细胞生物学精要(原书第5版)

本书是由美国科学院前院长布鲁斯·艾伯茨（BruceAlberts）领衔，七位国际有名生物学家共同编写的EssentialCellBiology第五版的中译本。全书共分为二十章，系统地阐述了细胞DNA复制与修复、中心法则、基因表达调控、跨膜转运、信号转导、能量生产、细胞周期，以及有性生殖、遗传、生物演化等重要生命过程，既涵盖了细胞生物学的基础知识，又与时俱进地引入了细胞生物学领域近期新的研究进展，行文简洁、重点突出、插图精美、引人入胜。每章的末尾均附有本章的基本概念、关键词和一些简明而有趣的问题，以鼓励读者对本章的内容进行进一步的思考和应用。所有问题的参考答案均附在全书的最后。每章还配有“我们是怎样知道的”栏目，其中包含了一些原始实验数据和实验设计，以帮助读者了解细胞生物学领域一些重大科学问题的发现和解决过程。

第1章细胞：生命的基本单位1
细胞的统一性和多样性1
细胞的形态和功能大不相同2
活细胞都有相似的化学组成和化学性质2
活细胞可利用自身蛋白催化完成自我复制3
所有活细胞都由同一祖先演化而来4
基因是细胞和有机体形态发生、功能和行为的总指挥4
显微镜下的细胞5
光学显微镜的发明导致了细胞的发现5
光学显微镜揭示了细胞的一些组件5
电子显微镜揭示了细胞的精细结构6
原核细胞12
原核生物是地球上种类和数量最多的细胞13
原核生物世界可分为两个域：细菌和古细菌14
真核细胞15
细胞核是细胞的信息存储器15
线粒体利用食物分子产生能量16
叶绿体从阳光中捕获能量16
内膜创建功能各异的细胞内区室18
胞质溶胶是一种含有大小分子的浓缩水凝胶20
细胞骨架负责细胞的定向运动21
细胞质远非静止22
真核细胞可能作为捕食者而起源22
模式生物24
分子生物学家专注于大肠杆菌25
酿酒酵母是一种简单的真核生物25
拟南芥作为模式植物26
模式动物果蝇、线虫、鱼和小鼠26
生物学家也直接研究人类和人体细胞30
基因组序列比对揭示出生命共同的遗传特征31
基因组不仅仅只包含基因32
基本概念32
关键词33
问题33
第2章细胞的化学成分37
化学键37
细胞由相对少数的几种原子组成37
最外层的电子决定原子间如何相互作用39
共价键由共用的电子所形成41
一些共价键涉及多个电子对42
共价键中的电子通常是不均等共用42
共价键的强度可使其在细胞内稳定存在42
离子键通过得失电子而形成45
氢键是许多生物分子中重要的非共价键45
四种弱相互作用将细胞内的分子聚集在一起46
一些极性分子在水中形成酸和碱49
细胞中的小分子52
细胞由碳化合物构成52
细胞主要含有四种有机小分子52
糖既是细胞的能量来源，也是组成多糖的亚基53
脂肪酸链是细胞膜的组成部分56
氨基酸是形成蛋白质的亚基59
核苷酸是形成DNA和RNA的亚基63
细胞中的大分子67
每个大分子都含有特定的亚基序列67
非共价键决定大分子的准确形状70
非共价键允许大分子结合其他特定分子70
基本概念71
关键词72
问题72
第3章能量、催化和生物合成75
细胞利用能量76
细胞释放的热能使生物有序性成为可能76
细胞能够将能量从一种形式转换为另一种形式77
光合生物利用阳光合成有机分子78
细胞通过有机分子的氧化获得能量79
氧化和还原涉及电子的转移79
自由能和催化作用81
化学反应朝向自由能损失的方向上进行81
酶降低了自发反应起始所需的能量82
自由能的变化决定了一个反应能否发生83
ΔG在反应趋向平衡的进程中不断变化84
标准自由能变化ΔG°可以比较不同反应的能量84
