Stryers 生物化學(2) (Stryers Biochemistry 5/e)

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教學光碟 僅提供採用本書為教科書之授課老師

圖：563
表：35

簡介：
生物化學原本為一門純實驗科學，如今已快速地發展至從電腦中有跡可尋的一門學問。全書整合貫穿全文的化學概念，包括：酵素作用的基礎機制，蛋白質及常見輔因子的結構和化學反應，且快速更新以包含最近的新發現。另外，本版中除了加入相關的臨床要點以外，並強調基本觀念，以闡述生物化學對醫學的重要性與必要性。

序文:
歷經四個版本，在比二十五年更久的歲月中，Stryer的生物化學教科書以出群拔萃、精美易解的姿態呈現。本書的書寫手法以及動人的設計在多年來讓用本書的學子們感到賞心悅目。因此吾等也樂於藉此機會與本書的改版。此項工作看若激勵，然則生化學在二十一世紀有顯著地改變加重了畏懼之心。生物化學原本為純實驗科學今亦快速地轉換至從電腦中有跡可尋的一門學問。由於近年來有能力決定基因序列，並提供巨量資訊和轉錄出之蛋白質序列相互對比，其結果或可成公式化並測試應用在生化功能的各項假說上。這些新方法的威力可從演化上的衝擊獲得解釋，即許多分子及生化路徑可由複製和修飾原本已存在之分子和路徑而成。本書第五版確實考驗者一貫注此生化學哲理的改變而另一方面維持前四版中具備的突顯清晰及引導式的特色。

新分子演化之展望:
(A New Molecular Evolutionary Perspective)
以演化為根基的觀點如何影響到生化的教學﹖具有共同演化來源的大分子雖可擔任各類不同生物角色但會具備許多構造及機制上的共同點。舉例來說蛋白質家族中的大分子為肌肉移位，釋放到血中的腎上腺素所傳遞的信息以及胺基酸鏈合成的驅動力皆是。一旦將某一蛋白質家族的特徵很詳細地教導學生，那麼他或她亦可如法泡製在下次遇到新的（蛋白）家族成員上。學生可集中注意力在如何根據新特徵而應用驗證在其他的生化步驟上。自始至終，本書中以特別造型的樹圖標置放在開始討論主要和蛋白質同系源和演化起源相關的論題開端。

兩個新章節 (TWO NEW CHAPTERS)
為使學生領悟到如此洞察的威力，本版特別潻加了兩個新的章節。第一即「生化上的演化論」（第二章）從生命起源發展到多細胞生物體的快速導覽。就層次而言，此章具備對生化分子及路徑和其細胞的背景之介紹。

在另一層次而言該章可加強學生藉著檢視生化分子及路徑如何應對主要的生物挑戰而加深瞭解。此外，第二章的演化透視將提昇學生對許多顯而易見獨特的生化學的領悟力。例如，在許多生化輔因子 (cofactor) 皆合有核糖核A (ribonucleotide) 的片斷可說明在古老的生物世界其依賴RNA的程度。 第二個新的章節，即「探索演化的奧秘」（第七章）推出了此較蛋白質和核酸序列之基礎概念。 此章和其他兩章，即「探索蛋白質」（第四章）與「探索基因」（第六章）就和以前舊版一樣具備了實驗上完整的技術。新章節的目標是使學生們能以精準有效的方式應用浩翰有關序列及構造上的資料庫資訊。

新書的組織架構 (ORGANIZATION OF THE TEXT)
從演化上的處理手法影響了本書組織架構，而共分成四大部份。如同以前的版本，第一部份介紹生化語言及各類重要的生物分子。其他三個部份分別述說三個演化上的重要挑戰即不同形式的能量之間的互換、分子的產生、和細胞及個體對變動的環境所做的適應。如此的安排和第二章述說的演化路徑相互平行呼應並順理成章由淺入深。
第一部份 (PART I)，生命的分子設計，介紹最重要的一群生物巨分子包括蛋白質、核酸、碳水化合物和脂質並陳述酵素催化作用的基本概念。以下兩個章節為例，說明如何以演化的展望影響到這些章節的教材：
. 第9章，主述催化策略，檢視四類與特殊挑戰性之酵素：促進基本上緩慢化學反應、化學反應其絕對速率之最大值化、催化某一反應侷限在一部位而非在許多可任擇其一的部位、及可防止有害的副作用者。在上述案例中，本書斟酌演化在微調重要性質上所扮演的角色。
. 第13章，論及細胞膜通道和幫浦包括一個離子通道和一個幫浦的詳細三度空間的構造圖。因為其他重要的通道和幫浦在演化過程皆和上述這些蛋白相關。而該構造式也提供檢視此類分子的功能在分子層次上的基礎，實為神經及其他系統的功能認知重點。
第二部份 (PART II)，傳遞及貯藏能量，檢視不同形式能源之間的互換及其路徑。
. 第15章，談到信息傳遞，針對DNA片斷如何在演化的過程中配合編碼相對簡單的蛋白質調控區而非蛋白質整體其結果可操縱在信息傳遞路徑的走向。在第二部份也討論頗多的ATP及其他高能量的分子之合成路徑。這些路徑可歸納成數類其含有共同的酵素。當讀者對許多反應記憶猶新時可再次檢視每一新的分項反應及其應用在以文圖表示之不同的生物內涵中。
. 第16章，論及醣解作用和醣質新生作用。在此二路徑中，就某些方面而言是互為相反的，然而在此路徑的中段則有一核心酵素為此路徑共同所需。將此路徑放在一起討論可更容易表達自由能如何驅動整體步驟是往葡萄糖的分解還是往葡萄糖的合成方向進行。
. 第17章，論及檸檬酸循環和從演化的觀點洞察釋放分子至本循環的丙酮酸脫氫 (pyruvate dehydrogenase) 複合體以及在循環中催化關鍵步驟之一的酮戊二酸脫氫 (α-ketoglutarate dehydrogenase) 複合體。
. 第18章：論及氧化磷酸化作用，而緊跟在其後的第19章有關光合作用的光反應則為諧調這兩章業有的化學特色。
. 第19章：討論了光合作用的光反應後便順理成章地討論該作用的暗反應，即包括在第20章中的Calvin循環。而後者又順理成章和五碳糖磷酸鹽路徑 (pentose phosphate pathway) 相連結，因此路徑具有相互轉換三、四、五、六、和七碳糖所需之共同酵素群。
第三部份 (PART III)合，成生命的分子， 集中主題在合成生物巨分子以及他們的組成分子。
. 第24章，論及胺基酸的生化合成，也和前面的章節有關胺基酸的分解連結在一起，討論可在胺基酸上的碳骨架加上或移除胺基的酵素家族。
. 第25章，包括核A酸的合成，其中亦談到以胺基酸當做核A酸生合成的先驅物。在本章一關鍵的演化的重要觀點強調了在這些（生化）路徑中的酵素是屬於同一家族並可催化類似的化學反應。把注意力集中在這些生合成路徑上共通的酵素及反應會幫助學生們瞭解整體的輯而勿需把眾多的反應當做不相關的題材而單靠死記。
. 第27，28和29章，涵蓋了DNA的複製、重組和修補；RNA的合成和剪接；以及蛋白質的合成。原核和真核細胞系在演化上的關聯可透露一些基本的生化步驟如何去適應在較複雜的生物系統中擔任功能。最近核糖體 (ribosome) 構造的闡明給于學生對演化初期可能的RNA世界有所體認，當時的RNA幾乎扮演者所有現今蛋白質在重要代謝路徑上的催化角色。
第四部份 (PART IV)，對環境改變的反應，檢視細胞如何感受和適應改變中的環境。此部份終究檢視感覺系統、免疫系統、分子馬達和細胞骨架。這些章節的開始即表達了信息和反應的步驟如何整合至多細胞個體中可產生強有力的生化糸統用以偵測及反應環境的變化。再次地，蛋白質如何去適應擔當新角色也是討論的重點。

