Stryers 生物化學(1) (Stryers Biochemistry 5/e)

2041-001C1/9789861261126

ISBN
9789861261126
作者/出版社
*魏正舒 / 合記
出版年代/版次
2004/2

定價NT$ 1,150
NT$ 1,035
數量

頁數:526    裝訂:精裝  開數:16K  印刷:彩色

教學光碟 僅提供採用本書為教科書之授課老師

圖:634
表:47

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:
第一篇 生命的分子設計
第一章 序章:生物化學與基因革命 3
1.1 DNA說明型態與功能間的關係 4
1.1.1 DNA由四種建構單元組成 4
1.1.2 兩條單股DNA結合成雙螺旋 5
1.1.3 RNA是基因資訊流的中間物 6
1.1.4 蛋白質,由核酸編碼,執行多數細胞功能 6
1.2 生物化學統一於生物多樣性 7
1.3 生物化學中的化學鍵 8
1.3.1 生物分子的可逆交互作用由三種非共價鍵調節 9
1.3.2 水的特性影響生物分子的鍵結能力 10
1.3.3 熵與熱力學定律 11
1.3.4 蛋白質的摺疊可由自由能改變的限制來瞭解 14
1.4 生物化學與人類生物學 15
第二章 生化演化史 19
2.1 生命系統中使用的關鍵有機分子 20
2.1.1 多種組合的生化大分子可由簡單的始生代反應生成 20
2.1.2 部份關鍵生物分子的起源充滿不確定性 21
2.2 演化需要複殖、變異與選殖過程 21
2.2.1 在試管中重演了演化 22
2.2.2 RNA的催化劑角色 23
2.2.3 胺基酸與其聚合物之生物合成及催化的能力 23
2.2.4 以RNA為模板的多H合成連接了RNA與蛋白質兩世界 24
2.2.5 基因碼闡明演化的機制 25
2.2.6 傳遞RNA (tRNAs) 說明了基因重複引起的演化 26
2.2.7 DNA是穩定的遺傳資訊紀錄形式 26
2.3 能量轉移是支持生命系統所必須的 28
2.3.1 ATP,生化能量的通用貨幣,可從有機分子的分解中產生 28
2.3.2 核酸包在膜內形成細胞 29
2.3.3 區隔是發展出離子幫浦所必須的 30
2.3.4 質子梯度可被用來驅動ATP生成 31
2.3.5 氧分子,經由光合作用的某些步驟而產生的毒物,可作為新陳代謝的用途 32
2.4 細胞會對應所在環境的改變 33
2.4.1 絲狀結構與分子馬達能使細胞內部運輸或細胞運動 34
2.4.2 有些細胞可聚合成群體並有特化的功能 35
2.4.3 發展成多細胞生命體需要細胞猶如交響樂演奏般的分化 36
2.4.4 生化的一致性使人類生物學可藉由研究其他物種來有效地探索 37
第三章 蛋白質功能與結構 41
3.1 蛋白質由20種胺基酸所建構 43
3.2 一級結構:胺基酸是藉由胜H鍵形成胜H鏈 51
3.2.1 蛋白質具有特定的胺基酸序列係來自特定的基因 53
3.2.2 胜H鏈是具有可塑性但其結構亦受到限制 54
3.3 二級結構:胜H鏈可以摺疊成規律的結構如α螺旋、β摺板、轉彎和圈環 56
3.3.1 α螺旋是纏繞的結構經由內部氫鍵作用而穩定 56
3.3.2 β摺板的穩定是藉由胜H鏈之間的氫鍵作用力 58
3.3.3 胜H鍵可以藉由反轉和圈環改變方向 60
3.4 三級結構:水溶性蛋白質會摺疊成有非極性核心的緊密結構 61
3.5 四級結構:胜H鏈可以組合成多單位的結構 63
3.6 蛋白質序列可以決定其立體結構 64
3.6.1 胺基酸對於形成α螺旋、β摺板,和β轉彎有不同的傾向 66
3.6.2 蛋白質摺疊是一個高度協力合作的過程 68
3.6.3 蛋白質摺疊是透過中間物的進行穩定而非隨機搜尋 68
3.6.4 透過序列預測三維立體結構仍是一大挑戰 69
3.6.5 蛋白質的修飾和切割作用產生新功能 69