平衡常数与ΔG°成正比85
在复合反应中，平衡常数取决于所有反应物和产物的浓度88
平衡常数也可指示非共价结合反应的强度88
对于连续反应，自由能的变化是叠加的89
酶催化反应依赖于快速的分子碰撞90
非共价相互作用允许酶结合特定分子90
活化载体和生物合成91
活化载体的形成与能量上有利的反应相偶联91
ATP是最广泛使用的活化载体94
存储在ATP中的能量常用于连接两个分子95
NADH和NADPH二者都是电子活化载体96
NADPH和NADH在细胞中发挥不同的作用97
细胞也利用许多其他活化载体98
生物多聚物的合成需要能量输入99
基本概念102
关键词102
问题103
第4章蛋白质的结构和功能107
蛋白质的形状和结构107
蛋白质的形状由氨基酸序列确定107
蛋白质折叠成能量大力度优惠的构象111
各种蛋白质都有自己的复杂形状113
α螺旋和β折叠是常见的折叠模式115
生物结构易于形成螺旋形式115
β折叠在许多蛋白质的核心处形成刚性结构118
蛋白质的错误折叠造成引发疾病的淀粉样蛋白结构118
蛋白质具有多层次的组织形式118
蛋白质也包含无固定结构的区域119
在许多潜在可能的多肽链中，只有少数是有功能的120
蛋白质可以归类为不同家族120
大蛋白分子所含的多肽链通常多于一个120
蛋白质可以组装成丝状、片状或球状122
某些类型的蛋白质呈现为细长的纤维状123
细胞外蛋白通常进行共价交联而得以稳定124
蛋白质如何工作124
所有蛋白质都与其他分子结合124
人体能产生数十亿种抗体，每种抗体都有各自的结合位点126
酶是强大且高度特异的催化剂129
酶极大地加快了化学反应的速度129
以溶菌酶为例揭示酶的工作原理130
很多药物抑制酶的活性134
紧密结合的小分子赋予蛋白质额外的功能134
蛋白质是如何被调控的135
酶的催化活性通常受到其他分子的调节135
变构酶具有相互影响的两个或多个结合位点136
磷酸化可通过引起构象变化来调控蛋白质的活性137
共价修饰也可以调控蛋白质的定位和相互作用138
磷酸基团的添加和去除控制GTP结合蛋白活性的开关139
ATP水解使马达蛋白在细胞中产生定向运动139
蛋白质经常形成大型复合物，以蛋白质机器的形式发挥作用139
许多相互作用的蛋白质通过支架聚集在一起140
大分子之间的弱相互作用可以在细胞中形成大的生化区室141
我们是如何研究蛋白质的142
蛋白质可以从细胞或组织中纯化出来143
确定蛋白质的结构从确定其氨基酸序列开始148
基因工程技术能够大规模生产、设计和分析几乎任何一种蛋白质149
蛋白质的相关性有助于预测蛋白质的结构和功能152
基本概念152
关键词153
问题154
第5章DNA和染色体157
DNA的结构158
DNA分子由两条核苷酸互补链组成158
DNA的结构提供了一种遗传机制160
真核染色体的结构161
真核生物的DNA被包装成多条染色体162
染色体组织和携带遗传信息162
DNA复制和染色体分离需要特定的
DNA序列163
间期染色体在核内并非随机分布166
染色体中的DNA总是高度凝集166
核小体是真核染色体结构的基本单位167
染色体的包装有多个层次168
染色体结构的调节170
核小体结构的变化使DNA暴露出来170
间期染色体同时包含高度凝集和相对伸展的两种状态171
基本概念177
关键词177
问题177
第6章DNA复制和修复181
DNA复制182
碱基配对使DNA得以复制182
DNA合成开始于复制起点182
每个复制起点都有两个复制叉186
