA突变的关系的认识194

参考文献及进一步阅读材料196

7基因重组200

7.1同源重组201

7.1.1同源重组概述201

7.1.2同源重组的一般模式和参与同源重组的蛋白质组分202

7.1.3同源重组的功用215

7.1.4同源重组修复DNA双链断裂的策略220

7.1.5同源重组与DNA复制的耦联221

7.1.6参与同源重组过程的蛋白质也参与其他DNA损伤修复和细胞周期控制过程221

7.1.7同源重组研究动向221

7.2.2位点特异性重组的过程223

7.2位点特异性重组223

7.2.1位点特异性重组概述223

7.2.3位点特异性重组与染色体二聚体的拆分226

7.2.4位点特异性重组的一些生物学效应227

7.3转位重组228

7.3.1转位重组和转位因子概述228

7.3.2转位作用的分子机制231

7.3.3转座作用的某些遗传效应235

7.3.4转座作用的调节控制238

7.4非常规重组239

7.4.1非同源DNA末端连接239

7.4.2DNA重复序列介导的滑脱DNA合成244

参考文献及进一步阅读材料245

8.1.1细胞周期概述247

8细胞周期及细胞周期控制247

8.1细胞周期及其调控247

8.1.2细胞周期过程中各时相的确定248

8.1.3细胞周期的划分和染色体代谢的相关性250

8.1.4细胞周期的调控250

8.2细胞周期中的关卡260

8.2.1细胞周期关卡260

8.2.2细胞周期关卡信号捕获、传导、效应子途径264

8.2.3正常生理条件下的细胞周期调控举例268

8.3细胞凋亡269

8.3.1细胞凋亡概述269

8.3.2细胞凋亡和细胞坏死272

8.3.3 DNA损伤修复和细胞凋亡272

8.4.2细胞周期过程中的DNA复制和组蛋白合成的协调控制275

8.4.1DNA损伤修复的细胞周期控制275

8.4 DNA损伤情况下的细胞周期的调控275

8.4.3 DNA损伤修复过程中的细胞周期控制276

参考文献及进一步阅读材料282

9 DNA复制、损伤修复、基因重组和细胞周期调控研究动态285

9.1 DNA损伤修复过程中各种途径的使用和协调285

9.2 DNA损伤修复有关的蛋白质可以参与其他途径287

9.3真核生物细胞中多种形式的蛋白复合体288

9.4细胞周期、同源重组、基因转录控制的协同作用290

9.4.1 同源重组和细胞周期的耦联290

9.4.2同源重组与DNA双链断裂的修复291

9.5 DNA复制、跨缺刻合成、DNA修复和同源重组的决定291

9.6同源重组蛋白组分、DNA复制和DNA的拓扑学调控294

9.7同源重组与其他DNA损伤修复机制的相互作用295

参考文献及进一步阅读材料296

9.8DNA复制、损伤修复、基因重组和细胞周期控制研究方向296

第三篇基因稳定性与人类疾病300

10肿瘤和癌症的发生300

10.1肿瘤和癌症概述300

10.1.1肿瘤和癌症300

10.1.2人类肿瘤细胞中染色体畸变和基因突变302

10.1.3在基因水平上的改变309

10.1.4肿瘤和畸形染色体的相关性问题309

10.1.5表位遗传控制和肿瘤310

10.1.6细胞周期与肿瘤和癌症312

10.2癌基因和抗癌基因314

10.2.1与肿瘤发生有关的基因314

10.2.2癌基因316

10.2.3癌基因个案介绍317

10.2.4肿瘤抑制基因331

10.2.5肿瘤抑制基因个案介绍333

10.2.6细胞转化机制概论337

参考文献及进一步阅读材料338

11基因组稳定性与人类疾病和衰老340

11.1核小体的组装和脆性染色体综合征341

11.1.1普通脆性位点341

11.1.2稀有脆性位点341

11.1.3染色体脆性位点的生物学意义342

11.1.4脆性X染色体综合征342

11.2核小体的修饰和基因表达与人类有关疾病344

11.2.1 Rett综合征344

11.2.2免疫缺陷－中心粒不稳定－面部发育畸形综合征345

11.2.3染色质的结构、化学修饰、基因转录与人类疾病345

11.2.4 SWI/SNF在肿瘤生长中的作用346

11.3.1 DNA的损伤和修复与人类遗传病和肿瘤347

11.3与DNA损伤修复有关的人类疾病347

11.3.2基因重组和遗传病及肿瘤的关系350

11.4与细胞凋亡有关的基因突变和人类疾病363

11.4.1 Canale-Smith综合征364

11.4.2细胞毒效应分子基因突变及有关的人类疾病364

11.4.3细胞内细胞凋亡诱导子基因突变及其相关人类疾病365

11.4.4细胞凋亡抑制蛋白基因bcl-2突变及人类疾病366

11.4.5细胞凋亡抑制蛋白366

11.5与三核苷酸扩增有关的人类神经和肌肉系统疾病367

参考文献及进一步阅读材料371

12环境、营养、生活行为、基因突变和人类健康373

12.1环境和基因的稳定性373

12.1.1概述373

12.1.2环境和基因的相互作用374

12.2.1直接利用清除活性氧小分子质量化合物和活性氧进行作用386

12.2.2垃圾清除酶386

12.1.3基因突变和肿瘤发生的相关性386

12.2活性氧自由基386

12.2.3细胞内存在着可以修复活性氧分子引起的损伤387

12.2.4抗氧化剂和肿瘤388

12.3生活环境和生活方式与人类健康388

12.3.1烟草和健康389

12.3.2酗酒390

12.3.3熬夜390

12.3.4汽车尾气390

12.3.5癌症遗传病和不合理的饮食之间的关系390

12.3.6运动可以防癌395

参考文献及进一步阅读材料395

索引398