整合化學概念:
(Integrated chemical concepts)
我們試圖整合貫穿全文的化學概念。包括舉例酵素作用的動力機制，蛋白質及其它巨大分子摺疊及組合的熱力學基礎，及常見輔因子的結構和化學反應。這些基本的主題是構成我們瞭解所有生物程序的基礎。我們的目標並不是提供如百科全書般的酵素反應機制例子。取而代之的是選擇以更詳細化學程度的特定主題，可以使學生瞭解化學特色如何協助符合生物學上的需要。
化學的洞察力通常依靠對於生化分子結構的清楚瞭解。我們特別準備大量的立體化學以準確的描述各分子的特殊之處。這些結構可使學生輕易地對分子的外型建立直覺並理解這些外型如何影響它們的反應。

快速更新以包含最近的發現:
(Newly Updated to Include Recent discoveries)
以現代生化令人驚訝的發展速度，在本書第四版發行後有什麼重大的發現並不奇怪。這其中最重要的是人類與其他多種較簡單生物的基因體的定序。本文的演化架構令我們可自然地合併來自於這些歷史性成果的資訊。蛋白質立體結構的測定及巨分子組合也以令人驚異的速度發展中。
. 如先前提到的，在第13章中討論到的易受刺激的膜含蓋了一個離子通道（原核生物的鉀通道）的細部結構及離子幫浦（肌質網的鈣ATPase）。
. 由訊息傳遞路徑範圍產生的強烈刺激被第一個感測結構七次穿膜螺旋受器（視覺蛋白，視紫紅質）所引發-將在第15及32章詳述。
. 測定兩種大型膜蛋白的複合物結構：細胞色素c氧化 (cytochrome c oxidase) 及細胞色素bc1 (cytochrome bc1 ) 相當有助於在第18章中描述氧化磷酸化過程。
. 於第18章提及最近的研究ATP合成 (ATP synthase) 的立體結構，值得注意的是此酵素有一部份在執行催化作用過程中具有可旋轉的特性。
. 核醣體 (ribosome) 結構的測定改變了第29章中蛋白質合成的討論。
. 闡明核小體核心分子（nucleosome core particle，一種巨大的蛋白質-DNA複合物）結構，助益於第31章中述說此為真核基因調節作用的重要步驟。
最後第四部份共三個章節的內容是最近的結構突破。
. 學生可藉由視紫紅質 (rhodopsin) 的結構及先前提及的離子通道瞭解感覺系統的關鍵概念（第32章）。
. 第33章探討的免疫系統，包括近期對T細胞受器 (T-cell receptor) 及其複合物結構的測定。
. 在第34章中論及分子馬達的基礎係由測定球蛋白 (myosin) 與運動素 (kinesin) 的蛋白質結構，最先顯示出其與演化的關係而明朗化。

更好的新式圖例:
(New and Improved Illustrations)
結構與功能的關係一直是生物化學的重要主題。在第五版中藉由廣泛使用分子模型學生可以更清楚這些關係。這些模型在各方面上都比第四版更好。
. 所有的設計與表現都來自於我們其中之一 (JMB) ，利用MOLSCRIPT（譯註：一種立體分子結構繪圖軟體。MolScript: The Official Web Site http://www.avatar.se/molscript/）著重於最重要的結構特徵。作者的原則是使讀者能做到看到圖就可以寫出標題。
. 我們選用緞帶圖作為最有效，最清晰傳達分子結構的方法。所有的分子圖都以一致的形式呈現。因此學生可以容易地比較結構並逐漸熟練詮釋這些分子。重點標示出分子模型中的關鍵特徵。
. 新增許多分子模型，提供附屬分子的結構分析及一些例子，可對同一分子給予多種觀點。
除了分子模型外，第五版提供更多反應路徑與過程的概觀圖並將過程放在它們相關的生物文脈中。

新的教學特色:
(New Pedagogical Features)
第五版附加提供的工具幫助學生學習特定主題。
圖標 (Icons)　圖標用來標示出三種類的工具，使這些主題更易於讓有興趣的學生或教師使用。