DNA聚合酶利用一条亲本链为模板合成DNA187
复制叉是不对称的188
DNA聚合酶能自我校正188
短的RNA作为DNA合成的引物189
复制叉上的蛋白质相互协调，形成一个复制机器192
端粒酶复制真核生物染色体的末端193
端粒长度因细胞类型和年龄而异194
DNA修复195
DNA损伤在细胞中不断发生195
细胞具有多种修复DNA的机制196
DNA错配修复系统清除校读过程中未被发现的复制错误197
双链DNA断裂需要不同的修复策略198
同源重组可以完美无缺地修复DNA双链断裂199
DNA损伤修复失败可能对细胞或生物体造成严重后果200
DNA复制和修复的保真度记录被保存在基因组序列中201
基本概念202
关键词202
问题203
第7章从DNA到蛋白质：细胞如何读取基因组205
从DNA到RNA206
部分DNA序列被转录成RNA206
转录产生一条与DNA链互补的RNA206
细胞产生各种类型的RNA209
DNA中的信号指示RNA聚合酶从何处开始和停止210
真核生物基因转录的起始是一个复杂的过程211
真核RNA聚合酶需要通用的转录因子212
真核mRNA在细胞核中加工213
在真核生物中，蛋白质编码基因被称为内含子的非编码序列所间隔215
RNA剪接从mRNA前体中除去内含子215
RNA合成和加工发生在细胞核内的“工厂”中217
成熟的真核mRNA从细胞核内输出218
mRNA分子最终在胞质溶胶中降解218
从RNA到蛋白质219
mRNA序列以三联核苷酸组的形式被破译219
tRNA分子将氨基酸与mRNA中的密码子进行匹配220
特定的酶将tRNA分子与正确的氨基酸偶联223
mRNA上的信息在核糖体上被解码224
核糖体是一种核酶227
mRNA中的特定密码子指示核糖体从哪里开始和终止蛋白质合成227
蛋白质由多核糖体合成229
原核生物蛋白合成的抑制剂可被用作抗生素229
受控的蛋白质降解有助于调节细胞中每种蛋白质的含量230
从DNA到蛋白质需要经过许多步骤231
RNA与生命起源232
生命需要自催化233
RNA可以存储信息和催化化学反应233
RNA在演化上先于DNA出现234
基本概念235
关键词236
问题237
第8章基因表达调控239
基因表达总览239
一个多细胞生物的不同细胞类型含有相同的DNA240
不同细胞类型产生不同的蛋白质组240
细胞可以响应外部信号从而改变其基因的表达241
基因表达可以在DNA到RNA再到蛋白质的多个步骤上进行调控242
基因转录是如何调控的242
转录调控因子与调节性DNA序列相结合242
转录开关使细胞可以响应环境的变化244
阻遏因子关闭基因，激活因子打开基因245
Lac操纵子由一个激活因子和一个阻遏因子所控制245
真核转录调控因子可以远程控制基因表达245
真核转录调控因子通过招募染色质修饰蛋白来帮助起始转录246
染色体襻环结构域排列可以保持增强子受控247
产生特化的细胞类型248
真核基因受到转录调控因子的组合调控248
单个蛋白质可以协调不同基因的表达248
综合调控也可以产生不同的细胞类型249
一个完整器官的形成能够被一个转录调控因子触发253
转录调控因子可被用于体外指导特定细胞类型的形成253
分化的细胞会维持其特征254
转录后调控257
mRNA含有控制自身翻译的序列257
调节性RNA控制着数千个基因的表达257
微RNA指导靶mRNA的降解258
干扰小RNA可保护细胞免受感染258
数千种长链非编码RNA也可能调节哺乳动物的基因活性259
