生命科学名著：细胞生物学精要（原书第3版）（附光盘1张）
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英文原版作者简介
英文原版前言
致谢
教师和学生的资源
1 介绍细胞
1.1 细胞的同一性与多样性 1
1.1.1 细胞在外形与功能方面变化巨大 2
1.1.2 活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质 3
1.1.3 一切现代细胞明显地都是由同一祖先进化而来 4
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1 介绍细胞
1.1 细胞的同一性与多样性 1
1.1.1 细胞在外形与功能方面变化巨大 2
1.1.2 活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质 3
1.1.3 一切现代细胞明显地都是由同一祖先进化而来 4
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《细胞生物学精要（原书第三版）》是美国Garland出版集团出版、美国科学院前院长Bruce Alberts等八位国际著名生物学家共同编写的Essential Cell Biology第三版的中文译本，从细胞的不同结构层次和细胞间的相互关系对细胞生物学的内容作了系统阐述，既涵盖细胞生物学的基础知识，又增添当代生命科学研究的新成果。《细胞生物学精要（原书第三版）》共20章，分别叙述细胞的生长、增殖、分化、凋亡、遗传、变异、应激、运动、迁移等内容。每一章结束时附有基本概念、关键词、问题和答案，并配有22个图版和近千幅插图。《细胞生物学精要（原书第三版）》收集了诸多的分子结构和高分辨率的显微照片，作为每一章节的补充材料，以吸引读者的兴趣。与前两版不同的是，第三版的每一章中还增添了“我们如何得知”部分，讲述科学家如何通过实验研究来获得新的发现。
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1 介绍细胞
1.1 细胞的同一性与多样性 1
1.1.1 细胞在外形与功能方面变化巨大 2
1.1.2 活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质 3
1.1.3 一切现代细胞明显地都是由同一祖先进化而来 4
1.1.4 基因提供给细胞指令以形成细胞形态、功能和复杂的行为 5
1.2 显微镜下的细胞 5
1.2.1 光学显微镜的发明导致了细胞的发现 5
1.2.2 在显微镜下可以看到细胞、细胞器甚至分子 7
1.3 原核细胞 9
1.3.1 原核生物是最多样化的细胞 11
1.3.2 原核生物的世界被分为两类：真细菌和古细菌 11
1.4 真核细胞 12
1.4.1 细胞核是细胞的信息存储器 13
1.4.2 线粒体利用食物产生能量而赋予细胞动力 14
1.4.3 叶绿体从日光捕获能量 15
1.4.4 内膜创建功能各异的胞内区室 16
1.4.5 胞质溶胶是一种浓缩的大分子和小分子的含水凝胶 18
1.4.6 细胞骨架负责细胞运动 19
1.4.7 细胞质远远不是静态的 20
1.4.8 真核细胞可能作为捕食者而起源 21
1.5 模式生物 23
1.5.1 分子生物学家聚焦于大肠杆菌 23
1.5.2 酿酒酵母是一种简单的真核细胞 23
1.5.3 从30万种植物中选出拟南芥作为模式植物 24
1.5.4 动物界以果蝇、蠕虫、鼠和人为代表 24
我们如何得知：生命的共同机制 25
1.5.5 比较基因组序列将揭示生命共同的遗传密码 30
图版1-1 显微镜 32
图版1-2 细胞结构 34
2 细胞的化学成分
2.1 化学键 39
2.1.1 细胞由少数几种原子组成 39
2.1.2 最外层电子决定原子间如何相互作用 41
2.1.3 电子的得失形成离子键 43
2.1.4 共用电子对形成共价键 45