神使之杖 (Caduceus)（譯註：希臘神話中Hermes的神杖，現在做為代表醫學）的標誌放在臨床應用的開頭。
樹枝圖標 (Stylized tree icon) 標示主要或僅限於探討生化方面的演化觀點的段落。
滑鼠與手指 (mouse and finger) 指出本文位於網路上的動畫參考文獻 (www.w hfreeman. com/biochem5)。以電子媒體給希望加強瞭解概念的學生使用。

更多的習題
習題的數量增加50%。四大類的問題用以發展特殊的能力。
機制問題　詢問學生對化學機制的聯想或推理。
資料詮釋問題　將整組資料以表或圖的形式呈現。這樣的演練提供學生如何獲得科學上的明確結論的感受。
章節整合問題　需要學生利用不同章節中的資料取得解決方法，這些問題促使學生知道在生物化學中不同的觀點彼此是有關聯性的。
媒體問題　鼓勵及協助學生使用我們網站所提供較為先進之動畫及特別指導。媒體問題可在書中及我們的網站中找到。

新的章節綱要及關鍵詞
在每個章節開始時的綱要給予主要的方向，如同是一個骨架，讓學生藉此可組織整個章節的資料。這個主要方向再次顯示此章節的概略，協助以簡易的觀點組織資訊。一組關鍵詞也幫助學生注重及回顧重要的觀念。

目錄:
第十九章　光合作用的光反應 527
19.0.1 光合作用：概論 528
19.1 光合作用發生在葉綠體 528
19.1.1 光合作用的第一件事是位在類囊體膜 529
19.1.2 葉綠體的演化 529
19.2 葉綠素捕捉光導致電子轉移 530
19.2.1 光合菌及綠色植物的光合作用反應中心具有共同的核心 531
19.2.2 一對特殊的葉綠素啟始電荷分離 532
19.3 在需氧光合作用中兩個光系統產生質子梯度及NADPH 533
19.3.1 光系統Ⅱ從水中轉移電子到質體苯並產生質子梯度 534
19.3.2 細胞色素bf連結光系統Ⅱ到光系統Ⅰ 536
19.3.3 光系統Ⅰ用光能來產生還原態鐵氧化還蛋白，一種強還原劑 537
19.3.4 鐵氧化還原蛋白羑ADP+還原轉變成為NADPH 539
19.4 質子梯度穿過類囊體膜驅動ATP合成 540
19.4.1 葉綠體的ATP合成與粒線體或原核生物相似 540
19.4.2 循環的電子經過光系統Ⅰ致使ATP生成取代NADPH 541
19.4.3 吸收八個光子產生一個分子氧，兩個NADPH及三個ATP分子 542
19.5 附屬色素聚集能量至反應中心 543
19.5.5 共振能量傳遞讓能量從最初的吸收者移到反應中心 543
19.5.2 光擷取複合物包含葉綠素與胡蘿蔔素 544
19.5.3 藻膽蛋白體提供藍綠藻與紅藻分子光導管 545
19.5.4 光合作用的構成是高度有系統的 546
19.5.5 多種除草劑抑制光合作用的光反應 546
19.6 將光轉變為化學能的能力是自古既有的 547

第二十章　Calvin循環和五碳糖磷酸鹽路徑 551
20.1 Calvin循環由二氧化碳和水合成六碳糖 552
20.1.1 二氧化碳與核酮糖1,5-二磷酸鹽反應形成兩分子的3-磷酸甘油酸鹽 553
20.1.2 催化不完全：Rubisco亦可催化無用的氧化反應 555
20.1.3 由磷酸甘油酸鹽製造出六碳糖磷酸，並再產生核酮糖1,5-雙磷酸鹽 556
20.1.4 三分子ATP和兩分子NADPH用於攜帶二氧化碳到一個六碳糖的層級 559
20.1.5 澱粉和蔗糖在植物中為主要的醣類儲存物 559
20.2 Calvin循環活性視環境狀況而定 560
20.2.1 Rubisco被活化於光驅動改變的質子與鎂離子濃度 560
20.2.2 Thioredoxin（硫氧化還原蛋白）在Calvin 循環的調節中扮演重要角色 560
20.2.3 熱帶植物的C4途徑藉由濃縮的二氧化碳來促進光合作用 561
20.2.4 景天酸代謝容許生長於乾燥的生態系 562
20.3 五碳糖磷酸鹽途徑產生NADPH並且合成五碳糖 563
20.3.1 葡萄糖6-磷酸鹽轉變成核酮糖6-磷酸鹽可以產生兩個NADPH 564
20.3.2 五碳糖磷酸鹽途徑和醣解作用是由轉酮和轉醛來連接 564
20.3.3 轉酮和轉醛藉由不同機制去穩定碳陰離子 566
20.4 醣解作用調節著五碳糖磷酸鹽中的葡萄糖六磷酸代謝 568
20.4.1 五碳糖磷酸鹽途徑速率受到NADPH+的控制 568
20.4.2 葡萄糖六磷酸的流程決定於NADPH，核糖五磷酸和ATP的需要量 568
20.4.3 鏡像對稱的關係：Calvin循環與五碳糖磷酸鹽途徑 571
20.5 葡萄糖六磷酸鹽去氫在防護活性氧物種時擔任重要的角色 571
20.5.1 缺乏葡萄糖六磷酸鹽去氫會導致藥物誘發性溶血貧血症 571
20.5.2 葡糖糖6-磷酸鹽去氫缺乏症在某些狀況下會是有益族群演化 572