基本概念260
关键词261
问题261
第9章基因和基因组演化265
遗传变异的产生265
在有性繁殖生物中，只有生殖细胞中的变异传递给子代267
DNA复制与修复的异常导致点突变268
突变也可以改变基因的调控269
DNA重复促生了相关基因家族269
DNA重复和分歧产生了珠蛋白基因家族270
全基因组重复塑造了许多物种的演化史272
外显子重排可以创造新的基因272
移动遗传元件对基因组演化有深远的影响272
基因可以在生物之间通过水平基因转移发生交换274
重建生命的家谱274
提供选择性优势的遗传变异很可能被保留下来274
近缘生物的基因组有类似的序列和组织方式275
具有重要功能的基因区域显示为保守DNA序列组成的“岛屿”275
基因组比对显示脊椎动物基因组会迅速获得或失去DNA序列278
序列保守性使我们可以追踪最遥远的演化关系278
移动遗传元件和病毒279
移动遗传元件编码自身移动所需的组件279
人类基因组包含两个主要的转座序列家族280
病毒可以在细胞间和生物体间移动281
逆转录病毒逆转了遗传信息的正常流动282
检视人类基因组283
人类基因组的核苷酸序列展示了我们基因的排列方式284
基因调控的差异可以解释具有相似基因组的动物为何如此不同286
已灭绝的尼安德特人的基因组揭示了什么使我们成为人类289
基因组变异有利于我们的个性发展，但它是如何实现的呢？290
基本概念290
关键词291
问题291
第10章分析基因的结构和功能295
分离和克隆DNA分子295
性内切酶在特定位点切割DNA分子296
凝胶电泳分离不同大小的DNA片段297
DNA克隆从生产重组DNA开始297
重组DNA可以在细菌细胞内复制298
整个基因组可以呈现于一个DNA文库中299
杂交提供了一种用于检测特定核苷酸序列的灵敏方法301
通过PCR克隆DNA301
PCR使用DNA聚合酶和特异性DNA引物在试管中扩增DNA序列302
PCR可用于医学诊断和法医鉴定303
DNA测序304
双脱氧测序法依赖于对DNA链合成终止位置的分析304
下一代测序技术使基因组测序更快、更便宜304
比较基因组分析可以鉴定基因并预测它们的功能306
探索基因功能309
mRNA分析提供了基因表达的快照310
原位杂交可以揭示基因于何时何地表达310
报告基因使得特定蛋白质可以在活细胞中被追踪311
对突变体的研究有助于揭示一个基因的功能311
RNA干扰（RNAi）抑制特定基因的活性312
一个已知基因可以被删除，或被另一个版本替换313
利用细菌的CRISPR系统可以高精度地编辑基因315
突变生物体为人类疾病研究提供了有用的模型316
转基因植物对细胞生物学和农业都很重要316
稀有的蛋白质也可以通过克隆DNA实现大量生产318
基本概念319
关键词319
问题320
第11章膜结构323
脂双层膜324
膜脂质在水中形成双层324
脂双层是一种柔韧的二维流体327
脂双层的流动性取决于其组成328
膜组装从内质网中开始329
某些磷脂被在膜的一侧329
膜蛋白331
膜蛋白以不同方式与脂双层结合331
多肽链通常以α螺旋的形式跨过脂双层332
膜蛋白可以溶解在去垢剂中334
只有少数几种膜蛋白的完整结构是清楚的334
膜下方的细胞皮层加固质膜335
细胞可以其膜蛋白的运动336
细胞表面被糖类所覆盖337
基本概念340
关键词341
问题341
第12章跨膜转运345
跨膜转运的原理345
脂双层对于离子和大多数不带电的极性分子是不可渗透的346