2.1.5 共价键强度的变化 46
2.1.6 共价键有不同的类型 47
2.1.7 静电吸引力帮助细胞内的分子结合在一起 48
2.1.8 水通过氢键结合在一起 48
2.1.9 一些极性分子在水溶液中形成酸和碱 49
2.2 细胞内的分子 50
2.2.1 细胞由碳化合物构成 50
2.2.2 细胞含有四种主要的有机小分子 50
2.2.3 糖是细胞的能源，也是多糖的亚基 51
2.2.4 脂肪酸是细胞膜的组分 53
2.2.5 氨基酸是蛋白质的基本构成单位 54
2.2.6 核苷酸是DNA及RNA的亚基 55
2.3 细胞内的大分子 57
2.3.1 大分子的亚基排列具有特定的序列 58
我们如何得知：什么足大分子？ 59
2.3.2 非共价键确定一个大分子的精确形状 61
2.3.3 非共价键使一个大分子结合另一些特定的分子 61
图版2-1 化学键和化学基团 62
图版2-2 水的化学性质 64
图版2-3 几种糖的类型概述 66
图版2-4 脂肪酸和其他脂类 68
图版2-5 蛋白质里的20种氨基酸 70
图版2-6 核苷酸概述 72
图版2-7 非共价键的主要类型 74
3 能量、催化作用与生物合成
3.1 细胞中能量的利用 82
3.1.1 细胞释放热能，从而有可能形成生物学有序性 82
3.1.2 光合生物利用太阳光合成有机分子 84
3.1.3 细胞通过有机分子的氧化作用获得能量 86
3.1.4 氧化及还原反应涉及电子转移 87
3.2 自由能和催化作用 89
3.2.1 酶降低阻止化学反应的势垒 89
3.2.2 一个反应的自由能变化决定这个反应能否进行 92
3.2.3 反应物的浓度影响自由能的改变和反应的方向 92
3.2.4 标准自由能的变化使得我们能比较不同反应之间的能量 93
3.2.5 细胞牛存于化学不平衡的状态下 93
3.2.6 平衡常数直接与AG。成比例 94
3.2.7 在复杂反应中，平衡常数取决于所有反应物和产物的浓度 95
3.2.8 平衡常数指示分子相互作用的强度 95
3.2.9 对于系列反应，自由能的变化是额外的 96
3.2.10 酶如何找到它们的底物：快速扩散的重要性 98
3.2.11 Umax和Km计量酶的活性 99
我们如何得知：使用动力学来模拟和操作代谢途径 100
3.3 活化的载体分子与生物合成 103
3.3.1 一个活化载体的形成与一个能量方面有利的反应相耦合 104
3.3.2 ATP是用得最广泛的活化载体分子 104
3.3.3 储存在ATP中的能量常被用于两个分子的连接 106
3.3.4 NADH及NADPH是重要的电子载体 106
3.3.5 细胞内有许多其他活化载体分子 109
3.3.6 生物多聚物的合成要求输入能量 111
图版3-1 自由能与生物学反应 114
4 蛋白质的结构和功能
4.1 蛋白质的形状与结构 122
4.1.1 氨基酸序列确定蛋白质的形状 122
4.1.2 蛋白质折叠形成能量最低的构象 124
4.1.3 蛋白质可以形成多种复杂的形状 126
4.1.4 α螺旋和β折叠是常见的折叠方式 128
4.1.5 在生物结构中容易形成螺旋结构 l28
4.1.6 在许多蛋白质的核心区域，β折叠形成坚固的结构 130
4.1.7 蛋白质具有多个层次的组织形式 132
4.1.8 在大量可能的多肽链中只有少数几个是有功能的 134
4.1.9 蛋白质可被归纳分类 134
4.1.10 大蛋白质分子通常含有一条以上的多肽链 134
4.1.11 蛋白质可以装配形成丝、片或球 136
4.1.12 一些类型的蛋白质具有伸长的纤维形状 137
4.1.1 3胞外蛋白常因共价交联而得以稳定 138
4.2 蛋白质如何发挥作用 139
4.2.1 蛋白质结合其他分子 l39
4.2.2 抗体结合位点极为多样化 141
4.2.3 酶是强有力且高度专一的催化剂 142
4.2.4 溶菌酶揭示了酶的工作机制 142
4.2.5 大多数的药物抑制酶的活性 145
4.2.6 紧密结合的小分子赋予蛋白质额外的功能 145
