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内容介绍
本书为中国科学院教材建设专家委员会规划教材之一。全书共28章，分属基础、临床和专题三篇，主要包括蛋白质结构与功能，基因克隆、表达调控及与疾病的关系，糖生物学基础知识及与疾病的关系，信号转导与疾病，肿瘤转移和肝纤维化的生化机制，以及艾滋病分子机制等内容。本书内容新颖，实用性强。本书主要面向生物医药研究生和医学七、八年制学生，也可用作医学院校教师和临床医师的参考书。

目录
目录 第1篇 基础篇 第1章 绪论:从基因？基因组学到转化医学 1 第2章 蛋白质的结构？功能及其分离纯化 8 第*节 蛋白质的分子组成与分子结构 8 第二节 蛋白质折叠和结构预测 10 第三节 蛋白质的结构与功能的关系 13 第四节 蛋白质的分离与纯化 16 第3章 核酸？基因和基因组 21 第*节 DNA的空间结构与功能 21 第二节 RNA空间结构与功能 25 第三节 核酸疫苗的研究进展 29 第四节 基因 30 第五节 基因组 32 第4章 酶与酶分子工程 36 第*节 酶 36 第二节 酶分子工程 44 第5章 基因组学及基因克隆常用策略与基因功能研究方法 48 第*节 基因组学常用策略 48 第二节 基因克隆常用策略 50 第三节 基因功能研究的方法 58 第6章 蛋白质组学 65 第*节 蛋白质组学定义 66 第二节 蛋白质组学的研究内容及研究技术 66 笫三节 蛋白质组学的应用 76 第四节 蛋白质组研究的现状和前景 79 第7章 代谢组学 83 第*节 代谢组和代谢组学 83 第二节 代谢组学的分析流程 84 第三节 代谢组学的应用 85 第8章 糖组学 87 第*节 聚糖:医学糖组学的主题 87 第二节 糖复合物:糖蛋白和糖脂 90 第三节 糖基转移酶 106 第四节 多肽:N-乙酰氨基半乳糖转移酶的研究进展 117 第五节 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶家族 119 第9章 DNA的生物合成 125 第*节 DNA生物合成的主要特点 125 第二节 原核生物的DNA生物合成过程 126 第三节 真核生物的DNA生物合成过程 129 第四节 其他复制方式和DNA的逆转录合成 131 第10章 RNA的生物合成 134 第*节 转录反应体系 134 第二节 转录的基本过程 137 第三节 转录后的加工 142 第四节 RNA的复制 148 第11章 蛋白质的生物合成 149 第*节 蛋白质生物合成体系 149 第二节 蛋白质生物合成的基本过程 153 第三节 蛋白质的翻译后加工和靶向输送 161 第12章 基因表达调控 167 第*节 原核生物的基因表达调控 167 第二节 真核生物基因表达的调控 176 第三节 表观遗传对基因表达的调节 184 第13章 基因重组与基因工程 188 第*节 重组DNA技术 188 第二节 重组DNA技术与医学的关系 198 第14章 细胞信号转导 204 第*节 细胞通讯的分子基础 204 第二节 主要细胞信号转导途径及其作用机制 224 第三节 细胞信号转导过程的基本规律 243 第四节 细胞信号转导研究在医学中的意义 245 第15章 细胞周期和细胞凋亡 252 第*节 细胞周期 252 第二节 细胞凋亡 260 笫三节 细胞凋亡的检测 267 第2篇 临 床 篇 第16章 基因诊断和基因治疗 270 第*节 基因诊断 270 第二节 基因治疗 278 第17章 血液生物化学 287 第*节 血浆蛋白质 287 第二节 红细胞代谢 291 第三节 血红蛋白 296 第18章 肝胆生化和肝性脑病 301 第*节 肝在代谢中的作用 301 第二节 肝的生物转化作用与排泄功能 303 第三节 胆色素的正常及异常代谢 304 第四节 胆性脑病 307 第19章 钙？磷及骨的代谢 311 第*节 血钙与血磷 311 第二节 钙？磷的吸收与排泄 313 第三节 骨代谢 314 第四节 钙磷代谢的调节因素 317 第五节 钙？