细胞内的离子浓度与外界的离子浓度差异很大346
跨细胞膜无机离子浓度差产生膜电位347
细胞有两类膜转运蛋白：转运蛋白和通道347
溶质通过主动运输或者被动运输跨膜347
浓度梯度和膜电位均影响带电溶质的被动运输348
水顺着其浓度梯度方向通过细胞膜的过程称为渗透348
转运蛋白及其功能349
被动转运蛋白顺着溶质的电化学梯度转运溶质350
泵逆着溶质的电化学梯度主动运输溶质350
动物细胞的Na+泵使用ATP提供的能量排出Na+、摄入K+351
Na+泵在质膜上造成陡峭的Na+浓度梯度351
Ca2+泵使细胞溶质中的Ca2+保持在低浓度352
梯度驱动泵利用溶质梯度介导主动运输353
Na+的电化学梯度驱动动物细胞膜转运葡萄糖353
H+的电化学梯度驱动植物、真菌和细菌中的溶质运输355
离子通道和膜电位356
离子通道具有离子选择性和门控功能356
膜电位受控于膜对特定离子的通透率357
离子通道的开合状态可以瞬间切换358
不同类型的刺激会影响离子通道的开合358
电压门控离子通道响应膜电位359
离子通道和神经细胞信号转导361
动作电位使沿着轴突进行快速远程通信成为可能361
电压门控阳离子通道介导动作电位364
神经末梢的电压门控Ca2+通道将电信号转换为化学信号365
突触后膜的递质门控离子通道将化学信号回转为电信号366
神经递质可以是兴奋性的，也可以是抑制性的367
大部分精神类药物通过结合神经递质受体而影响突触信号传递368
突触信号转导的复杂性使我们能够思考、行动、学习和记忆368
光门控离子通道可用于活体动物中瞬时激活或失活神经元369
基本概念370
关键词371
问题371
第13章细胞如何从食物中获取能量375
糖和脂肪的分解及利用375
食物分子经三个阶段进行分解376
糖酵解从糖的分解中提取能量378
糖酵解产生ATP和NADH378
发酵可在没有氧气的情况下产生ATP379
糖酵解酶将氧化作用与活化载体中的能量储存偶联起来382
几种有机分子在线粒体基质中转化为乙酰CoA382
柠檬酸循环通过将乙酰基氧化成CO2而产生NADH386
许多生物合成通路始于糖酵解或柠檬酸循环387
在大多数细胞中电子传递驱动了大部分ATP的合成392
代谢调节392
分解代谢和合成代谢是有组织的且是受调控的过程392
反馈调控使细胞从葡萄糖分解转变为葡萄糖合成393
细胞将食物分子储存在特殊的储备器中以备不时之需394
基本概念396
关键词397
问题397
第14章线粒体与叶绿体中的能量生产399
细胞通过基于膜的机制获得大部分能量399
化学渗透偶联起源很早且一直保留在现今的细胞中400
线粒体和氧化磷酸化401
线粒体的结构、位置和数量是动态的402
线粒体包含外膜、内膜和两个内部隔室403
柠檬酸循环产生ATP合成所需的高能电子404
电子移动与质子泵送相偶联404
电子在线粒体内膜上传递经过三个酶复合物406
跨线粒体内膜泵送质子产生一个陡峭的电化学质子梯度406
ATP合酶利用电化学质子梯度中存储的能量生产ATP407
电化学质子梯度也驱动跨线粒体内膜转运408
线粒体中ADP向ATP快速转化维持着细胞中ATP/ADP的高比率408
细胞呼吸效率极高409
电子传递和质子泵送的分子机制410
质子很容易被电子传递移动410
氧化还原电位是电子亲和性的量度410
电子转移释放出大量能量411
金属与蛋白质紧密结合，形成多种多样的电子载体413
细胞色素c氧化酶催化氧分子的还原414
叶绿体和光合作用415
叶绿体与线粒体类似，但有一个额外的区室，即类囊体415