第四章 探索蛋白質 77
4.0.1 蛋白質體是基因組功能性代表 78
4.1 瞭解蛋白質功能時純化蛋白質為第一步驟 78
4.1.1 分析:我們如何識別蛋白質是否為我們所尋找的? 78
4.1.2 純化蛋白質時蛋白質必須從細胞中釋放出來 79
4.1.3 蛋白質純化可依據溶解度、大小、電荷與鍵結親合力 80
4.1.4 蛋白質可以用凝膠電泳法分離並且展示開來 83
4.1.5 純化一個蛋白質的設計可用定量來檢視 86
4.1.6 超速離心對於分離生物分子及決定它們的質量是很有價值的 87
4.1.7 蛋白質的質量可以由電子掃描質量光譜分析精確的決定 89
4.2 胺基酸序列可用自動化Edman降解法來決定 91
4.2.1 蛋白質可以被穩定地切割成小胜H以加速分析 94
4.2.2 胺基酸序列提供了許多種之洞察力 96
4.2.3 重組DNA技術已經大舉革新蛋白質的定序 97
4.3 免疫學提供了重要技術來研究蛋白質 98
4.3.1 研究蛋白質時免疫學提供重要的技術 98
4.3.2 單株抗體具有任何所需的專一性皆可以快速的準備 100
4.3.3 蛋白質利用標記免疫吸附測定法可以測定及定量 101
4.3.4 西方轉漬法可以測定膠電泳所分離的蛋白質 103
4.3.5 螢光標記使細胞中的蛋白質可見 103
4.4 胜H可以藉自動固態方法來合成 104
4.5 蛋白質三度空間結構可用核磁共振光譜儀和X-射線結晶儀揭露 107
4.5.1 核磁共振光譜學可以揭示溶液中蛋白質的結構 107
4.5.2 X射線結晶學揭露了原子層面的三度空間結構 110
第五章 DNA, RNA以及遺傳訊息的傳遞 117
5.1 核A酸由四種鹼基鍵結著五碳糖-含氮鹼基骨架所組成 118
5.1.1 RNA和DNA 的不同在於糖的組成和一個鹼基 118
5.1.2 核A酸是核A酸的單體單位 120
5.2 核酸鍵的互補序列配對可以形成雙股螺旋結構 121
5.2.1 氫鍵和疏水性交互作用力穩定了雙股螺旋的結構 121
5.2.2 雙股螺旋協助正確地傳遞遺傳訊息 123
5.2.3 雙股螺旋的分解是具可逆性的 124
5.2.4 有些DNA是環形和超螺旋 125
5.2.5 單股核酸採取精密的結構 126
5.3 DNA經由DNA聚合取得模版上的指示而進行複製 127
5.3.1 DNA 聚合催化磷酸二脂鍵的形成 127
5.3.2 部分病毒的基因是由RNA所構成的 128
5.4 基因的表達是將DNA的訊息轉換成有功能的分子 129
5.4.1 數種RNA在基因的表現扮演關鍵性的角色 129
5.4.2 細胞所有中的RNA都是由RNA聚合所合成的 130
5.4.3 RNA聚合由DNA模版取得指示 131
5.4.4 轉錄始於啟動子部位而止於終結子部位 131
5.4.5 轉移RNA在蛋白質合成中扮演轉換器的角色 132
5.5 胺基酸是由三個鹼基為一組所編碼而成的,且由一個固定點開始編碼 133
5.5.1 遺傳密碼的主要特色 134
5.5.2 信使RNA上具有蛋白質合成之起始與終止訊號 135
5.5.3 遺傳密碼幾乎是萬物共通的 135
5.6 大多數真核生物的基因是由插入序列和表現序列鑲嵌而成 136
5.6.1 RNA的進程產生成熟的RNA 137
5.6.2 許多表現序列帶有合成蛋白質功能區域的密碼 137
第六章 探索基因的奧秘 143
6.1 基因探索的基本工具 144
6.1.1 限制將DNA切割成特定的片段 144
6.1.2 限制切割出的片段可經由凝膠電泳分離及呈現 145
6.1.3 DNA的定序通常是使用控制複製中止的方法 146
6.1.4 利用自動化固相法可合成DNA探針與基因 148
6.1.5 聚合連鎖反應將選定的DNA序列大幅地增加 149
6.1.6 PCR對於醫學診斷、檢驗犯罪案件及分子的演化來說都是一項強而有力的技術 151