第二十一章　肝醣代謝 577
21.0.1 肝醣代謝概要 578
21.1 肝醣分解需要一些酵素的相互作用 579
21.1.1 Phosphorylase催化肝醣的磷酸化切割，釋放出葡萄糖-1-磷酸 579
21.1.2 肝醣分解也需要一個去分支酵素 580
21.1.3 磷酸葡萄糖變位將葡萄糖-1-磷酸轉換成葡萄糖-6-磷酸鹽 581
21.1.4 肝臟具有一個肌肉所沒有的水解酵素：葡萄糖6-磷酸 581
21.1.5 哆磷酸鹽參與肝醣的磷酸解切割 582
21.2 磷酸化受到異位性作用及可逆性磷酸化的調控 583
21.2.1 肌肉的磷酸化由細胞內的能量價數調控 583
21.2.2 肝臟磷酸化生產葡萄糖以供其他組織利用 585
21.2.3 磷酸化作用與鈣離子能夠活化磷酸化激 586
21.3 腎上腺素及升糖素表達對肝醣的分解需求 586
21.3.1 G蛋白質傳遞肝醣分解的起始訊號 586
21.3.2 肝醣分解必須能夠迅速地被中止 588
21.3.3 肝醣磷酸化的調控隨著生物進化而變得更加複雜 588
21.4 肝醣經由不同的路徑進行合成與分解 589
21.4.1 尿A二磷酸葡萄糖是葡萄糖的活化型態 589
21.4.2 肝醣合成催化葡萄糖分子由UDP-葡萄糖轉移到一 個合成中的長鏈 589
21.4.3 分枝酵素形成α-1,6鍵結 590
21.4.4 肝醣合成是肝醣合成的關鍵性調節酵素 591
21.4.5 肝醣是一種有效率的葡萄糖儲存型式 591
21.5 肝醣分解與合成受到相互的調控 592
21.5.1 蛋白質磷酸1逆轉了激在調控肝醣代謝中的影響 592
21.5.2 胰島素可藉由活化蛋白質磷酸1刺激肝醣的合成 593
21.5.3 肝臟中的肝醣代謝能調控血糖的濃度 594
21.5.4 從生化角度了解葡萄糖儲存性疾病是可能的 595

第二十二章　脂肪酸代謝 601
22.0.1 脂肪酸代謝概述 601
22.1 三酸甘油是高度集中的能量儲存單位 603
22.1.1 飲食中的脂肪是由胰臟脂肪所消化 603
22.1.2 飲食中的脂肪在乳糜微粒中運輸 604
22.2 利用脂肪酸當作燃料需要三個階段的反應 605
22.2.1 三酸甘油酯被由環化腺磷酸 (cAMP) 調控的脂肪水解 605
22.2.2 脂肪酸在被氧化前要先與輔A結合 606
22.2.3 肉鹼攜帶被活化的長鏈脂肪酸進入粒線體的基質 607
22.2.4 乙醯輔A、NADH、以及FADH2在每一輪的脂肪酸代謝皆會被產生 607
22.2.5 一個棕櫚酸完全氧化可以產生106個分子的ATP 609
22.3 一些脂肪酸在分解時需要更多的步驟才能完成 610
22.3.1 氧化非飽合脂肪酸需要一個異構和一個還原 610
22.3.2 奇數鏈脂肪酸在最後的硫解反應會產生丙醯輔A 611
22.3.3 丙醯輔A經由一個需要維生素B12的反應而轉換成琥珀醯基輔A 611
22.3.4 脂肪酸也可在過氧酵素小體中氧化 614
22.3.5 當脂肪大量分解時則酮體自乙醯輔A產生 615
22.3.6 在某些組織丙酮是主要的燃料來源 616
22.3.7 動物無法將脂肪酸轉換成葡萄糖 617
22.4 脂肪酸可由不同的途徑來合成及分解 617
22.4.1 丙二醯輔A的形成是脂肪酸合成反應中的決定步驟 617
22.4.2 脂肪酸合成的中介物質與一個醯基攜帶蛋白結合 618
22.4.3 脂肪酸合成作用的延長反應循環 618
22.4.4 真核細胞諸的脂肪酸是由一個多功能酵素複合物催化合成 620
22.4.5 醯基攜帶蛋白可彎曲的磷酸泛醯巰基乙胺攜帶受質由一個活性部位到另一個部位 621
22.4.6　脂肪酸合成反應的反應式 622
22.4.7 檸檬酸將乙醯根自粒線體攜帶到細胞質中進行脂肪酸合成反應 622
22.4.8 脂肪酸合成反應的NADPH來源 623
22.4.9 脂肪酸合成抑制劑可能是有用的藥物 623
22.4.10 主題的變化：聚乙醯及其衍生物以及非核糖體胜H合成類似脂肪酸合成 624
22.5 乙醯輔A酸脫羧在控制脂肪酸代謝上扮演重要的角色 624
22.6 脂肪酸的延長與去飽和化都需要額外的酵素來達成 626
22.6.1 膜上的酵素產生非飽合脂肪酸 626
22.6.2 Eicosanoid 荷爾蒙是由多非飽和脂肪酸衍生而來的 627

第二十三章　蛋白質轉換及胺基酸異化作用 633
23.1 蛋白質裂解為胺基酸 634
23.1.1 膳食中蛋白質的消化與吸收 634
23.1.2 細胞中蛋白質被以不同速率降解 634
23.2 蛋白質轉換被嚴密的調控 635
23.2.1 泛素標記受破壞的蛋白質 635
23.2.2 蛋白體分解被泛素標記的蛋白質 636
23.2.3 蛋白質的降解可用以調控生物功能 638
23.2.4 原核細胞具有似泛素的作用途徑及蛋白體的物質 638
23.3 胺基酸降解的第一步為移除氮 639
23.3.1 麩胺酸氧化脫胺作用將α-胺基轉換為銨離子 639
23.3.2 輔脫羧（哆磷酸鹽）在轉胺中內形成希夫鹼的中間物質 640
23.3.3 天冬胺轉胺是哆依賴型酵素中的一個大且多用途家族的一員 642
23.3.4 絲胺酸與蘇胺酸可直接脫去胺基 643
23.3.5 週邊組織運送氮前往肝臟 643
23.4 大部分陸棲脊椎動物將氨離子轉變成尿素而排出 644
23.4.1 尿素循環開始於胺基甲醯磷酸的形成 645
23.4.2 尿素循環和檸檬酸循環是相聯結的 646
23.4.3 尿素循環的演化 646
23.4.4 有關尿素循環的遺傳缺陷會造成高血氨症，並導致腦部受損 647
23.4.5 尿素不是僅意指處理過量的氮 648
23.5 胺基酸降解所得到的碳原子會在主要的代謝中間產物中出現 649
23.5.1 丙酮酸是一個進入代謝之處 650
23.5.2 草醋酸是一個進入代謝之處 650
23.5.3 α-酮戊二酸是一個進入代謝之處 651
23.5.4 琥珀醯輔A是幾種非極性胺基酸進入代謝之處 652
23.5.5 甲硫胺酸降解需要一個重要甲基提供者S-腺A甲硫胺酸的形成 652
23.5.6 支鏈胺基酸產乙醯輔A、乙醯乙酸或丙醯輔A 652
23.5.7 芳香族胺基酸的降解作用需要氧化 654
23.6 代謝上的先天性錯誤會中斷胺基酸的降解作用 655

