High-Yield Cell and Molecular Biology / Edition 3

High-Yield Cell and Molecular Biology / Edition 3

by Ronald W. Dudek
     
 

High-Yield™ Cell and Molecular Biology, Third Edition provides the essential information needed for USMLE Step 1 review and course study. It covers current cell and molecular biology techniques and principles with a clinical focus—what a physician needs to know to understand, diagnose, and treat human disease. Molecular biology is often taught

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Overview

High-Yield™ Cell and Molecular Biology, Third Edition provides the essential information needed for USMLE Step 1 review and course study. It covers current cell and molecular biology techniques and principles with a clinical focus—what a physician needs to know to understand, diagnose, and treat human disease. Molecular biology is often taught within various courses such as biochemistry, microbiology, and histology; thus, a consolidated review book in molecular biology is especially helpful in preparing for the USMLE Step 1.

This edition has been streamlined to remove content covered in other High-Yield™ books such as histopathology and microbiology. Images have been placed closer to the appropriate text. New figures include DNA melting curve and flow cytometry.

Product Details

ISBN-13:
9781609135737
Publisher:
Lippincott Williams & Wilkins
Publication date:
01/03/2011
Series:
High-Yield Series
Edition description:
Third
Pages:
151
Sales rank:
266,874
Product dimensions:
6.90(w) x 9.90(h) x 0.60(d)

Table of Contents


Contents

ix

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .vii

Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .xiii

Chromosomal DNA

I. The Biochemistry of Nucleic Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

II. Levels of DNA Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

III. Centromere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

IV. Heterochromatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

V. Euchromatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

VI. Studying Human Chromosomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

VII. Staining of Chromosomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

VIII. Chromosome Morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

IX. DNA Melting Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1Chromosome Replication

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

II. The Chromosome Replication Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

III. DNA Topoisomerases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

IV. The Telomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

V. DNA Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

VI. DNA Repair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

VII. Clinical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

VIII. Summary of Chromosome Replication Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9Meiosis and Genetic Recombination

I. Meiosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

II. Genetic Recombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17The Human Nuclear Genome

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

II. Protein-Coding Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

III. RNA-Coding Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

IV. Epigenetic Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

V. Noncoding DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22The Human Mitochondrial Genome

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

II. The 13 Protein-Coding Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

III. The 24 RNA-Coding Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

IV. Other Mitochondrial Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

V. Mitochondrial Diseases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29Protein Synthesis

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

II. Transcription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

III. Processing the RNA Transcript into mRNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

IV. Translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

V. Clinical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33Control of Gene Expression

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

II. Mechanism of Gene Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

III. The Structure of DNA-Binding Proteins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

IV. Other Mechanisms of Gene Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

V. The

VI. The

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39Lac Operon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46trp Operon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Mutations of the DNA Sequence

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

II. Silent (Synonymous) Mutations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

III. Non-Silent (Nonsynonymous) Mutations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

IV. Loss of Function and Gain of Function Mutations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

V. Other Types of Polymorphisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49Proto-Oncogenes, Oncogenes, and Tumor-Suppressor Genes

I. Proto-Oncogenes and Oncogenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

II. Tumor-Suppressor Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

III. Hereditary Cancer Syndromes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .58The Cell Cycle

I. Mitosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

II. Control of the Cell Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66Molecular Biology of Cancer

I. The Development of Cancer (Oncogenesis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

II. The Progression of Cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

III. Signal Transduction Pathways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71Cell Biology of the Immune System

I. Neutrophils (Polys, Segs, or PMNs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

II. Eosinophils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

III. Basophils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

IV. Mast Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

V. Monocytes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

VI. Macrophages (Histiocytes; Antigen-Presenting Cells) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

VII. Natural Killer CD16

VIII. B Lymphocyte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

IX. T Lymphocyte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

X. Immune Response to Exogenous Protein Antigens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85

XI. Immune Response to Endogenous Antigens (Intracellular Virus or Bacteria) . . . . . .86

XII. Cytokines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81Molecular Biology of the Immune System

I. Clonal Selection Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

II. The B Lymphocyte (B Cell) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

III. The T Lymphocyte (T Cell) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

IV. Clinical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

V. Disorders of Phagocytic Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

VI. Systemic Autoimmune Disorders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

VII. Organ-Specific Autoimmune Disorders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89Molecular Biology Techniques

I. Action of Restriction Enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101

II. Electrophoresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

III. The Enzymatic Method of DNA Sequencing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

IV. Southern Blotting and Prenatal Testing for Sickle Cell Anemia . . . . . . . . . . . . . . . .107

V. Isolating a Human Gene by DNA Cloning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

VI. Construction of cDNA Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

VII. Polymerase Chain Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

VIII. Producing a Protein from a Cloned Gene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115

IX. Site-Directed Mutagenesis and Knockout Animals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117

X. Northern Blot (mRNA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

XI. Western Blot (Protein) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

XII. Human Immunodeficiency Virus (HIV) Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123

XIII. Ligase Chain Reaction (LCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125

XIV. Flow Cytometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Identification of Human Disease Genes

I. General Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

II. Identification of a Human Disease Gene Through a Chromosome Abnormality . . . . .129

III. Identification of a Human Disease Gene Through Pure Transcript Mapping . . . . . .130

IV. Identification of a Human Disease Gene Through Large Scale DNA Sequencing . . . . .131

V. Identification of a Human Disease Gene Through Comparison of Human

and Mouse Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129Gene Therapy

I. Gene Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

II. Ex Vivo and In Vivo Gene Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

III. Integration into Host Cell Chromosomes or as Episomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

IV. Viral Vectors Used in Gene Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

V. Nonviral Vectors Used in Gene Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

Appendix 1: The Genetic Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137

Appendix 2: Amino Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138

Appendix 3: Chromosomal Locations of Human Genetic Diseases . . . . . . . . . . . . . . . . .139

Figure Credits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

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