High-Yield™ Cell and Molecular Biology

by Dudek, Ronald W.

• ISBN13: 9781609135737
• ISBN10: 1609135733
• Edition: 3rd
• Format: Paperback
• Copyright: 2010-12-29
• Publisher: LWW

Summary

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 had 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.

Features:

-NEW! edited and streamlined to remove content covered in other High Yield books (e.g., Histopathology, Microbiology)

-NEW! improved layout of art and text to place fugures closer to the appropriate text

-NEW! new figures to Cover DNA melting curve and flow ctyometry; covers current molecular biology techniques and principles with a clinical focus - what a physician needs to know to diagnose, understabd and treat human disease; defines the line between molecular biolgy and genetics

This book and High-Yield Genetics by the same author have been written as a complementary pair & includes cell biology, but no basic traditional histology.

"Where will the time needed to teach a molecular biology course be found' I suspect what will happen is that many of the "traditional" courses will extend their discussion of various topics down to the molecular biology level. This approach will work, but it will in effect make molecular biology somewhat disjointed. The student will learn some molecular biology in a Biochemistry course, some in a Microbiology course, and some in a Histology course, etc. The problem this presents for students reviewing for USMLE Step 1 is that molecular biology information will be scattered among various course notes"-Provided by publisher

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