6.2 重組DNA技術已於生物界各方面掀起了一場革命 151
6.2.1 限制和DNA連接是形成重組DNA分子的關鍵工具 152
6.2.2 在細菌中做DNA純株化時,選擇質體和λ噬菌體作為載體 153
6.2.3 經由切割基因組DNA可以純株化出特定的基因 155
6.2.4 染色體移位的方法可以有效率地分析較長的DNA片段 156
6.3 真核生物基因的操作 157
6.3.1 從mRNA製備而來的互補DNA (cDNA) 可以在宿主細胞中被表現出來 157
6.3.2 基因的表現量可以廣泛地被檢測 159
6.3.3 送入真核細胞的新基因可以被有效地表現 160
6.3.4 轉殖基因動物含有並且表現那些導入它們生殖細胞的基因 161
6.3.5 基因的破壞提供了探討基因功能的線索 162
6.3.6 利用會誘發腫瘤的質體將新的基因送入植物細胞中 163
6.4 以特定點突變製造出新的蛋白質 164
6.4.1 經由直接改變DNA可以使蛋白質擁有新功能 164
6.4.2 重組DNA技術已開啟新的視野 165
第七章 探索演化的奧秘 171
7.1 同源生物是同一個祖先的後代 173
7.2 序列比對的統計分析可以偵測其同源性 173
7.2.1 藉由序列的移動比對可以評估統計上的重要性 175
7.2.2 代數距陣可用以檢定久遠的演化關係 177
7.2.3 資料庫可用以尋找確定同源性的序列 178
7.3 研究立體結構可加強對演化關係的瞭解 179
7.3.1 三級結構比一級結構更具保留性 179
7.3.2 立體結構的認知可幫助估算序列比對的結果 180
7.3.3 重複的模組可以經由自我序列比對分析而偵測到 181
7.3.4 趨同演化:對生化挑戰的一般解釋 182
7.4 由基本序列資訊可架構出演化樹 183
7.5 現代技術使探討演化的實驗成為可行 184
7.5.1 古老的DNA有時可被放大和定序 184
7.5.2 分子演化可由實驗檢視 184
第八章 酵素:基本的觀念與動力學 189
8.1 酵素是強而有力且高專一性的催化者 190
8.1.1 許多酵素需要輔因子維持活性 191
8.1.2 酵素可能將能量從一種形式轉換成 192
8.1.3 酵素依據他們催化的基本反應類型 192
8.2 自由能是有用的熱力學函數藉以瞭解酵素 193
8.2.1 自由能改變僅提供自發性的相關資訊而非反應速率 193
8.2.2 反應的標準自由能變化與平衡常數有關 194
8.2.3 酵素只改變反應速率而不影響反應平衡 196
8.3 促進過渡狀態的形成將使酵素加速反應的進行 196
8.3.1 在酵素催化過程中,第一步是形成酵素與受質的複合物 197
8.3.2 酵素的活化位具有某些共同的特色 198
8.4 Michaelis-Menten模式說明了許多酵素的動力學特質 200
8.4.1 KM與Vmax值的含意 203
8.4.2 酵素催化的動力學完美狀態:kcat /KM準則 205
8.4.3 多數的生化反應包含多樣的受質 207
8.4.4 異位性不會遵守麥虳s氏動力學 208
8.5 酵素可被特定的分子所抑制 209
8.5.1 競爭性與非競爭性抑制可從動力學角度加以區分 210
8.5.2 不可逆的抑制物被用來勘測活化位置 210
8.5.3 過渡態類似物為酵素的強效抑劑劑 213
8.5.4 由催化性抗體展示過渡態的選擇性結合作用對酵素活性的重要性 213
8.5.5 青黴素讓細菌生產細胞壁時的一個關鍵酵素去活化,且此作用是不可逆的 214
8.6 維生素通常是輔的前驅物 216
8.6.1 水溶性維生素的輔功能 217
8.6.2 脂溶性維生素參與了許多過程,像凝血和視覺 219
第九章 催化反應的進行策略 227
9.0.1 少數基本的催化原則適用於許多酵素 228
9.1 蛋白:促進困難的反應 228
9.1.1 胰凝乳蛋白有一個具高度反應性的絲胺酸殘基 229