光合作用先产生然后再消耗ATP和NADPH418
叶绿素分子从阳光中吸收能量419
激发的叶绿素分子把能量汇集到一个反应中心420
两套光系统合作产生ATP和NADPH421
氧气是由一个与光合系统Ⅱ结合的水裂解复合物所生成的422
光合系统Ⅰ中的特殊偶对从光合系统Ⅱ中接收电子422
碳固定利用ATP和NADPH将CO2转化为糖423
碳固定作用产生的糖可以以淀粉形式储存或用以产生ATP425
能量生产系统的演化425
氧化磷酸化的演化是分阶段的426
光合成细菌对它们的环境需求更少426
甲烷球菌的生命形式表明化学渗透偶联是一个古老的过程427
基本概念428
关键词429
问题429
第15章胞内区室及蛋白质转运433
膜被细胞器433
真核细胞含有一套基本的膜被细胞器434
膜被细胞器由不同途径演化而来435
蛋白质分选436
蛋白质通过三种机制输入细胞器437
信号序列指导蛋白质到正确的区室中437
蛋白质通过核孔进入核内438
蛋白质去折叠进入线粒体和叶绿体440
过氧化物酶体中的蛋白质来自胞质溶胶和内质网441
蛋白质在合成时进入内质网441
内质网合成的可溶性蛋白被释放进入内质网腔442
起始和终止信号决定跨膜蛋白在脂双层中的排列443
囊泡转运445
转运囊泡携带可溶性蛋白质和膜来往于区室之间445
蛋白质外被的组装驱动囊泡出芽446
束缚蛋白和SNARE决定囊泡停靠位点448
分泌途径449
大多数蛋白质在内质网中被共价修饰449
蛋白质离开内质网前的质量控制450
蛋白质折叠的需求决定内质网的大小450
在高尔基体内蛋白质被进一步修饰和分选451
分泌蛋白通过胞吐作用释放出细胞452
胞吞途径455
特化的吞噬细胞能够吞入大的颗粒物456
液体和大分子通过胞饮作用被摄入456
受体介导的胞吞作用提供一条进入动物细胞的特定途径457
胞吞的大分子在内吞体中被分选457
溶酶体是细胞内消化的主要场所458
基本概念460
关键词461
问题461
第16章细胞信号转导465
细胞信号转导的基本原理465
信号可以经过长程或短程起作用466
有限的胞外信号可产生极为丰富的细胞行为468
细胞对信号的响应可快可慢469
细胞表面受体经胞内信号转导通路传递胞外信号469
一些胞内信号转导蛋白起着分子开关的作用471
细胞表面受体主要分为三类472
与离子通道偶联的受体把化学信号转变成电信号474
G蛋白偶联受体474
刺激GPCR会激活G蛋白亚基475
一些细菌毒素通过改变G蛋白的活性而致病475
一些G蛋白可以直接调控离子通道476
许多G蛋白激活与膜结合的酶，从而产生小信号分子476
cAMP信号通路可以激活酶并开启基因477
肌醇磷脂通路触发细胞内Ca2+浓度升高479
一个Ca2+信号触发多个生物学过程480
GPCR信号通路可以通过产生可溶性气体将信号传至周边细胞481
GPCR触发的胞内信号级联反应具有惊人的速度、敏感性和适应性482
酶联受体484
激活的受体酪氨酸激酶招募胞内信号蛋白复合物484
大多数RTK激活单体GTP酶Ras485
RTK激活PI3-激酶，在质膜中形成脂质锚定位点486
有些受体可以激活一条直达细胞核的快速通道488
一些胞外信号分子穿过细胞质膜与胞内受体结合488
植物使用的受体和信号传递策略不同于动物492
蛋白激酶网络通过整合信息来控制复杂的细胞行为493
基本概念494
关键词495
问题495
第17章细胞骨架499
中间丝500
中间丝坚固耐久且呈绳索状501