4.3 蛋白质如何被调控 146
4.3.1 酶的催化活性通常可以被其他分子调控 146
4.3.2 变构酶有两个相互影响的结合位点 147
4.3.3 磷酸化通过引发构象变化来调控蛋白质的活性 149
4.3.4 GTP结合蛋白同样受到添加和去除磷酸基团的调控 150
4.3.5 核苷酸的水解促使细胞中的马达蛋白产生大的位移 151
4.3.6 蛋白质通常形成大型复合物，起蛋白质机器的作用 151
4.3.7 共价修饰调控蛋白质机器的定位和装配 153
我们如何得知：探究蛋白质的结构 154
4.4 如何研究蛋白质 156
4.4.1 细胞能够在培养皿上生长 l57
4.4.2 纯化技术使人们从细胞匀浆中获得均质的蛋白质制品 158
4.4.3 通过基因工程技术能够大量生产几乎任何一种蛋白质 159
4.4.4 蛋白质结构和功能的自动化研究加快了发现的步伐 160
图版4-1 蛋白质功能的几个例子 161
图版4-2 描述小型SH2蛋白结构域的四种不同方式 162
图版4-3 抗体的制备和便用 164
图版4-4 细胞的裂解和细胞抽提物的初步分离 166
图版4-5 用层析法分离蛋白质 168
图版4-6 用电泳法分离蛋白质 169
5 DNA和染色体
5.1 DNA的结构和功能 174
5.1.1 一个DNA分子是由两条互补的核苷酸链组成的 175
我们如何得知：基因由DNA组成 176
5.1.2 DNA的结构提供了一种遗传机制 180
5.2 真核生物染色体的结构 181
5.2.1 真核生物的DNA包装在多个染色体中 181
5.2.2 染色体含有一长串基因 183
5.2.3 细胞周期中染色体以不同状态存在 l84
5.2.4 间期染色体是在细胞核内形成的 185
5.2.5 染色体DNA是高度浓缩的 186
5.2.6 核小体是染色质结构的基本单位 187
5.2.7 染色体包装有多重层次 189
5.3 染色体结构的调节 191
5.3.1 染色体结构的改变使蛋白质可以接触DNA 191
5.3.2 间期染色体同时含有浓缩的和伸展的染色质形态 192
5.3.3 染包质结构的改变是可以遗传的 19／l
6 DNA复制、修复和重组
6.1 DNA复制 201
6.1.1 碱基配对使DNA得以复制 201
6.1.2 DNA合成从复制起始位点开始 202
我们如何得知：复制的性质 203
6.1.3 新的DNA在复制叉上进行合成 206
6.1.4 复制又是不对称的 207
6.1.5 DNA聚合酶能自我校正 208
6.1.6 短的RNA充当DNA合成的引物 210
6.1.7 在复制叉处的蛋白质相互协调，形成复制机器 212
6.1.8 端粒酶复制真核生物染色体末端 213
6.2 DNA修复 214
6.2.1 突变能对一个细胞或生物体产生严重的后果 214
6.2.2 DNA错配修复系统清除被复制机器忽略了的复制差错 21 5
6.2.3 DNA在细胞内持续不断地受到损伤 217
6.2.4 基因的稳定性取决于DNA修复 218
6.2.5 双链断裂可以被快速但并不完美地修复 220
6.2.6 DNA复制和修复的保真度的记录保存在基因组序列中 220
6.3 同源重组 221
6.3.1 同源重组需要有相似序列的大范围区域 221
6.3.2 同源重组可以完美地修复DNA双键的断裂 221
6.3.3 同源重组在减数分裂期间交换遗传信息 222
6.4 可移动的遗传因子和病毒 224
6.4.1 可移动的遗传因子编码其移动所需的组件 224
6.4.2 人基因组由两个主要的转座序列家族组成 225
6.4.3 病毒是能离开细胞的高度可移动的遗传因子 226
6.4.4 逆转录病毒逆转正常的遗传信息流 228
7 从DNA到蛋白质：细胞如何阅读基因组
7.1 从DNA至0 RNA 234
7.1.1 部分DNA序列转录成RNA 234
7.1.2 转录产生与一条DNA链互补的RNA 235
7.1.3 细胞内产生几种类型RNA 238