9.1.2 胰凝乳蛋白的行動以共價鍵結居中串連的兩步驟進行 230
9.1.3 絲胺酸是催化三體的一部分,此外也包含組織胺酸及天冬胺酸 231
9.1.4 在其他水解型的酵素也發現有催化三體 234
9.1.5 催化三體以定點直接誘發突變的方法被仔細地研究 236
9.1.6 Cysteine、Aspartyl、及Metalloproteases是胜H分解酵素的另一個主要種類 236
9.1.7 蛋白抑制劑是重要的藥物 238
9.2 加速一個快速的反應:碳酸酐 239
9.2.1 碳酸酐含有一個對催化活性不可或缺的鍵結鋅離子 240
9.2.2 催化作用引來水對鋅的活化作用 241
9.2.3 質子的移動促進酵素活化態快速地再生 242
9.2.4 趨同演化在不同的碳酸酐中產生以鋅為基礎的活化位 244
9.3 限制:執行高專一性的DNA裂解反應 245
9.3.1 鎂活化的水分子使磷原子上的3晢餼鴗l被同軸置換而發生裂解 246
9.3.2 限制的催化活性需要鎂 248
9.3.3 完整的催化裝置只會在同源DNA分子的複合物中組裝,以確保其專一性 248
9.3.4 第二型限制普遍含有一個催化核心且可能由於水平的基因轉移而有相關 251
9.4 核A單磷酸激:在不造成水解的情況下催化磷酸基的交換 252
9.4.1 核A單磷酸激是含有環構造的酵素家族 253
9.4.2 核A三磷酸的鎂(或錳)複合物基本上是所有依賴NTP的酵素真正的受質 254
9.4.3 ATP的鍵結引發構形上的大改變 255
9.4.4 P-環核A三磷酸激區段出現在許多重要的蛋白質中 255
第十章 調控策略:酵素與血紅素 261
10.1 天冬胺酸轉胺甲醯受到催化反應終產物的變構性抑制 262
10.1.1 ATCase由分開的催化性及調節性的次單元所組成 263
10.1.2 ATCase的變構性相互作用由四級結構的巨大改變所造成 264
10.1.3 受變構性調控的酵素並不遵守麥虳s氏動力學 267
10.1.4 變構性調控子調整T與R形態之間轉換平衡 267
10.1.5 以與量值相關的代號寫成公式表示協同性的反應模式 268
10.1.6 連續性的模式也說明變構性所造成的影響 269
10.2 血紅素藉由與氧的協同性結合使氧氣的運輸更為有效率 269
10.2.1 氧氣結合引起血紅素內鐵的位置有實質上的結構性變化 270
10.2.2 氧結合後造成血紅素的四級結構有顯著的改變 271
10.2.3 調整血紅素的氧氣親和性:2,3-二磷酸甘油酸鹽的影響 272
10.2.4 波爾效應:氫離子與二氧化碳促進氧的釋放 273
10.3 同功 (isozymes) 在不同的組織及發育階段中進行有專一性的調控 274
10.4 共價鍵的改變是一種調節酵素活性的方法 275
10.4.1 磷酸化是一種調控目標蛋白活性相當有效的方法 276
10.4.2 環AMP以改變四級結構的方式來活化蛋白激A 278
10.4.3 ATP及目標蛋白與蛋白激A之催化次單元裂縫的鍵結 279
10.5 許多酵素可經由特殊的蛋白質裂解而活化 280
10.5.1 胰凝乳蛋白原會經由特定之單一鍵的裂解而活化 281
10.5.2 胰凝乳蛋白的蛋白質裂解會導致受質鍵結區的生成因而活他 281
10.5.3 胰蛋白原轉變成Trypsin後會活化其他的Zymogen 282
10.5.4 有些蛋白質裂解酵素具有其特定的抑制劑 283
10.5.5 血液凝結會伴隨著一連串酵素原的活化 284
10.5.6 凝血纖維原會被凝血轉換成凝血纖維團塊 285
10.5.7 凝血原的活化依賴於維他命K的修飾作用 287
10.5.8 血友病揭露血液凝結的早期步驟 288
10.5.9 凝血過程必須被嚴密的調控 289
第十一章 碳水化合物 295
11.1 單醣是帶有多個羥基的醛或酮 296
11.1.1 五碳醣和六碳醣環化形成喃型糖和喃型糖 298
