第Ⅰ部分 细胞导论
1 细胞和基因组
地球上细胞的共同特征
所有的细胞都以同样的线性化学密码（DNA）形式储存遗传信息
细胞通过依照模板的聚合作用复制遗传信息
所有的细胞都将其部分遗传信息转录成共同的中间体（RNA）
所有细胞都将蛋白质用作催化剂
所有细胞都以相同的方式将RNA翻译成蛋白质
相应于一种蛋白质的遗传信息片段就是一个基因
生命需要自由能
所有的细胞都是有着相同分子建造材料的生化工厂
细胞外被覆一层细胞膜，营养物质和废弃物必须通过细胞膜进出细胞
细胞的生存仅仅需要不到500个基因
小结
基因组的多样性及生命树
细胞可由多种自由能源提供能量
一些细胞可以为其他细胞固定氮及二氧化碳
原核细胞间的生化多样性是最为广泛的
生命树有三个基本分支：细菌、古细菌和真核生物
一些基因演化迅速，另一些则十分保守
大多数细菌和真细菌含有1000～4000个基因
新基因产生于先前存在的基因
基因复制引起单个细胞内相关基因家族的出现
基因可以在两个物种之间相互转移，这种现象在实验室和自然界都可以发生
物种中基因信息的水平交换是由性引起的
基因的功能常能根据其序列而推测
生命树上三个基本分支问有200多个基因家族相同
突变揭示基因的功能
分子生物学家将焦点对准了大肠杆菌
小结
真核生物的遗传信息
真核生物起源于捕食生物
真核细胞起源于共生体
真核生物有着杂和的基因组
真核生物的基因组非常庞大
真核基因组中有着丰富的调控DNA
基因组决定多细胞发育的进程
许多真核细胞以单细胞的形式存在，即原生生物
酵母是最小的真核模式生物
机体中所有基因的表达水平都同时受到监控
拟南芥——300000多种植物的模式物种
动物细胞的代表物种：线虫、果蝇、小鼠、人
果蝇的研究为脊椎动物发育学提供了钥匙
脊椎动物基因组是重复复制的产物
基因冗余对于遗传学家来说是个大问题，但却为进化中的物种提供了机会
小鼠是哺乳动物的模式生物
人类可以报道自身的特性
精确来说我们所有人都是不同的
小结
2 细胞的化学和生物合成
细胞的化学组成
细胞是由几种原子构成的
最外层电子决定原子的作用方式
电子的获得和丢失形成离子键
共价键是通过共用电子对形成的
存在几种不同类型的共价键
专题2—1 生物分子中常出现的化学键和化学基团
原子的行为常常表明它的半径似乎是固定的
专题2—2 水及其对生物分子行为的影响
水是细胞中含量最丰富的物质
某些极性分子在水中形成酸和碱
4种非共价相互作用帮助细胞内分子结合
细胞是由碳化合物构成
细胞含有4大类主要家族的有机小分子
专题2—3 结合大分子的主要类型的弱非共价键
糖类物质为细胞提供能量来源，也是多糖的亚单位
专题2—4 细胞内常见糖的一些类型的概述
脂肪酸是细胞膜的组成物质
氨基酸是蛋白质的亚单位
专题2—5 脂肪酸和其他的脂类
核苷酸是DNA和：RNA的亚单位
专题2—6 核苷酸的概括
拥有显著特征的大分子在细胞化学中占据主要地位
非共价键不仅决定了大分子的精细形状，而且决定了它与其他分子的结合
小结
催化作用和细胞利用能量
细胞代谢是由酶组织的
细胞释放的热能使得生物有序性成为可能
专题2—7 自由能和生物反应
光合生物利用阳光合成有机分子
细胞通过氧化有机分子获取能量
氧化与还原涉及电子转移
酶降低了阻遏化学反应的障碍
酶是怎样找到底物的——迅速扩散极其重要
自由能变化决定反应能否发生
反应物浓度影响△G
对于连续反应，△G0值是可加和的
