【化學生物學】

內容簡介

《化學生物學》是依據分子生物學的中心法則組織編撰的，從有機化學——原子、化學鍵、化學反應機理角度聚焦生物大分子的化學、結構特點以及與其他分子的相互作用關係。全書共9章，其中：第1章和第2章分別介紹了化學生物學的基本原理和生物體的化學起源；第3～8章依次講述了人體細胞中的每一種生物分子——DNA、RNA、蛋白質、聚醣、聚酮以及萜類物質；第9章解釋了細胞調控生物分子產生的機制，通過對這章內容的學習，有助於加深學生對現代生物學、生理學以及醫學的理解。本書內容豐富，能提供給學生一個“化學-生物”雙培養的環境，更為讀者提供了一個了解生物分子合成與功能的化學藍圖。

《化學生物學》可作為普通高等教育化學生物學專業、藥學專業、生物技術專業、生物製藥專業等生物醫藥相關專業的本科生及研究生教材，也可供化學生物學研究領域的人員參考。

目錄

第 1 章　 化學生物學基礎（The Fundamentals of Chemical Biology） 1

1.1　 分子生物學中心法則（The Central Dogma of Molecular Biology） 2

1.2　基因（Genes） 3

1.3　基因組（Genomes） 5

1.4　 基因組以外的生物多樣性來源（Sources of Diversity Beyond Genomes） 9

1.5　 組裝產生的多樣性（Combinatorial Assembly Generates Diversity） 11

1.6　 一些常見的化學生物學工具（Some Common Tools of Chemical Biology） 15

1.7　總結（Summary） 23

第 2 章　 生物體的化學起源（The Chemical Origins of Biology） 25

2.1　電子轉移機理是分子軌道理論的一種表達形式（Mechanistic Arrow-Pushing is an Expression of Molecular           Orbital Theory） 25

2.2　 氫鍵和質子轉移（Hydrogen Bonds and Proton Transfers） 30

2.3　前生命化學（Prebiotic Chemistry） 34

2.4　 非鍵相互作用（Nonbonding Interactions） 39

2.5　 模塊化設計的魅力（The Power of Modular Design） 44

2.6　總結（Summary） 48

第 3 章　 DNA 53

3.1　DNA的結構形式（Forms of DNA） 54

3.2　 DNA的核糖核酸亞基（The Ribonucleotide Subunits of DNA） 55

3.3　 DNA中的基本作用力（Elementary Forces in DNA） 59

3.4　DNA超結構（DNA Superstructure） 67

3.5　 聚合酶介導的DNA生物合成（The Biological Synthesis of DNA by Polymerase Enzymes） 72

3.6　 DNA的化學合成（The Chemical Synthesis of DNA） 76

3.7　 DNA分子的電泳分離（Separation of DNA Molecules by Electrophoresis） 85

3.8　 DNA重組技術（Recombinant DNA Technology） 90

3.9　 核酸光化學（Nucleic Acid Photochemistry） 95

3.10　 DNA作為細胞毒性藥物的靶標（DNA as a Target for Cytotoxic Drugs） 97

3.11　總結（Summary） 113

第 4 章　 RNA 119

4.1　RNA的結構（RNA Structure） 120

4.2　RNA的合成（RNA Synthesis） 126

4.3　 轉錄調控（Transcriptional Control） 128

4.4　 真核生物的mRNA加工（mRNA Processing in Eukaryotes） 135

4.5　 RNA的受控降解（Controlled Degradation of RNA） 139

4.6　 mRNA被核醣體翻譯成蛋白質（Ribosomal Translation of mRNA into Protein） 142

4.7　 從寡核苷酸庫到蛋白質庫（From Oligonucleotide Libraries to Protein Libraries） 156

4.8　總結（Summary） 159

第 5 章　 多肽和蛋白質的結構（Peptide and Protein Structure） 163

5.1　 氨基酸和多肽（Amino Acids and Peptides） 164

5.2　 固相多肽合成（Solid-Phase Peptide Synthesis） 169

5.3　 決定蛋白質二級結構的基本作用力（Fundamental Forces that Control Protein Secondary Structure） 181

5.4　 二硫鍵交聯的化學（The Chemistry of Disulfide Crosslinks） 188

5.5　 蛋白質結構域的結構和功能（Protein Domains Have Structural and Functional Roles） 191

5.6　 更高層級的蛋白質結構（Higher Levels of Protein Structure） 200

5.7　總結（Summary） 201

第 6 章　 蛋白質功能（Protein Function） 209

6.1　 受體-配體相互作用（Receptor-Ligand Interactions） 210

6.2　 從定量角度認識酶功能（A Quantitative View of Enzyme Function） 216

6.3　 多步反應酶催化機制（A Mechanistic View of Enzymes that Catalyze Multistep Reactions） 219