第三篇　合成生命的分子
第二十四章　胺基酸的生物合成 665
24.0.1 胺基酸合成的概觀 666
24.1 氮的固定：微生物利用腺A三磷酸和強還原劑把大氣中的氮還原成氨 666
24.1.1 固氮的鐵－鉬輔助因子會與大氣中的氮結合並使之還原 667
24.1.2 胺離子經麩胺酸與麩胺醯胺酸而同化成胺基酸 668
24.2 胺基酸是由檸檬酸循環和其他主要途徑的中間產物合成 670
24.2.1 人類可製造某些胺基酸，但其他的必須從食物中獲得 671
24.2.2 決定所有胺基酸手性的共同步驟 671
24.2.3 天冬醯胺從天冬胺酸合成天冬醯胺需要一個腺A酸中間產物 673
24.2.4 麩胺酸是麩胺醯胺酸，脯胺酸和精氨酸的先驅物 673
24.2.5 絲胺酸，半胱胺酸和甘胺酸是由3－磷酸甘油酯所合成 674
24.2.6 四氫葉酸鹽攜帶處於數種不同氧化程度的活化態－碳單位 674
24.2.7 硫－腺A甲硫胺酸是甲基的主要提供者 676
24.2.8 半胱胺酸是由絲胺酸和高半胱胺酸所合成的 678
24.2.9 高標準的高半胱胺酸與血管疾病有關 678
24.2.10 莽草酸鹽和分支酸鹽是芳香族胺基酸合成作用的中間產物 678
24.2.11 色胺酸合成說明了酵素催化過程中受質的管道運輸 681
24.3 胺基酸的生物合成被回饋抑制作用所調控 681
24.3.1 分歧的途徑需要精密的調控 682
24.3.2 麩胺醯胺酸合成的活性受到酵素的級聯作用的調節 684
24.4 胺基酸是許多生物分子的前導物質 685
24.4.1 麩胱甘H，一種γ－麩胺醯A類，可作硫氫根緩衝劑和抗氧化使用 686
24.4.2 一氧化氮，由精胺酸所形成的短命信號分子 686
24.4.3 哺乳動物的紫質是由甘胺酸和琥珀醯基輔A所合成 687
24.4.4 在某些紫質代謝的遺傳疾病中，紫質會累積 688

第二十五章　核A酸的生化合成 693
25.0.1 核A酸的生化合成與命名之概論 694
25.1 在新生合成過程中，嘧啶環是由二氧化碳，天冬胺酸與麩胺醯胺酸所組成 694
25.1.1 重碳酸鹽與氧化的碳化合物經由磷酸化而活化 695
25.1.2 麩胺醯胺酸之側鏈可經水解生成氨 695
25.1.3 中間產物可藉由通道在活化區間輸送 696
25.1.4 乳清酸鹽需要一個由PRPP來的核糖環來形成嘧啶核A酸再被變成尿嘧啶核A酸鹽 696
25.1.5 核A單、雙與三磷酸是可互相轉換的 697
25.1.6 CTP是由UTP胺化而形成的 697
25.2 嘌呤鹼基可藉由回收路徑重新合成或再回收使用 698
25.2.1 回收路徑節約了細胞外的能量支出 698
25.2.2 嘌呤環系統被組合在磷酸核糖上 698
25.2.3 嘌呤環是由取代反應後的有效活化步驟組合而成 699
25.2.4 AMP和GMP是由IMP形成的 701
25.3 去氧核糖核酸可經由一自由基機制中，核糖核酸的還原進而合成 702
25.3.1 去氧胸腺核A酸是由去氧核A酸加甲基而形成的 704
25.3.2 二氫葉酸還原催化一個單碳攜帶者：四氫葉酸的再生 705
25.3.3 數種有價值的抗癌藥物會阻止去氧胸腺核A酸之合成 705
25.4 核A酸生化合成的關鍵步驟由抑制回饋所調控 707
25.5 NAD+，FAD與輔酵素均由ATP所形成 708
25.6 核酸代謝的中斷會致病理狀況 709
25.6.1 嘌呤在人體內降解成尿酸鹽 709
25.6.2 Lesch-Nyhan症候群是回收途徑之酵素產生突變的結果 710