11.1.2 喃型糖和喃型糖環的構形 300
11.1.3 單糖藉由醣A鍵與醇類和胺類相接 300
11.2 複雜的碳水化合物由單醣連結而成 301
11.2.1 常見的雙醣:蔗糖、乳糖,和麥芽糖 302
11.2.2 葡萄糖可移動性的儲存:肝醣和澱粉 302
11.2.3 植物的主要結構聚合物:纖維素,由鏈狀的葡萄糖單元組成 303
11.2.4 葡胺聚醣為重複雙醣單元組成的陰性多醣鏈 304
11.2.5 寡醣的合成由特定的酵素負責 304
11.3 碳水化合物可以接附在蛋白質上形成醣蛋白 306
11.3.1 碳水化合物可能經過天冬醯胺(N -連結)或絲胺酸、蘇胺酸(O -連結)連結到蛋白質上 306
11.3.2 蛋白質的醣化發生在內質網的腔室和高爾基氏體中 307
11.3.3 在內質網中N -連結的醣蛋白會從多醇予體獲得起始的醣類 308
11.3.4 輸送小泡攜帶蛋白質從內質網到高爾基氏體作進一步的醣化及分類 309
11.3.5 甘露糖-6-磷酸鹽帶領溶體酵素到達目的地 310
11.3.6 葡萄糖殘基的添加和去除會幫助蛋白質折疊 310
11.3.7 寡醣能夠被“定序” 311
11.4 外源凝集素(立頓)是一種特殊的碳水化合物結合蛋白質 312
11.4.1 外源凝集素(立頓)會促進細胞間反應 313
11.4.2 流行性感冒病毒與唾液酸殘基結合 314
第十二章 脂質與細胞膜 319
12.1 許多共同特性微生物膜的多樣化提供了基礎 320
12.2 脂肪酸為脂質的主要構成物 320
12.1.1 脂肪酸的命名 320
12.2.2 脂肪酸有不同的鏈長和飽和度 321
12.3 三種常見的膜脂質 322
12.3.1 磷脂質為膜脂質中的主要族群 322
12.3.2 太古細菌之膜由帶有分支的醚脂質所形成 324
12.3.3 膜脂質也可包含碳水化合物 324
12.3.4 膽固醇為脂質以類固醇為中心 325
12.3.5 膜脂質為雙性分子包括親水性和疏水性部分 325
12.4 磷脂類和糖脂類會在水樣介質中形成雙分子薄板 326
12.4.1 微脂膜囊可由磷脂類形成 327
12.4.2 脂質雙層膜對於離子和大部份極性分子為非常難以通透的 328
12.5 蛋白質執行大部分膜上反應 329
12.5.1 蛋白質和脂雙膜以多樣性方式組合 329
12.5.2 蛋白質和膜的交互作用為多樣性 330
12.5.3 一些蛋白質經由其共價的疏水性基和膜結合 333
12.5.4 跨膜螺旋可由胺基酸序列準確預測出來 334
12.6 脂質及許多膜蛋白會在膜所在的平面上進行快速的擴散 335
12.6.1 流動性鑲嵌模型准許膜的橫向移動但不為跨膜旋轉運動 336
12.6.2 膜的流動性由脂肪酸的組成及膽固醇成分所控制 337
12.6.3 所有生物膜都是不對稱的 338
12.7 真核細胞利用內膜形成有界限之區隔 338
12.7.1 蛋白質以目標序列導向專一的區間 339
12.7.2 膜的出芽和融合在幾個重要的生物過程 341
第十三章 膜上的通道和幫浦 345
13.1 分子可能以主動運輸或被動運輸的方式通過細胞膜 346
13.1.1 許多分子需要蛋白質輸送器來通過細胞膜 346
13.1.2 貯存在濃度梯度中的自由能可以被定量出來 347
13.2 有一個膜蛋白家族是利用ATP水解的方法將離子送過細胞膜 347
13.2.1 肌肉內質網的Ca2+ ATPase是一個組合而成的膜蛋白 348
13.2.2 P-type ATPases在演化上是一直被保存的,並扮演許多角色 350
13.2.3 Digitalis藉由阻斷Na+-K+ pump的去磷酸化而對其造成專一性的抑制 350
13.3 多重抗藥性及囊性纖維化批露出一個有ATP-結合匣區段膜蛋白家族 351
13.4 二級運送體利用一個濃度梯度來驅動另一個梯度形成 352