6.4　 有機輔酶因子（Enzymes that Use Organic Cofactors） 240

6.5　 蛋白質工程改造（Engineering Improved Protein Function） 245

6.6　總結（Summary） 251

第 7 章　 糖生物學（Glycobiology） 255

7.1　結構（Structure） 255

7.2　 糖苷鍵的化學和酶學（The Chemistry and Enzymology of the Glycosidic Bond） 260

7.3　多醣（Polysaccharides） 269

7.4　糖蛋白（Glycoproteins） 272

7.5　醣脂（Glycolipids） 286

7.6　 細胞內的糖基化（Glycosylation in the Cytosol） 288

7.7　 寡糖的化學合成（Chemical Synthesis of Oligosaccharides） 290

7.8　 與糖配體結合的蛋白質（Proteins that Bind to Carbohydrate Ligands） 293

7.9　 葡萄糖穩態與糖尿病（Glucose Homeostasis and Diabetes） 301

7.10　總結（Summary） 306

第 8 章　 聚酮和萜類（Polyketides and Terpenes） 309

8.1　 聚酮生物合成中的克萊森反應（The Claisen Reaction in Polyketide Biosynthesis） 310

8.2　 聚酮生物合成範例：脂肪酸生物合成（The Biosynthesis of Fatty Acids is a Paradigm for Polyketides             Biosynthesis） 312

8.3　 人源聚酮的生物學功能（The Biological Role of Human Polyketides） 317

8.4　 非人源聚酮類天然產物（Nonhuman Polyketides Natural Products） 330

8.5　 非核醣體肽合成酶（Nonribosomal Peptide Synthases） 337

8.6　人源萜類（Human Terpenes） 338

8.7　 非人源萜類天然產物（Nonhuman Terpene Natural Products） 351

8.8　小結（Summary） 358

第 9 章　 信號轉導的化學調控（Chemical Control of Signal Transduction） 363

9.1　 信號轉導（Singal Transduction） 365

9.2　 人體細胞中的信號通路概述（An Overview of Signal Transduction Pathways in Human Cells） 369

9.3　核受體（Nuclear Receptors） 372

9.4　與轉錄因子直接相互作用的細胞表面受體（Cell-Surface Receptors that Interact Directly with Transcription        Factors） 380

9.5　 受體酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases） 385

9.6　 G蛋白偶聯受體（G Protein-Coupled Receptors，GPCR） 395

9.7　 離子通道受體（Ion Channel Receptors） 408

9.8　 三聚化死亡受體（Trimeric Death Receptors） 414

9.9　 氣體小分子信號轉導通路（Pathways Controlled by Small Diffusible Gas Molecules） 416

9.10　總結（Summary） 418

書摘插畫

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【生物信息學與功能基因組學（原著第三版）】

編輯推薦

1.生物信息學領域迄今為止所見的經典著作。

2.作者為國際上知名生物信息學專家。

3.內容全面系統，從生物信息學理論和應用的發展歷史到新的前沿理論和前沿研究領域都進行了全方位的系統的介紹；

4.實用性強，通過列舉大量應用實例及設計專門的練習題，深入淺出地幫助讀者熟悉和掌握生物信息學理論和工具，非常適合生物信息學初學者的學習需求

5.前瞻性強，對生物信息學的前沿理論和前沿研究領域進行了深入介紹和綜述，對於生物信息學專業的研究人員也具有很高的參考價值

內容簡介

本書為原著第三版，內容新穎，具有以下主要特色：

（1）內容全面，很好地將生物信息學與功能基因組學的理論和實踐應用結合起來，非常重視生物信息學的具體應用技巧。

（2）內容新穎，包含了二代測序的進展。

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（4）作者，為霍普金斯醫學院教授，在國際上有很高的聲譽和性。

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作者簡介

田衛東，美國華盛頓大學（聖路易斯）博士，哈佛大學醫學院博士後，上海市浦江人才、上海市曙光學者。 2008年起任復旦大學生命科學學院教授，博士生導師。目前兼任復旦大學遺傳工程國家重點實驗室學術帶頭人和生物信息學平台負責人，復旦大學附屬兒科醫院兼職教授，中國細胞生物學學會功能基因組信息學與系統生物學分會理事。