磷代谢失常 323 第20章 心血管疾病的分子机制 327 第*节 心血管疾病的分类和特征 327 第二节 动脉粥样硬化的分子机制 329 第三节 心肌肥厚的分子机制 337 第四节 心律失常的分子机制 343 第21章 肝纤维化的生化机制 348 第*节 肝纤维化的病因 348 第二节 肝纤维化的发生机制 349 第三节 临床表现和诊断 362 第四节 肝纤维化的治疗 362 第22章 肿瘤的生物化学与分子生物学 363 第*节 肿瘤干细胞与肿瘤发生 363 第二节 肿瘤发生和发展的细胞学特性 366 第三节 肿瘤发生和发展的生物化学和分子生物学特性 371 第四节 肿瘤新生血管形成和转移 376 第五节 肿瘤靶向治疗 381 第23章 白血病的细胞与分子生物学 384 第*节 白血病概况 384 第二节 白血病的细胞生物学 385 第三节 白血病的分子生物学基础 388 第四节 白血病的靶向治疗 391 第24章 肿瘤相关糖蛋白抗原研究进展 394 第*节 鞘糖脂类抗原 394 第二节 糖蛋白类抗原 400 第三节 肿瘤相关糖抗原在实验室诊断中的应用 407 第四节 基于肿瘤相关糖抗原的抗肿瘤疫苗 409 第五节 其他常见糖类肿瘤标志物 411 第六节 TF相关性抗原与胃肠道肿瘤 412 第七节 多聚乳糖胺简介 414 第25章 胃癌发生和发展的分子生物学研究进展 416 第*节 胃癌发生和发展的临床研究 416 第二节 胃癌发生和发展分子机制 422 第三节 胃癌发生发展相关的糖生物学研究 426 第26章 遗传性出血性疾病的分子生物学 435 第*节 先天性凝血因子缺乏或异常所致出血性疾病的分子生物学 435 第二节 血小板功能缺陷所致出血性疾病的分子生物学 440 第三节 先天性纤维蛋白原分子异常所致出血性疾病的分子生物学 442 第3篇 专 题 篇 第27章 分子生物学常用技术的原理及应用 443 第*节 分子杂交与印迹技术 443 第二节 聚合酶链反应(PCR)技术的原理与应用 447 第三节 基因转移和基因敲除技术 451 第四节 RNA干扰技术 452 第五节 microRNAs 454 第六节 蛋白质相互作用研究技术 455 第28章 生物芯片技术 461 第*节 DNA芯片技术特性概述 461 第二节 DNA芯片的设计与制备 463 第三节 DNA芯片应用的基本操作 466 第四节 DNA芯片技术的应用与展望 470 第五节 蛋白质芯片及其他生物芯片技术 471 第29章 放射损伤的分子机制与代谢改变 474 第*节 电离辐射的种类及生物学效应 474 第二节 放射损伤的原发作用 474 第三节 放射损伤的分子机制 476 第四节 放射损伤的代谢变化 485 第五节 放射损伤的药物防护与生化诊治 489 第30章 天然毒素分子 491 第*节 天然毒素发展史 491 第二节 天然毒素分子的毒理作用 491 第三节 天然毒素的分子结构 492 第四节 天然毒素分子的检测 494 第五节 天然毒素分子与疾病 495 第六节 天然毒素分子的应用 496 第31章 多糖的功能及研究进展 497 第*节 zui常见的多糖:膳食纤维 497 第二节 植物类多糖 499 第三节 真菌多糖 500 第四节 多糖功能与免疫调控分子机制研究进展 502 第32章 糖组学研究进展 507 第*节 糖抗原肿瘤疫苗的研究进展 508 第二节 糖基化在健康与疾病状态下的细胞机制 510 第三节 脊椎动物唾液酸识别蛋白糖基间相互作用研究概况 514 第四节 HIV多糖在艾滋病治疗中的应用 516 第五节 肿瘤细胞O-GalNAc聚糖的生物合成途径 518 第六节 糖基化与病毒 522 第七节 糖链结构在神经系统中的功能作用 524 第八节 蛋白质的糖基化作用分类及相关数据库 527 第九节 脑胶质瘤的侵袭特点及其与临床治疗相关研究进展 530 附:寡糖链结构功能及研究方法 533 第33章 生物信息学及其在生物医学研究中的应用 536 第*节 生物信息学简介 536 第二节 网络数据库资源 538 第三节 生物信息学在生物医学研究中的应用 550 参考文献 562 后记 563