活化的载体分子对于生物合成必不可少
活化载体的生成与能量上有利的反应偶联
ATP是最广泛适用的活化载体分子
储存于ATP中的能量通常用于两个分子的接合
NADH和NADPH是重要的电子载体
细胞内还有许多其他的话化载体分子
生物聚合物的合成需要输入能量
小结
细胞怎样从食物中获取能量
食物分子分三个阶段分解产生ATP
糖酵解是生成ATP的中心途径
发酵使得在无氧条件下能够生成ATP
专题2—8 糖酵解途径中10个步骤的详细内容
糖酵解过程证实了酶是如何将氧化放能与能量储存偶联起来的
糖和脂肪都在线粒体分解为乙酰CoA
柠檬酸循环使乙酰CoA氧化成CO2，生成NADH
电子转移推动细胞内大多数ATP的合成
专题2—9 完整的三羧酸循环
有机体使用特殊的仓库储存食物分子
氨基酸和核酸参与了氮循环
许多生物合成途径起始于糖酵解作用或柠檬酸循环
代谢受到组织和调节
小结
3 蛋白质
蛋白质的形状和结构
蛋白质的形状特异性决定于其氨基酸序列
专题3—1 蛋白质中的20种氨基酸
蛋白质折叠为能量最低的构象
α螺旋和β折叠是常见的折叠模式
专题3—2 显示了4种不同的描述SH2结构域（真核细胞巾有重要功能）的方式
结构域是蛋白结构的一个基本单位
可能的多肽链中只有少数是有用的
蛋白质可以形成有限的折叠模式
同源序列搜索可以鉴定亲缘关系
计算机技术可以将氨基酸序列归类为已知的蛋白质折叠模式
一些被称为模块的蛋白质结构域，形成了很多不同蛋白质的一部分
人类基因组编码一套复杂的蛋白质，很多仍然是未知
大的蛋白质通常包含不止一条多肽链
一些蛋白质形成长的螺旋状纤维
一个蛋白质分子可以形成长的，纤维状结构
共价交联稳定胞外蛋白
蛋白质分子通常作为大的结构分子的亚基
细胞内的很多结构是自组装的
复杂生物结构的形成需要辅助因子的帮助
小结
蛋白质的功能
所有的蛋白质都可以结合其他分子
蛋白质构象的细节决定了其化学性质
蛋白质家族成员序列比对可以发现重要的配体结合位点
蛋白质通过多种类型的接触面相互结合
抗体的结合位点是高度可变的
结合能力由平衡常数来衡量
酶是高效性和高度专一性的催化剂
底物的结合是酶促反应的第一步
专题3—3 用来研究酶的一些方法
酶通过选择性的稳定转换状态加速反应
酶可以同时产生酸催化和碱催化作用
溶菌酶揭示了酶是怎样发挥作用的
与小分子的高亲和性赋予了蛋白质额外的功能
多酶复合物帮助增加细胞代谢速率
酶的催化活性可以被调节
别构酶有两个或多个结合位点相互作用
两个配体如果其结合位点是偶联的，将会相互影响各自的结合性
对称的蛋白质分子的组装产生协同别构转换
原子水平上了解天冬氨酸转氨甲酰酶的别构转换
磷酸化会导致蛋白质的很多变化
真核细胞中有一大类蛋白激酶和蛋白磷酸（酯）酶
Cdk和Src蛋白激酶的调控显示了一个蛋白质是如何作为一个微芯片起作用的
蛋白质结合和水解GTP是普遍存在的细胞调节因子
调控蛋白通过决定GTP或者GDP结合来控制GTP结合蛋白的活性
大蛋白质的运动来自于小蛋白质
动力蛋白负责细胞中的大运动
膜结合转运蛋白利用能量将分子输送过膜
蛋白质通常形成巨大的复合体，以蛋白质机器的形式发挥功能
细胞功能的基础是复杂的蛋白质相互作用网络
小结
……
第Ⅱ部分 基本遗传机制
第Ⅲ部分 方法
第Ⅳ部分 细胞的内部构造
第Ⅴ部分 在“社会背景”中的细胞
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