中间丝加固细胞以应对机械压力501
中间丝构成的纤维网络为核被膜提供支撑503
连接蛋白交联细胞骨架纤维并桥接核被膜504
微管505
微管是两端结构显著不同的空心管505
中心体是动物细胞主要的微管组织中心507
微管表现出动态不稳定性507
动态不稳定性是由GTP水解所驱动的508
药物可以调节微管的动力学性质508
微管把细胞的内部组织起来509
马达蛋白驱动胞内转运510
微管和马达蛋白维持细胞器在细胞质中的定位512
纤毛和鞭毛含有由动力蛋白驱动的稳定微管512
肌动蛋白丝516
肌动蛋白丝纤细而柔韧517
肌动蛋白和微管蛋白的聚合机制类似517
许多蛋白质能够结合肌动蛋白并改变其特性518
大部分真核细胞的质膜下具有富含肌动蛋白丝的皮层519
细胞的爬行依赖于皮层肌动蛋白520
肌动蛋白结合蛋白会影响细胞前沿突起的种类520
胞外信号可以改变肌动蛋白丝的排列521
肌动蛋白与肌球蛋白结合形成可收缩的结构522
肌肉收缩522
肌肉收缩依赖于相互作用的肌动蛋白丝和肌球蛋白丝束523
肌肉收缩时肌动蛋白丝沿肌球蛋白丝反向滑动524
胞质中Ca2+浓度升高会触发肌肉收缩525
不同类型的肌细胞具有不同的功能528
基本概念528
关键词529
问题529
第18章细胞分裂周期533
细胞周期概述534
真核细胞周期通常包括四个时期534
细胞周期调控系统触发细胞周期的主要进程535
细胞周期调控在所有真核生物中都类似535
细胞周期调控系统536
细胞周期调控系统依赖于周期性活化蛋白激酶Cdk536
不同的周期蛋白-Cdk复合物启动细胞周期的不同步骤539
周期蛋白的浓度受到转录和蛋白水解的调控539
周期蛋白-Cdk复合物的活性取决于磷酸化和去磷酸化540
Cdk活性可被Cdk抑制蛋白阻断540
细胞周期调控系统可以通过多种方式使周期暂停540
G1期541
在G1期Cdk被稳定地失活541
分裂素促进周期蛋白产生，刺激细胞分裂541
DNA损伤可以使细胞周期暂停在G1期542
细胞可以通过进入特殊的非分裂状态来延长分裂的时间542
S期543
S-Cdk启动DNA复制并阻止其再次复制543
复制不接近会导致细胞周期停滞在G2期544
M期545
M-Cdk推动有丝分裂的进入545
黏连蛋白和凝集蛋白帮助复制后的染色体成型以便分离545
不同的细胞骨架机器分别完成有丝分裂和胞质分裂546
M期分阶段进行547
有丝分裂547
中心体复制有助于形成有丝分裂纺锤体的两极547
有丝分裂纺锤体在前期开始组装547
染色体在前中期依附在有丝分裂纺锤体上550
染色体会辅助有丝分裂纺锤体的组装551
中期时染色体在纺锤体的赤道板上列队551
后期时蛋白质水解引发姐妹染色单体分离553
染色体在后期分离553
未被连接的染色体阻止姐妹染色单体分离554
在末期核被膜重新形成554
胞质分裂555
有丝分裂纺锤体决定细胞质分裂的界面555
动物细胞的收缩环由肌动蛋白丝和肌球蛋白丝构成556
植物细胞的细胞分裂涉及新细胞壁的形成556
当细胞分裂时，膜被细胞器必须分配到子细胞中557
细胞数量和细胞大小调控558
细胞凋亡有助于调节动物细胞的数量558
细胞凋亡由胞内蛋白水解级联反应所介导559
内源性凋亡的死亡程序受到胞内Bcl2蛋白家族的调节560
凋亡信号也可以来自其他细胞560
动物细胞需要胞外信号才能生存、成长和分裂560
存活因子抑制细胞凋亡561
分裂素通过促进S期的进入来刺激细胞分裂562
生长因子刺激细胞生长562
一些胞外信号蛋白抑制细胞的存活、分裂或生长563