目錄

第1部分DNA、RNA和蛋白質序列的分析

第1章引言［2］

1.1本書的組織架構［3］

1.2生物信息學：全景［4］

1.3各章節的組織架構［6］

1.4對學生和教師的建議：練習，尋找一個基因，研究一個基因組［7］

1.5生物信息學軟件：兩種風格［8］

1.6生物信息學和其他信息學學科［11］

1.7對學生的建議［11］

第2章序列數據的獲取和相關信息［14］

2.1生物數據庫的入門介紹［14］

2.2集中存儲DNA序列的數據庫［15］

2.3DNA、RNA和蛋白質數據庫［19］

2.4信息的獲取：用於標記和鑑別序列的索引編號［27］

2.5利用NCBI的基因資源進行基因信息的獲取［31］

2.6使用命令行進行NCBI數據的獲取［35］

2.7信息的獲取：基因組瀏覽器［41］

2.8如何獲取序列數據的例子：單個基因/蛋白質［44］

2.9生物醫學文獻的獲取［50］

2.10展望［51］

2.11常見問題［51］

2.12給學生的建議［51］

2.13網絡資源［51］

第3章雙序列比對［58］

3.1引言［58］

3.2打分矩陣［66］

3.3在雙序列比對中，PAM矩陣的實用性［76］

3.4比對算法：全局和局部［79］

3.5雙序列比對的統計顯著性［88］

3.6展望［91］

3.7常見問題［91］

3.8給學生的建議［92］

3.9網絡資源［92］

第4章局部比對搜索基本工具BLAST［100］

4.1引言［100］

4.2BLAST搜索步驟［102］

4.3BLAST算法使用局部比對搜索的策略［114］

4.4BLAST的搜索策略［119］

4.5使用BLAST預測基因：找到新基因［128］

4.6展望［131］

4.7常見問題［131］

4.8對學生的建議［131］

4.9網絡資源［132］

第5章高級數據庫搜索［137］

5.1引言［137］

5.2特殊BLAST的網站［138］

5.3尋找遠緣相關蛋白質：位置特異性迭代BLAST（PSI-BLAST）和DELTA-BLAST［141］

5.4譜搜索：隱馬爾可夫模型［148］

5.5用類似於BLAST的比對工具快速搜索基因組DNA［154］

5.6將二代測序讀段與參考基因組比對［159］

5.7展望［161］

5.8常見問題［162］

5.9給學生的建議［162］

5.10網絡資源［162］

第6章多重序列比對［168］

6.1引言［168］

6.2五種主要的多重序列比對方法［170］

6.3用標準數據集進行研究：方法，發現和挑戰［181］

6.4多重序列比對的數據庫［182］

6.5基因組區域的多重序列比對［186］

6.6展望［192］

6.7常見問題［193］

6.8給學生的建議［193］

第7章分子水平的系統發育和進化［200］

7.1分子進化介紹［200］

7.2分子系統發育與進化的法則［201］

7.3分子系統發育：樹的特徵［211］

7.4樹的類型［217］

7.5系統發育分析的五個步驟［221］

7.6展望［240］

7.7常見問題［241］

7.8給學生的建議［241］

7.9網絡資源［241］

第2部分DNA、RNA和蛋白質在全基因組層次上的分析

第8章DNA：真核染色體［250］

8.1引言［250］

8.2真核生物基因組和染色體的一般特徵［252］

8.3真核生物染色體的DNA重複片段［263］

8.4真核生物染色體的基因含量［273］

8.5真核生物基因組的調控區域［279］

8.6真核生物DNA的比較［283］

8.7染色體DNA的變化［284］

8.8測定染色體變化的技術［290］

8.9展望［292］

8.10常見問題［293］

8.11給學生的建議［293］

8.12網絡資源［293］

第9章二代測序數據的分析［310］

9.1引言［310］

9.2DNA測序技術［311］

9.3二代測序的基因組DNA的分析［318］

9.4二代測序的特定應用［347］

9.5展望［348］

9.6常見問題［348］

9.7給學生的建議［349］

9.8網絡資源［349］

第10章處理核糖核酸（RNA）的生物信息學工具［356］

10.1引言［356］

10.2非編碼RNA［358］

10.3信使RNA介紹［370］

10.4微陣列和RNA-seq：全基因組層面的基因表達量測定［379］

10.5RNA分析的解讀［384］

10.6展望［386］

10.7常見問題［386］

10.8給學生的建議［387］

10.9網絡資源［387］

第11章基因表達：芯片和RNA-seq數據分析［395］

11.1引言［395］

11.2芯片分析方法1：NCBI的GEO2R工具［397］

11.3芯片分析方法2：Partek軟件［409］

11.4芯片分析方法3：利用R分析GEO數據庫［417］

11.5芯片數據分析：描述性統計學方法［423］

11.6RNA-seq［430］

11.7芯片數據的功能註釋［438］

11.8展望［438］