7.1.4 DNA上的信号指示RNA聚合酶在何处起始和结束 238
7.1.5 真核生物基因转录的起始是一个复杂的过程 240
7.1.6 真核RNA聚合酶需要通用转录因子 241
7.1.7 真核RNA在核内同时被转录和加工 242
7.1.8 真核基因被非编码序列所间隔 245
7.1.9 内含子由RNA剪接而被去除 245
7.1.10 成熟的真核细胞mRNA从细胞核内输出是具有
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1 介绍细胞
1.1 细胞的同一性与多样性 1
1.1.1 细胞在外形与功能方面变化巨大 2
1.1.2 活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质 3
1.1.3 一切现代细胞明显地都是由同一祖先进化而来 4
1.1.4 基因提供给细胞指令以形成细胞形态、功能和复杂的行为 5
1.2 显微镜下的细胞 5
1.2.1 光学显微镜的发明导致了细胞的发现 5
1.2.2 在显微镜下可以看到细胞、细胞器甚至分子 7
1.3 原核细胞 9
1.3.1 原核生物是最多样化的细胞 11
1.3.2 原核生物的世界被分为两类：真细菌和古细菌 11
1.4 真核细胞 12
1.4.1 细胞核是细胞的信息存储器 13
1.4.2 线粒体利用食物产生能量而赋予细胞动力 14
1.4.3 叶绿体从日光捕获能量 15
1.4.4 内膜创建功能各异的胞内区室 16
1.4.5 胞质溶胶是一种浓缩的大分子和小分子的含水凝胶 18
1.4.6 细胞骨架负责细胞运动 19
1.4.7 细胞质远远不是静态的 20
1.4.8 真核细胞可能作为捕食者而起源 21
1.5 模式生物 23
1.5.1 分子生物学家聚焦于大肠杆菌 23
1.5.2 酿酒酵母是一种简单的真核细胞 23
1.5.3 从30万种植物中选出拟南芥作为模式植物 24
1.5.4 动物界以果蝇、蠕虫、鼠和人为代表 24
我们如何得知：生命的共同机制 25
1.5.5 比较基因组序列将揭示生命共同的遗传密码 30
图版1-1 显微镜 32
图版1-2 细胞结构 34
2 细胞的化学成分
2.1 化学键 39
2.1.1 细胞由少数几种原子组成 39
2.1.2 最外层电子决定原子间如何相互作用 41
2.1.3 电子的得失形成离子键 43
2.1.4 共用电子对形成共价键 45
2.1.5 共价键强度的变化 46
2.1.6 共价键有不同的类型 47
2.1.7 静电吸引力帮助细胞内的分子结合在一起 48
2.1.8 水通过氢键结合在一起 48
2.1.9 一些极性分子在水溶液中形成酸和碱 49
2.2 细胞内的分子 50
2.2.1 细胞由碳化合物构成 50
2.2.2 细胞含有四种主要的有机小分子 50
2.2.3 糖是细胞的能源，也是多糖的亚基 51
2.2.4 脂肪酸是细胞膜的组分 53
2.2.5 氨基酸是蛋白质的基本构成单位 54
2.2.6 核苷酸是DNA及RNA的亚基 55
2.3 细胞内的大分子 57
2.3.1 大分子的亚基排列具有特定的序列 58
我们如何得知：什么足大分子？ 59
2.3.2 非共价键确定一个大分子的精确形状 61
2.3.3 非共价键使一个大分子结合另一些特定的分子 61
图版2-1 化学键和化学基团 62
图版2-2 水的化学性质 64
图版2-3 几种糖的类型概述 66
图版2-4 脂肪酸和其他脂类 68
图版2-5 蛋白质里的20种氨基酸 70
图版2-6 核苷酸概述 72
图版2-7 非共价键的主要类型 74
3 能量、催化作用与生物合成
3.1 细胞中能量的利用 82
3.1.1 细胞释放热能，从而有可能形成生物学有序性 82
3.1.2 光合生物利用太阳光合成有机分子 84
3.1.3 细胞通过有机分子的氧化作用获得能量 86
3.1.4 氧化及还原反应涉及电子转移 87
3.2 自由能和催化作用 89
3.2.1 酶降低阻止化学反应的势垒 89