第二十六章　細胞膜上脂質與類固醇的生合成 715
26.1 磷脂醯鹽是磷脂和三酸甘油酯合成中的共同中間物 716
26.1.1 合成磷脂需要一個活化的中間產物 716
26.1.2 縮醛磷脂以及其他的醚磷脂是由雙羥丙酮磷酸鹽所合成的 718
26.1.3 神經鞘脂質從神經醯胺被合成 720
26.1.4 神經節A脂類是含酸性糖的，富含碳水化合物的神經鞘脂質 721
26.1.5 神經鞘脂質導致脂質結構和功能的多樣性 721
26.1.6 呼吸痛苦的症狀和黑朦病導因於脂肪代謝的失常 721
26.2 膽固醇是由乙醯輔A經三階段所合成 722
26.2.1 合成甲纈胺酸鹽，就像異戊醯基焦磷酸鹽一樣被活化，會開始合成膽固醇 723
26.2.2 鯊烯 (C30) 從六個碳的異戊烯焦磷酸鹽 (C5) 合成 725
26.2.3 鯊烯環化以形成膽固醇 725
26.3 膽固醇的生合成受到許多階段的調控 726
26.3.1 脂蛋白負責各器官膽固醇及三酸甘油脂的運輸 727
26.3.2 某些脂蛋白在血中的多寡程度可提供用以臨床診斷 728
26.3.3 低密度脂蛋白在膽固醇代謝中扮演主要的角色 728
26.3.4 LDL受器是一個穿膜蛋白質，有五個不同的功能區 730
26.3.5 缺乏LDL受器會導致高膽固醇血症和動脈硬化 730
26.3.6 膽固醇的臨床計算可以在生化階層被了解 731
26.4 膽固醇的重要衍生物包括膽鹽及類固醇激素 731
26.4.1 類固醇激素的命名 733
26.4.2 細胞色素P450單氧化利用NADPH及O2將類固醇水解 734
26.4.3 細胞色素P450系統廣泛存在且表現出一個保護的 735
26.4.4 孕烯醇酮是許多類固醇的前驅物質，從膽固醇側鏈斷裂而形成的 735
26.4.5 從孕烯醇酮合成黃體激素 735
26.4.6 雄性素和雌性素從孕烯醇酮合成 736
26.4.7 維生素D乃由膽固醇經光的裂環作用所衍生而來的 737
26.4.8 異戊烯焦磷酸鹽是很多生物分子的前驅物 738

第二十七章　DNA複製、重組與修復 745
27.1 DNA可以顯示出不同的結構形式 746
27.1.1 A型DNA具有與較常見的B型DNA不同性質之雙股螺旋 747
27.1.2 大溝與小溝藉由序列特異性的氫鍵群連接而成 748
27.1.3 DNA的單一結晶研究結果顯示DNA結構的區域性差異 748
27.1.4 Z型DNA是左旋雙螺旋，其磷酸骨架為曲折狀 749
27.2 DNA聚合需要一個模板和引子 750
27.2.1 所有的DNA聚合都有共同的結構性特徵 750
27.2.2 兩個鍵結的金屬離子參與了聚合反應 751
27.2.3 複製的特異性是由鹼基間的氫鍵及形狀的互補性限定 751
27.2.4 許多聚合會校正新加上的鹼基並切除錯誤 752
27.2.5 DNA股的分離需要特殊的解旋及ATP水解 753
27.3 雙股DNA可以纏繞自己形成超螺旋結構 754
27.3.1 DNA連接數，一種拓樸學性質，決定超螺旋的程度 754
27.3.2 螺旋性扭轉與超螺旋性纏繞藉由連接數彼此相關 755
27.3.3 第一型拓樸異構放鬆超螺旋結構 756
27.3.4 第二型拓樸異構可以藉伴隨著ATP水解引發負超螺旋 757
27.4 雙股DNA複製自特異起始位置迅速進行 759
27.4.1 由引導RNA合成合成RNA引子能使DNA的合成可以啟動 760
27.4.2 DNA的一股為連續性合成，同時另一股以片段式合成 760
27.4.3 DNA接合連接DNA末端的雙股區域 761
27.4.4 DNA複製需要高度演進的聚合 762
27.4.5 前導股及遲緩股以協同方式合成 763
27.4.6 真核生物的DNA合成較原核生物複雜 764
27.4.7 端粒是線狀染色體末端的獨特結構 765
27.4.8 端粒由端粒複製，它是一種特化的聚合，可以攜帶自己的RNA模板 765
27.5 具相似序列的雙股DNA分子有時會重組 766
27.5.1 重組反應是藉由何氏接合點所媒介進行 766
27.5.2 重組與拓樸異構在演化上具有相關性 768
27.6 突變包括DNA鹼基序列的改變 768
27.6.1 某些化學突變劑是非常特異的 769
27.6.2 紫外線產生嘧啶雙體 770
27.6.3 不同的DNA修復路徑可供利用 770
27.6.4 DNA中代替尿嘧啶的胸嘧啶存在容許去胺化的胞嘧啶的修復 771
27.6.5 許多癌症是因DNA的修復缺失造成 772
27.6.6 某些遺傳疾病是由三個核A酸重複序列的擴張造成 773
27.6.7 許多潛在的致癌劑可藉由它們對細菌的致突變加以偵 773

第二十八章　RNA合成與剪接 781
28.0.1 RNA合成的概觀 782
28.1 轉錄作用由RNA聚合所催化 783
28.1.1 轉錄作用開始於DNA模板的啟動位置 784
28.1.2 RNA聚合的sigma次單位會辨認啟動子位置 785
28.1.3 RNA 聚合必須鬆開模板雙螺旋使轉錄可以進行 786
28.1.4 RNA股從頭形成並以5’→3’方向成長 786
28.1.5 延長作用發生在沿著DNA模板移動的轉錄泡內 787
28.1.6 具有數個尿嘧啶的RNA髮夾結構 (hairpin) 終結了某些基因的轉錄作用 788
28.1.7 Rho蛋白幫助終結某些基因的轉錄作用 789
28.1.8 Transfer RNA及ribosomal RNA的前驅物在轉錄後會被切除與化學修飾 790
28.1.9 轉錄作用的抗生素抑制劑 791
28.2 真核生物的轉錄作用與轉譯作用在空間與時間上是分開的 792
28.2.1 真核細胞的RNA由三種RNA聚合合成 793
28.2.2 順式與反式作用因子：轉錄作用的鎖與鑰匙 794
28.2.3 多數對RNA polymerase II的啟動子包含一個靠近轉錄開始位置的TATA box 794
28.2.4 TATA-box-binding protein起始了活性轉錄複合物的組合 795
28.2.5 多重轉錄因子與真核啟動子交互作用 796
28.2.6 離起始位置數千鹼基遠的增強子序列可以刺激轉錄 797
28.3 所有三種真核聚合的轉錄產物都會被加工 797
28.3.1 Pre-mRNA轉錄物的末端需要一個5’帽蓋及3’poly (A) 尾巴 798
28.3.2 RNA編輯改變了由mRNA編碼的蛋白質 798
28.3.3 mRNA前驅物上的剪接位置是由插入序列末端的序列特化而成 799
28.3.4 剪接由兩個轉酯作用反應組成 800
28.3.5 剪接體中的小核RNA催化mRNA前驅物的剪接 801
28.3.6 某些pre-mRNA分子可以用任選一的方式剪接而產生不同的mRNAs 803
28.4 具催化性RNA的發現在機制與演化上顯示出來 804