基本概念564
关键词565
问题565
第19章有性生殖与遗传569
性的优势569
有性生殖涉及二倍体和单倍体细胞570
有性生殖产生遗传多样性571
有性生殖在不断变化的环境中为生物提供竞争优势572
减数分裂和受精572
减数分裂包括一轮DNA复制及随后的两轮细胞核分裂572
复制后的同源染色体在减数分裂前期进行配对573
复制的母系和父系染色体在每个二价体上都会发生交叉573
染色体配对和交叉互换保证了同源染色体的正确分离575
第二次减数分裂产生单倍体子细胞核577
单倍体配子包含重组的遗传信息577
减数分裂并非完美579
受精重建完整的二倍体基因组579
孟德尔和遗传定律580
孟德尔研究的是以分离方式遗传的性状581
孟德尔推翻了其他的遗传理论581
孟德尔的实验揭示了显性和隐性等位基因的存在582
每个配子只含有某一性状的其中一个等位基因582
孟德尔分离定律适用于所有的有性生殖生物583
决定不同性状的等位基因自由分离584
减数分裂时染色体的行为是孟德尔遗传定律的基础585
位于同一染色体上的基因可以通过交叉互换进行分离586
基因突变可导致功能的丧失或获得587
我们每个人都携带很多潜在的有害隐性突变587
遗传学作为实验工具588
经典的遗传学方法从随机诱变开始588
遗传筛选可鉴定出特定细胞过程发生缺陷的突变体590
条件性突变体使研究致死突变成为可能590
互补实验揭示两个突变是否在同一基因上591
探索人类遗传学591
多态性的连锁域从祖先一直遗传到现在592
多态性为我们了解自己的演化历史提供线索592
遗传学研究有助于寻找人类疾病的原因593
许多严重的、罕见的人类疾病是由单基因突变引起593
常见的人类疾病经常受到多种突变和环境因素的影响594
全基因组关联研究有助于寻找与疾病相关的突变595
关于人类变异和疾病的遗传基础我们还有很多需要了解598
基本概念598
关键词599
问题599
第20章细胞群落：组织、干细胞和癌症603
细胞外基质和结缔组织604
植物细胞具有坚固的外壁604
纤维素微纤维赋予植物细胞壁抗拉强度605
动物结缔组织含有大量的细胞外基质606
胶原蛋白为动物结缔组织提供抗拉强度606
细胞分泌胶原蛋白并组织其分布609
整联蛋白将细胞外基质与细胞内的细胞骨架偶联在一起609
多糖和蛋白质凝胶填充空隙并抗压611
上皮层和细胞连接612
上皮层具有极性并建立于基膜之上613
紧密连接使上皮防漏并隔离其很好面和基底外侧面614
与细胞骨架连接的细胞连接使上皮细胞之间及其和基底层之间牢固地黏合起来614
间隙连接使胞质溶胶中的无机离子和小分子在细胞间传递616
干细胞和组织更新619
组织是很多细胞类型有规律的混合物620
不同的组织更新速率不同621
干细胞和增殖前体细胞持续地产生终末分化细胞621
特定信号维持干细胞群落624
干细胞可用于修复缺失或受损的组织624
诱导多能干细胞是人类ES样细胞的便捷来源625
小鼠和人多能干细胞可在培养条件下形成类器官625
癌症626
癌细胞会过度增殖和不受控地迁移626
流行病学研究鉴定癌症发生的可预防因素627
癌症通过体细胞突变的积累而发展628
癌细胞逐步演化，获得越来越大的竞争优势629
癌症的关键基因主要有两类：癌基因和抑癌基因630
癌症关键突变集中在少数几条基本的通路中631
大肠癌显示抑癌基因的缺失如何导致癌症632
对癌症细胞生物学的理解开辟了新的治疗方法633
基本概念635
关键词638
问题639
答案641
术语表707
索引735