3.2.2 一个反应的自由能变化决定这个反应能否进行 92
3.2.3 反应物的浓度影响自由能的改变和反应的方向 92
3.2.4 标准自由能的变化使得我们能比较不同反应之间的能量 93
3.2.5 细胞牛存于化学不平衡的状态下 93
3.2.6 平衡常数直接与AG。成比例 94
3.2.7 在复杂反应中，平衡常数取决于所有反应物和产物的浓度 95
3.2.8 平衡常数指示分子相互作用的强度 95
3.2.9 对于系列反应，自由能的变化是额外的 96
3.2.10 酶如何找到它们的底物：快速扩散的重要性 98
3.2.11 Umax和Km计量酶的活性 99
我们如何得知：使用动力学来模拟和操作代谢途径 100
3.3 活化的载体分子与生物合成 103
3.3.1 一个活化载体的形成与一个能量方面有利的反应相耦合 104
3.3.2 ATP是用得最广泛的活化载体分子 104
3.3.3 储存在ATP中的能量常被用于两个分子的连接 106
3.3.4 NADH及NADPH是重要的电子载体 106
3.3.5 细胞内有许多其他活化载体分子 109
3.3.6 生物多聚物的合成要求输入能量 111
图版3-1 自由能与生物学反应 114
4 蛋白质的结构和功能
4.1 蛋白质的形状与结构 122
4.1.1 氨基酸序列确定蛋白质的形状 122
4.1.2 蛋白质折叠形成能量最低的构象 124
4.1.3 蛋白质可以形成多种复杂的形状 126
4.1.4 α螺旋和β折叠是常见的折叠方式 128
4.1.5 在生物结构中容易形成螺旋结构 l28
4.1.6 在许多蛋白质的核心区域，β折叠形成坚固的结构 130
4.1.7 蛋白质具有多个层次的组织形式 132
4.1.8 在大量可能的多肽链中只有少数几个是有功能的 134
4.1.9 蛋白质可被归纳分类 134
4.1.10 大蛋白质分子通常含有一条以上的多肽链 134
4.1.11 蛋白质可以装配形成丝、片或球 136
4.1.12 一些类型的蛋白质具有伸长的纤维形状 137
4.1.1 3胞外蛋白常因共价交联而得以稳定 138
4.2 蛋白质如何发挥作用 139
4.2.1 蛋白质结合其他分子 l39
4.2.2 抗体结合位点极为多样化 141
4.2.3 酶是强有力且高度专一的催化剂 142
4.2.4 溶菌酶揭示了酶的工作机制 142
4.2.5 大多数的药物抑制酶的活性 145
4.2.6 紧密结合的小分子赋予蛋白质额外的功能 145
4.3 蛋白质如何被调控 146
4.3.1 酶的催化活性通常可以被其他分子调控 146
4.3.2 变构酶有两个相互影响的结合位点 147
4.3.3 磷酸化通过引发构象变化来调控蛋白质的活性 149
4.3.4 GTP结合蛋白同样受到添加和去除磷酸基团的调控 150
4.3.5 核苷酸的水解促使细胞中的马达蛋白产生大的位移 151
4.3.6 蛋白质通常形成大型复合物，起蛋白质机器的作用 151
4.3.7 共价修饰调控蛋白质机器的定位和装配 153
我们如何得知：探究蛋白质的结构 154
4.4 如何研究蛋白质 156
4.4.1 细胞能够在培养皿上生长 l57
4.4.2 纯化技术使人们从细胞匀浆中获得均质的蛋白质制品 158
4.4.3 通过基因工程技术能够大量生产几乎任何一种蛋白质 159
4.4.4 蛋白质结构和功能的自动化研究加快了发现的步伐 160
图版4-1 蛋白质功能的几个例子 161
图版4-2 描述小型SH2蛋白结构域的四种不同方式 162
图版4-3 抗体的制备和便用 164
图版4-4 细胞的裂解和细胞抽提物的初步分离 166
图版4-5 用层析法分离蛋白质 168
图版4-6 用电泳法分离蛋白质 169
5 DNA和染色体
5.1 DNA的结构和功能 174
5.1.1 一个DNA分子是由两条互补的核苷酸链组成的 175
我们如何得知：基因由DNA组成 176
5.1.2 DNA的结构提供了一种遗传机制 180
5.2 真核生物染色体的结构 181