第二十九章　蛋白質合成 813
29.1 蛋白質合成需要將核A酸序列轉譯到胺基酸序列 814
29.1.1 長蛋白質的合成要求低錯誤率 814
29.1.2 轉移RNA分子具有共同的設計 815
29.1.3 活化的胺基酸和tRNA的反密碼子位在L形分子的相反端 817
29.2 胺醯轉移RNA合成讀取遺傳密碼 817
29.2.1 胺基酸首先經由adenylation活化 818
29.2.2 胺醯-tRNA合成具有高度鑑別力的胺基酸活化位置 819
29.2.3 透過Aminoaxyl-tRNA合成的校正可以增加蛋白質合成的忠實性 820
29.2.4 合成辨認轉移RNA分子的反密碼子環和受體源 820
29.2.5 Aminoacyl-tRNA Synthetase可以分為兩類 822
29.3 核糖體是一個核糖核酸蛋白粒子 (70S)，由一 個小的 (30S) 及一個大的 (50S) 單元體構成 823
29.3.1 核糖體RNAs（5S，16S，及23S rRNA）在蛋白質合成中扮演中心角色 824
29.3.2 蛋白質以胺基到羧基方向合成 826
29.3.3 信使RNA以5’到3’方向轉譯 826
29.3.4 藉數個鹼基與16S rRNA配對，起始訊號是AUG（或GUG） 827
29.3.5 細菌蛋白合成由formylmethionyl transfer RNA起始 828
29.3.6 核糖體有三個tRNA－鍵結位置可以橋接30S與50S單元體 828
29.3.7 成長的聚胜H鏈在胜H鍵形成作用的tRNA間轉移 829
29.3.8 只有密碼子－反密碼子的互動決定要被併入的氨基酸 831
29.3.9 某些轉移RNA分子辨認超過一個密碼子，因為在鹼基配對中搖晃 832
29.4 蛋白因子在蛋白合成中扮演關鍵角色 833
29.4.1 當70S起始複合物形成時，formylmethionyl-tRNAf被放在核糖體的P Site 833
29.4.2 延長因子遞送aminoacyl-tRNA到核糖體 834
29.4.3 胜H鍵形成發生在GTP-驅動的tRNA與mRNA易位之後 834
29.4.4 蛋白合成由讀取終止密碼子的釋放因子所終止 835
29.5 真核的蛋白合成與原核的蛋白合成不同，主要差異在轉譯的起始作用 837
29.5.1 許多抗生素作用抑制蛋白合成 838
29.5.2 白喉毒素藉由抑制易位阻斷真核細胞中的蛋白合成 839

第三十章　代謝作用之整合 845
30.1 代謝作用由高度互相聯絡之途徑所構成 845
30.1.1 在代謝之調節作用中一再出現的作用模式 846
30.1.2 主要的代謝途徑與控制部位 847
30.1.3 關鍵性的交叉點葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸鹽，以及乙醯輔A 849
30.2 每個器官有其獨特的代謝模式 851
30.3 食物的攝取和飢餓狀態會導致代謝作用的改變 854
30.3.1 在長期飢餓時，代謝上的適應會將蛋白質的降解減到最小 856
30.3.2 由於相對之下胰島素不足以及升糖素過多，而造成糖尿病患代謝作用的混亂 858
30.3.3 熱量恆定：一種調節體重的方式 859
30.4 運動時的燃料選擇是依據活動時的強度及耐久度來決定 860
30.5 酒精會改變肝臟中能量的代謝作用 861

第三十一章　基因表現的調控 867
31.1 原核生物的DNA結合蛋白質能專一性地結合至操縱組的調節位置上 868
31.1.1 操縱組包含調節物質與蛋白質－密碼基因 869
31.1.2 lac操作基因具有對稱的鹼基序列 870
31.1.3 lac抑制子蛋白質在缺乏乳糖的情況下會結合到操作子上並阻止轉錄之進行 870
31.1.4 配位子的結合會導致調節蛋白質結構上的改變 871
31.1.5 操作組是原核生物中常見的調節單元 872
31.1.6 轉錄作用能被與RNA聚合接觸的蛋白質所激發 873
31.1.7 螺旋陔閛螺旋模組常見於許多原核生物的DNA迮畢X蛋白 873
31.2 高度複雜的真核生物基因體需要精密的基因調節機制 874
31.2.1 核體是DNA與組蛋白的複合體 875
31.2.2 真核生物的DNA纏繞於組蛋白而形成核體 876
31.2.3 基因表達的調控需要染色質的重造 877
31.2.4 增強子藉由擾動染色質結構的方式刺激轉錄作用 878
31.2.5 DNA的修飾作用會改變基因表現的型式 878
31.3 轉錄作用的活化與抑制是藉由蛋白質－蛋白質交互作用而達成 879
31.3.1 類固醇和相關的厭水性分子能穿透細胞膜並結合到DNA－結合受體上 879
31.3.2 核荷爾蒙受體藉由引進輔活化子和輔抑制子結合至轉錄複合體而調控轉錄作用 881
31.3.3 類固醇荷爾蒙受體是某些藥物的標的 883
31.3.4 染色質的結構是籍由組蛋白尾端的共價修飾作用而被調節 884
31.3.5 組蛋白去乙醯化會抑制轉錄作用 885
31.3.6 配位子結合至細胞膜上的受體，藉由瀑布式磷酸化作用調節轉錄作用 886
31.3.7 染色質的結構有效地減少基因組大小 887
31.4 基因表現可被控制於轉錄後階層 887
31.4.1 衰減作用是原核生物藉由調控早期RNA的二級結構來調節轉錄作用的一種機制 887
31.4.2 動物中與鐵代謝有關的基因是受調控於轉譯階層 888