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第1篇 基础篇 第1章 绪论：从基因、基因组学到转化医学 ※ 基因（gene），DNA分子中的特定区段，遗传学上是遗传的基本单位或单元，含编码一种RNA及（或）一种多肽的信息单位；分子生物学上是负载特定遗传信息的DNA片段，结构包括DNA编码序列，非编码调节序列和内含子组成的DNA区域。 ※ 基因组（genome），指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。 ※ 基因组学（genomics），即发展和应用DNA制图、测序新技术及计算机程序，分析生命体全部基因组结构与功能。 ※ 基因组医学（genomic medicine），即将基因组学知识应用于临床医学实践的学科。 ※ 转化医学（translational medicine）或称为转化研究（translational research）的概念，是在2003年由美国EA. Zerhouni在NIH路线图计划（NIH roadmap）中提出的，它的核心是要将生物医学基础研究成果迅速有效的转化为可在临床实际应用的理论、技术、方法和药物，即要在实验室到病房（bench to bedside, BtoB）之间架起一条快速通道。 20世纪末到21世纪初生命科学研究发展到了“组学”时代。所谓“组学”，即研究细胞、组织或整个生物体内某种分子（DNA、RNA、蛋白质、聚糖、代谢物或其他分子）的所有组成内容的科学。在人类基因组计划实施的短短几年间，各种组学迅速在生命科学领域崛起，zui早出现的是与DNA有关的基因组学，随后又分别出现了蛋白质组学、代谢组学和糖组学等等。 然而这些组学的基础多建立于生物化学与分子生物学。 一、回顾20世纪生物化学 生物化学=生命的化学 1. 现代生物化学的起始 现代生物化学起始于法国拉瓦锡（Lavoisier）1783年提出了动物体内呼吸燃烧的学说，推翻了燃素说。 瑞典舍勒1770年分离出酒石酸，并涉及柠檬酸等研究（TAC中间物）；德国化学家李比希（Liebig）1842年提出新陈代谢学说；德国医生霍佩-赛勒（Hoppe-Seyler）1877年首创 Biochemie（Biochmistry or Biological Chemistry），即生物化学；他的学生Miescher从脓细胞细胞核分离出DNA；法国生理学家贝尔纳（Bernard）及其学生寇南（Kuhne）进行胰液对蛋白的消化，提出胰酶（Trypsin）名词；寇南的学生，美国留学生池廷登（Chittenden）从1882~1921年居于美国生理化学的领导地位。 此外，勒布、艾贝尔都是德国人或德国留学生，1914年前许多美国医生到德国留学。 2. 20世纪后生化发展 英国：剑桥生化中心的霍普金斯（Hopkins）发现维生素和荷兰人艾克曼（Eijkman）共获诺贝尔奖。 德国：费歇尔（E.Fischer）研究糖和嘌呤获1902年诺贝尔奖；费歇尔（H.Fischer）因血红素和叶绿素研究而获诺贝尔奖；迈尔霍夫和英国赫尔因发现乳酸-糖原循环获1922年诺贝尔奖。 美国：哈佛大学医学院福林（Folin）和中国学生吴宪于1919~1922年间设计了血液分析的测量方法。 20世纪中叶即80年代30~40年间发展包括： （1）对蛋白质分析技术发展。 （2）鲍林（Pauling）提出分子病名称，并获诺贝尔化学奖和和平奖。 （3）英国桑格（F.Sanger）1955年确定了牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔奖，1980年又因设计测定DNA序列方法而获诺贝尔奖。 （4）对DNA方面的研究进展。 二、20世纪以来生物化学与分子生物学的发展 50年代发现DNA双螺旋——中心法则的基础；60年代，遗传密码——生命起源和中心法则；70年代，重组DNA——基因工程、蛋白质工程；80年代分别有Ribozyme——生命起源，逆转录——中心法则补充，结构生物学——分子拓扑学等发现；90年代，Prion发现和克隆羊成功；进入21世纪，人类基因组计划——后基因组（功能基因组）、蛋白质组全面启动、糖组和基因组医学开始启动并应用于临床医学研究。 1. 50年来对生命现象基本法则的挑战和补充 （1）DNA双螺旋：发现了DNA三股螺旋。 （2）中心法则：发现了逆转录和Prion。 （3）遗传密码通用性：单细胞生物及线粒体例外；连续性：移码、翻译绕过、反式翻译。 （4）一个基因一个蛋白质：不同读框；Promoter多样性；RNA剪接加工、编辑。 （5）生命体均含核酸：Prion。 （6）蛋白质一级结构决定空间结构：构象病（疯牛病的Prion，Alzheimer病的？