本书是由美国科学院前院长布鲁斯·艾伯茨（Bruce Alberts）领衔，七位国际著名生物学家共同编写的Essential Cell Biology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最新的研究进展，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。
样章试读
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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精确形状 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
蛋白质折叠成能量最低的构象 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DNA 187
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RNA 206
部分DNA序列被转录成RNA 206
转录产生一条与DNA链互补的RNA 206
细胞产生各种类型的RNA 209
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DNA 240
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
限制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DNA 301
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
某些磷脂被限制在膜的一侧 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
细胞可以限制其膜蛋白的运动 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NADH 378
发酵可在没有氧气的情况下产生ATP 379
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 CoA 382
柠檬酸循环通过将乙酰基氧化成CO2而产生NADH 386
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ATP 407
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NADPH 418
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NADPH 421
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ATP 425
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Ras 485
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Cdk 536
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
复制不完全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顶端面和基底外侧面 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
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