第四篇　對環境變動的反應
第三十二章　感覺系統 897
32.1 嗅覺所感測到的多種有機化合物 898
32.1.1 有一個巨大的穿膜七次的螺旋受器家族來媒介嗅覺的產生 899
32.1.1 利用一個組合機制來解讀氣味分子 901
32.1.3 功能核磁共振影像揭示出整合感覺訊息的腦區 902
32.2 味覺是一種透過不同機制作用所得的感覺總和 903
32.2.1 人類基因庫定序發現了7TM苦味受器的大家族 904
32.2.2 與甜味化合物反應的7TM受器家族 906
32.2.3 鹹味的感測基本上是靠鈉離子經過通道而得 906
32.2.4 酸味來自氫離子（酸性物質）對通道的影響 906
32.2.5 鮮味是對麩胺酸的味覺，由特化型的麩胺酸受器所感測 907
32.3 眼睛中的光受器分子感測可見光 907
32.3.1 視紫質為特化的七透膜受器會吸收可見光 908
32.3.2 光線的吸收引發鍵結的11－順式－視黃醛發生特殊的異構化 909
32.3.3 光線所引起的鈣離子含量下降可協調恢復 910
32.3.4 三個與視紫質同源的圓錐受器可媒介彩色視覺的產生 911
32.3.5 綠色及紅色色素基因發生重新排列而導致“色盲” 912
32.4 聽覺的形成有賴於對機械性刺激的快速感測 913
32.4.1 毛細胞利用連接成束的硬纖毛來感測細微的動作 913
32.4.2 在果蠅及細菌中的機械感覺通道已被確認 914
32.5 觸覺包括對壓力、溫度及其他因子的感覺 915
32.5.1 辣椒素是在“熱的”胡椒中的活躍成分，對其研究顯示有一種受器負責感覺高溫及其他疼痛的刺激 915
32.5.2 敏銳的感覺系統感測到其他的環境因子，例如地球磁場 917

第三十三章　免疫系統 921
33.0.1 免疫系統適應是利用演化的原則 921
33.1 抗體具有個別的抗原結合及受動器單位 922
33.2 免疫球蛋白的摺疊包括具有高度變異環的β摺板形成的三明治架構 926
33.3 抗體透過高度變異環與特異性的分子結合 927
33.3.1 X光的分析顯示抗體如何與抗原結合 927
33.3.2 大抗原經由多種交互作用與抗體結合 929
33.4 多樣性乃藉由基因重組產生 929
33.4.1 J（連結）基因和D（多樣性）基因增加抗體的多樣性 930
33.4.2 藉由組合式的聯合和自體突變形成超過108種抗體 931
33.4.3 抗體的寡聚作用表現在不成熟B細胞表面引發抗體分泌 932
33.4.4 VH基因的跳躍形成了不同種類的抗體 933
33.5 主要組織相容複合體蛋白在細胞表面呈獻胜H抗原以供T細胞受器辨識 934
33.5.1 由MHC蛋白質呈獻的胜H佔據了一個被α螺旋側面夾著的深溝 935
33.5.2 T細胞受器是一種像抗體的蛋白質，由變化區和恆定區所組成 937
33.5.3 毒殺型T細胞上的CD8和T細胞受器進行作用 937
33.5.4 輔助型T細胞刺激表現外來胜H的細胞與第二類MHC蛋白質結合 939
33.5.5 輔助型T細胞依賴T細胞受器和CD4以辨識位於抗原呈獻細胞上的外來胜H 940
33.5.6 MHC蛋白質具有高度的變異性 941
33.5.7 人類免疫力缺陷病毒藉著破壞輔助型T細胞以摧毀免疫系統 942
33.6 對抗自體抗原的免疫反應會被抑制 943
33.6.1 T細胞受胸腺的正向和負向選擇作用所支配 943
33.6.2 自體免疫疾病來自於對抗自體抗原而產生的免疫反應 944
33.6.3 免疫系統在癌症預防中扮演重要角色 945

第三十四章　分子馬達 951
34.1 大部分的分子馬達蛋白質是P環NTPase 超大家族的一員 952
34.1.1 馬達蛋白質包含一個ATPase核心和一個延伸的結構 952
34.1.2 ATP的結合與水解引發馬達蛋白結構與親合力改變 954
34.2 肌凝蛋白沿著肌動蛋白纖維移動 956
34.2.1 肌肉組織是肌凝蛋白、肌動蛋白的複合物 957
34.2.2 肌動蛋白為極性、自我組裝的動態聚合物 958
34.2.3 直接觀察一個馬達分子蛋白的移動 960
32.2.4 磷酸根的釋放可誘導肌凝蛋白強而有力的擊動 960
34.2.5 槓桿手臂的長度決定馬達速度 962
34.3 傳動素及動力蛋白沿著微管移動 962
34.3.1 微管是中空的圓柱聚合體 963
34.3.2 傳動素的移動是高度的演化 964
34.3.3 小結構的變化可以扭轉運動的極性 966
34.4 一個旋轉馬達控制著細菌的移動 967
34.4.1 細菌藉著旋轉它們的鞭毛來游動 967
34.4.2 質子流驅動細菌的鞭毛讓其得以開始旋轉 968
34.4.3 細菌的趨化性依靠著鞭毛游動方向的逆轉 969

附錄 (Appendixes) A1
辭彙 (Glossary of Compounds) B1
問題解答 (Answers to Problems) C1
索引 (Index) D1