淀粉蛋白）。 （7）酶是蛋白质：生物催化剂还包括Ribozyme，Deaxyribozyme。 （8）两种细胞类型（原核、真核）：archaea，无核环状染色体，基因组介于原核、真核之间。 1）疯牛病（牛海绵状脑病、蛋白传染粒子病）Prion。 2）构象病——蛋白质相聚引起构象改变致病。 3）老年性痴呆，正常Tau蛋白——糖化，异常Tau蛋白——磷酸化，正常？淀粉蛋白——磷酸化，异常？淀粉蛋白——糖化。所以老年痴呆症是否也是构象之病？ 2. 展望21世纪生化及分子生物学的发展 预计生化及分子生物学仍将是生命科学核心学科（分子医学）；仍将包揽Nobel奖（还有神经生物学）；生命现象的基本法则还将不断补充发展。主要发展如下： （1）完成人类基因组计划，后基因组计划：①基因功能；②基因调控。 （2）生物工程：①蛋白质工程——Motif Domain拼接，创造理想蛋白质；②酶工程——活性中心拼接，一酶多用；③糖工程——糖链糖基结构改造，影响分子识别；④染色体工程——显微切割；⑤基因工程；⑥细胞工程。 （3）结构生物学：生物大分子的三维结构，肽链折叠规律三级结构预测，构象密码。 （4）糖生物学：糖基功能，糖链功能，糖motif。 （5）分子神经生物学：感觉（嗅、味、听）的分子机制，学习、记忆、梦幻的分子机制。 （6）信号网络：信号通路图取代代谢通路图。 （7）与其他学科的交叉渗透：分子信息学、分子（细胞）通讯学、分子（细胞）社会学。 3. 基因组学 在近代生命科技史上，唯有以人类基因组计划（HGP）为代表的基因组计划可以与物理学界的曼哈顿原子弹研制计划和航空史上的阿波罗登月计划相媲美。HGP旨在完成人类基因组23对染色体（22对正常染色体和X/Y性染色体）上14万基因的作图（遗传图与物理图）和30亿碱基的DNA全序列的测定。此计划始于90年代初。HGP的提出与顺利实施，具有重要的理论意义和应用价值，将对生命科学的研究和人类对生命本质的认识带来巨大的冲击和深远的影响，远远超过过去2000年以来所有科技成就对此的贡献。在给传统医学生物学等基础学科带来深刻变革的同时，伴随着技术革新和新成果的诞生，这种影响正逐步向药物学、临床医学等应用领域渗透。毒副反应更小的重组胰岛素和组织纤维蛋白溶酶原激活剂正分别被内科医生广泛应用于糖尿病和心肌梗死的治疗；外科医生在决定对家族性乳腺癌进行手术前要进行基因检查；妇科医生开始借助羊水检查以确定胎儿是否患有某种遗传疾病。分子生物学和分子遗传学与内、外、妇、儿等传统学科不断融合、相互促进，业已形成新的学科——基因组医学。 建立在人类基因组计划和医学实践基础上的基因组医学，以疾病相关（或致病）基因的筛选和克隆为核心，将给疾病的预防、诊断、治疗带来深远影响，将在21世纪的医学发展进程中独领风骚。通过基因型分析，可以对个体未来发生某种疾病的可能性作出科学的判断，及早采取个体化的预防措施，把疾病消灭在萌芽状态，阻断疾病向不可逆病理变化转变，提高生活质量。疾病相关或致病基因的筛选克隆和功能研究，为从分子水平上阐明发病机制，找寻根治方法，治疗某些“不治之症”提供可能。针对表型的传统药物治疗学掩盖了基因型和全基因组的个体差异，药物疗效高低不一，还不可避免地带来了一系列毒副反应。借助于基因组学知识，通过个体化的药物治疗方案，就能减低或消除毒副反应，提高疗效。对于先天性生理缺陷的病人，在进行药物治疗的同时，希冀以基因治疗从根本上彻底治疗该疾病。此外，对疾病预后的判断，不仅要依靠临床经验，更要找寻疾病的分子基础，综合分析，才能作出准确判断。 4. 蛋白质组学 基因组学和蛋白质组学的兴起大大促进了从分子水平阐明生命现象及其相关的生理和病理过程。要对参与这些过程有关的基因功能和其调控机制研究清楚，不但要从核酸水平进行研究，更重要的是必须从蛋白质水平进行研究，能够在蛋白质水平上进行大规模研究的蛋白质组技术正是进行这方面研究工作的有力工具。蛋白质组技术可以研究蛋白质功能的很多方面：①蛋白质的表达丰度，在外界刺激和不同的生理和病理条件下，蛋白质的表达会呈现出丰度的不同，即有高丰度和低丰度之分；②翻译后修饰、甲基化、糖基化、硫化、磷酸化等；③蛋白质在亚细胞结构上的定位；④蛋白质三维结构及其同形和异形生物大分子之间的相互作用与关系。作为一个新的研究领域，蛋白质组技术，已经应用于医药学中，用来研究生理、病理、毒理的机制以及药物的研究开发。