11.9常見問題［439］

11.10對學生的建議［440］

11.11推薦讀物［443］

第12章蛋白質分析和蛋白質組學［447］

12.1引言［447］

12.2蛋白質鑑定技術［450］

12.3蛋白質的四個方面［457］

12.4展望［476］

12.5常見問題［477］

12.6給學生的建議［477］

12.7網絡資源［477］

第13章蛋白質結構［488］

13.1蛋白質結構總結［488］

13.2蛋白質結構原理［490］

13.3PDB數據庫（Protein Data Bank）［500］

13.4蛋白質結構預測［513］

13.5固有無序蛋白質（INTRINSICALLY DISORDERED PROTEINS）［518］

13.6蛋白質結構與疾病［518］

13.7展望［519］

13.8常見問題［520］

13.9給學生的建議［520］

13.10推薦讀物［523］

第14章功能基因組學［529］

14.1功能基因組學介紹［529］

14.2用於功能基因組學研究的八種模式生物［532］

14.3使用反向和正向遺傳學的功能基因組學［541］

14.4功能基因組和中心法則［555］

14.5用蛋白質組學的方法研究功能基因組學［559］

14.6展望［572］

14.7常見問題［572］

14.8給學生的建議［573］

14.9推薦讀物［574］

第3部分基因組分析

第15章生命樹上的基因組［584］

15.1引言［584］

15.2優秀的互聯網資源［593］

15.3基因組測序計劃：年表［594］

15.4基因組分析計劃：介紹［602］

15.5基因組分析項目：測序［608］

15.6基因組分析計劃：組裝［610］

15.7基因組分析計劃：註釋［616］

15.8展望［620］

15.9常見問題［620］

15.10給學生的建議［621］

15.11推薦讀物［624］

第16章已完成測序的基因組：病毒基因組［632］

16.1引言［632］

16.2病毒的分類［634］

16.3解決病毒學問題的生物信息學方法［641］

16.4人類免疫缺陷病毒（HIV）［641］

16.5流感病毒［646］

16.6麻疹病毒［649］

16.7埃博拉病毒［650］

16.8皰疹病毒：從生殖細胞到基因表達［650］

16.9巨病毒［656］

16.10展望［659］

16.11常見問題［659］

16.12給學生的建議［659］

16.13網絡資源［659］

第17章已完成測序的基因組：細菌和古細菌［668］

17.1引言［668］

17.2細菌和古細菌的分類［669］

17.3人類微生物組［681］

17.4細菌和古細菌的基因組分析［682］

17.5細菌基因組比較［696］

17.6展望［700］

17.7常見問題［700］

17.8給學生的建議［700］

17.9網絡資源［700］

第18章真核生物基因組：真菌［711］

18.1引言［711］

18.2真菌的描述和分類［712］

18.3對釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ）的介紹［714］

18.4釀酒酵母的基因倍增和基因組倍增［723］

18.5半子囊菌類的比較分析［727］

18.6真菌基因組分析［731］

18.7展望［737］

18.8常見問題［737］

18.9給學生的建議［738］

18.10網絡資源［738］

第19章真核基因組：從寄生生物到靈長類［746］

19.1引言［746］

19.2位於樹底層的原生動物缺乏線粒體［748］

19.3單細胞病原體的基因組：錐蟲和利甚曼原蟲［751］

19.4囊泡藻類（Chromalveolates）［753］

19.5植物基因組［763］

19.6後生動物底層附近的黏菌與子實體［771］

19.7後生動物［772］

19.8展望［792］

19.9常見問題［792］

19.10給學生的建議［793］

19.11網絡資源［793］

第20章人類基因組［807］

20.1引言［807］

20.2人類基因組計劃的主要結論［808］

20.3獲得人類基因組數據的門戶網站［809］

20.4人類基因組計劃［813］

20.525條人類染色體［826］

20.6人類基因組變異［832］

20.7展望［843］

20.8常見問題［844］

20.9給學生的建議［844］

20.10推薦讀物［848］

第21章人類疾病［852］

21.1人類遺傳疾病：DNA變異的結果［852］

21.2疾病的種類［859］

21.3疾病數據庫［872］

21.4鑑定疾病相關基因及其位點的方法［881］

21.5模式生物中的人類疾病基因［888］

21.6疾病基因的功能分類［893］

21.7展望［895］

21.8常見問題［895］

21.9給學生的建議［895］

21.10推薦讀物［897］

附錄［906］

1.詞彙表［906］

2.自我檢測題答案［921］

書摘插畫