5.2.1 真核生物的DNA包装在多个染色体中 181
5.2.2 染色体含有一长串基因 183
5.2.3 细胞周期中染色体以不同状态存在 l84
5.2.4 间期染色体是在细胞核内形成的 185
5.2.5 染色体DNA是高度浓缩的 186
5.2.6 核小体是染色质结构的基本单位 187
5.2.7 染色体包装有多重层次 189
5.3 染色体结构的调节 191
5.3.1 染色体结构的改变使蛋白质可以接触DNA 191
5.3.2 间期染色体同时含有浓缩的和伸展的染色质形态 192
5.3.3 染包质结构的改变是可以遗传的 19／l
6 DNA复制、修复和重组
6.1 DNA复制 201
6.1.1 碱基配对使DNA得以复制 201
6.1.2 DNA合成从复制起始位点开始 202
我们如何得知：复制的性质 203
6.1.3 新的DNA在复制叉上进行合成 206
6.1.4 复制又是不对称的 207
6.1.5 DNA聚合酶能自我校正 208
6.1.6 短的RNA充当DNA合成的引物 210
6.1.7 在复制叉处的蛋白质相互协调，形成复制机器 212
6.1.8 端粒酶复制真核生物染色体末端 213
6.2 DNA修复 214
6.2.1 突变能对一个细胞或生物体产生严重的后果 214
6.2.2 DNA错配修复系统清除被复制机器忽略了的复制差错 21 5
6.2.3 DNA在细胞内持续不断地受到损伤 217
6.2.4 基因的稳定性取决于DNA修复 218
6.2.5 双链断裂可以被快速但并不完美地修复 220
6.2.6 DNA复制和修复的保真度的记录保存在基因组序列中 220
6.3 同源重组 221
6.3.1 同源重组需要有相似序列的大范围区域 221
6.3.2 同源重组可以完美地修复DNA双键的断裂 221
6.3.3 同源重组在减数分裂期间交换遗传信息 222
6.4 可移动的遗传因子和病毒 224
6.4.1 可移动的遗传因子编码其移动所需的组件 224
6.4.2 人基因组由两个主要的转座序列家族组成 225
6.4.3 病毒是能离开细胞的高度可移动的遗传因子 226
6.4.4 逆转录病毒逆转正常的遗传信息流 228
7 从DNA到蛋白质：细胞如何阅读基因组
7.1 从DNA至0 RNA 234
7.1.1 部分DNA序列转录成RNA 234
7.1.2 转录产生与一条DNA链互补的RNA 235
7.1.3 细胞内产生几种类型RNA 238
7.1.4 DNA上的信号指示RNA聚合酶在何处起始和结束 238
7.1.5 真核生物基因转录的起始是一个复杂的过程 240
7.1.6 真核RNA聚合酶需要通用转录因子 241
7.1.7 真核RNA在核内同时被转录和加工 242
7.1.8 真核基因被非编码序列所间隔 245
7.1.9 内含子由RNA剪接而被去除 245
7.1.10 成熟的真核细胞mRNA从细胞核内输出是具有
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《细胞生物学精要（原书第三版）》是美国Garland出版集团出版、美国科学院前院长Bruce Alberts等八位国际著名生物学家共同编写的Essential Cell Biology第三版的中文译本，从细胞的不同结构层次和细胞间的相互关系对细胞生物学的内容作了系统阐述，既涵盖细胞生物学的基础知识，又增添当代生命科学研究的新成果。《细胞生物学精要（原书第三版）》共20章，分别叙述细胞的生长、增殖、分化、凋亡、遗传、变异、应激、运动、迁移等内容。每一章结束时附有基本概念、关键词、问题和答案，并配有22个图版和近千幅插图。《细胞生物学精要（原书第三版）》收集了诸多的分子结构和高分辨率的显微照片，作为每一章节的补充材料，以吸引读者的兴趣。与前两版不同的是，第三版的每一章中还增添了“我们如何得知”部分，讲述科学家如何通过实验研究来获得新的发现。
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