作为一种强有力的分子生物学工具，蛋白质组技术有其独特的优势。 蛋白质组学是高通量同时研究一个细胞、有机体或生物体液中的全部蛋白的一系列技术方法，它们包括蛋白质样品的准备、二维凝胶电泳（2-dimensional electrophoresis，2DE技术），图像分析、分离蛋白的鉴定（mass spectrum质谱技术，MS技术），数据库检索等。蛋白质组学的核心技术是2DE和MS，前者进行蛋白质的分离，后者用于蛋白质的鉴定。2DE的出现使得对蛋白质混合物的分离达到高重复性和高分辨率，使得对多个样本的定量和定性分析成为可能。90年代初，ESI（electrospray ionization）和MALDI（matrix assisted laser desorption/ionization）的出现，使质谱成为蛋白质组学中不可缺少的技术工具。近年来基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱（matrix-as-sisted laser desorption/ionization-time of flight massspectrometry，MALDI-TOF-MS）、电喷雾电离串联质谱（electrospray ionization tandem mass spectrometry；FSI-MS/MS），取代了速度较慢、灵敏度不高的EDMAN化学降解法，用于高通量分析和鉴定2DE分离的蛋白质。 除了以上几种核心技术外，还有抗体和蛋白质序列芯片，多维色谱和多维毛细管电泳，生物分子相互作用分析技术（biomolecular interaction analysis，BIA），BIA主要利用等离子表面共振技术（surfaceplasmon resonance，SPR）来研究生物大分子间相互作用。 蛋白质组学为人类疾病的病理机理提供了一个更好的解释。通过蛋白质组学方法对健康组织或患病组织的不同水平的基因表达的分析研究的重要性如同于基因组水平的突变和多态性的检测，而且它们对设计合理性的治疗方案更有价值。应用蛋白质组学技术，对健康和疾病机体组织和体液的蛋白质分布特殊性研究是分子诊断学的基础。蛋白质组学合成在未来医学上将起着重要的作用，它独具一格地把诊断学和治疗学结合起来。 尽管有关识别诊断，预后或治疗的标记物或异常抗原的应用的研究是zui重要的，但关于次要的致癌作用的分子学和进程正被日益重视。目前使用的大多数癌肿标记物是从蛋白质的基础研究中识别的，从骨髓瘤病人中识别的一种1800S的异常尿沉淀物（本周氏蛋白）是由肿瘤产生的抵抗上皮癌细胞的特异性抗体。通过细胞遗传学或突变检验检测到的Gentio标记物目前亦正进入临床实验阶段，但在致癌作用、诊断及预后方面的某些变化很可能是至关重要的，正如原癌基因异常表达可能与明确的遗传性疾病无关。与癌肿相关的蛋白质，利用多种抗体可以同时存在的特性，使数个蛋白质联成一个网络。与已知癌肿相关联的许多蛋白质异常糖基化作用已被描述，蛋白质组学的基础研究在理论上被赋予特色，如翻译后修饰，尽管许多工作仍需要去做来评估它们的临床意义。 心功能障碍的发病机制仍很不清楚，但对心脏病和心功能不全的所有蛋白质表达的特征性变化的蛋白质组学基础研究，可以提供与心功能障碍有关的细胞机制的新进展，包括新的诊断学标记物和治疗的时机。联合人类心脏蛋白质双向电泳数据库已建立，而且几百种心脏蛋白质已被识别。 5. 糖生物学和糖组学 糖生物学是20世纪80年代兴起的一门生命科学的前沿学科，继后基因组学蛋白质组学之后，已发展成为专门的学科——糖组学。50%以上的蛋白质都是糖蛋白，糖的多样化功能在生命科学中具有重要意义。因此还需要我们去探索、研究和发现。 广义来说，糖生物学可定义为研究自然界广泛分布的糖类（糖链或聚糖）的结构、生物合成及生物学功能的一门学科。它是生物医学各学科中在基础研究、生物医学和生物技术方面发展较快的一个学科。事实上，已有好几个生物技术、制药、实验器材供应公司对此领域作了巨额投资。此领域包括从糖类的化学和修饰聚糖的酶学，到聚糖在复杂生物系统里的功能，以及对聚糖进行各种加工处理的技术。糖生物学的研究不仅包括糖类命名、生物合成、结构、化

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