13.5 專一性的通道可以快速地將離子運輸通過細胞膜 353
13.5.1 塊夾傳導度可測量出單一通道的運作情形 354
13.5.2 離子通道蛋白是由相似的單元建構而成 355
13.5.3 Na+及K+通透性的短暫改變導致動作電位產生 357
13.5.4 鈉離子通道是電壓閥通道的一個例子 358
13.5.5 鉀離子通道與鈉離子通道同源 359
13.5.6 從鉀離子通道的結構可得知專一性離子快速流動的基礎 359
13.5.7 鉀離子通道的結構可以說明它的快速運輸效果 362
13.5.8 可藉由堵住孔道而使通道失去活性:球鏈模型 363
13.6 間隙連結區可允許離子及小分子在相連的細胞間流動 363

第二篇 能量的形態改變與儲存
第十四章 代謝:基本的概念與設計 373
14.0.1 細胞轉換不同型式的能量 374
14.1 代謝是由許多互相連接的反應所組成 374
14.1.1 熱力學上不能進行的反應可以被利於進行的反應驅動 375
14.1.2 ATP是生物體系統中流通使用的自由能 376
14.1.3 ATP水解藉由轉換所連結反應的平衡而驅動新陳代謝 377
14.1.4 高磷酸根轉移能力的ATP其結構基礎 378
14.1.5 磷酸根轉移潛能是細胞能量轉變的重要形式 379
14.2 碳源的氧化反應是很重要的細胞能量來源 380
14.2.1 具高磷酸根轉移潛能的物質可以連結碳氧化反應到ATP的合成 381
14.2.2 橫跨細胞膜兩邊的離子梯度提供一個與ATP合成相關的細胞能量形式 382
14.2.3 從食物獲得能量的過程 382
14.3 代謝途徑包含許多循環的物質 383
14.3.1 活化攜帶者做為調節設計及代謝體系之例 383
14.3.2 關鍵反應是貫穿整個代謝作用 386
14.3.3 代謝過程受三個主要方式調控 390
14.3.4 代謝途徑的評估 391
第十五章 訊息傳遞路徑:訊息代謝的 395
介紹
15.0.1 訊息傳遞依賴分子循環:概觀 396
15.1 七次穿膜螺旋受器改變構造以反應配體的結合及活化G蛋白 398
15.1.1 配體與7TM受器的結合引發G蛋白質的活化 399
15.1.2 G蛋白在GDP與GTP結合態間循環 399
15.1.3 活化的G蛋白質藉由與其他蛋白質的結合來傳遞信息 401
15.1.4 經由GTP水解,G蛋白自發性地自我回復 402
15.1.5 cAMP藉由活化蛋白質激A刺激多種目標蛋白質磷酸化 403
15.2 由磷脂C水解二磷酸磷脂肌醇產生兩個訊息 403
15.2.1 1,4,5-三磷酸肌醇開啟通道釋放細胞內儲存的鈣離子 405
15.2.2 二酯甘油活化蛋白質激C,而將許多目標蛋白質磷酸化 406
15.3 鈣離子是普遍存在的一個細胞質訊息傳遞者 408
15.3.1 離子載體允許Ca2+濃度有可見的改變 408
15.3.2 鈣離子會活化攜鈣素,此為調節蛋白質,且可以刺激許多酵素與運輸子 410
15.4 一些受器與配位子 結合後會形成二聚體,且經由交互磷酸化產生訊息 411
15.4.1 一些受器的共價結構內具有酪胺酸激區域 414
15.4.2 Ras - 另一種類的訊息G蛋白質 415
15.5 訊息傳遞路徑的缺陷會造成癌症或其它疾病 416
15.5.1 蛋白質激抑制劑可作為有效的抗癌藥 418
15.5.2 霍亂與百日咳是起源於G蛋白質活性的改變 418
15.6 訊息傳遞路徑的循環特徵顯示進化過程的關係 419
第十六章 醣解作用與醣新生作用 425
16.0.1 在多數的生物體中,葡萄糖是很重要的燃料 426
16.0.2 在缺氧的狀況下,發酵作用提供可利用的能量 426
16.1 許多生物中醣解作用是一個能量轉換的路徑 428
16.1.1 六碳糖激在細胞中抓住葡萄糖並開始醣解作用 428
16.1.2 由葡萄糖-6-磷酸變成果醣-1,6-二磷酸 430
16.1.3 六碳糖被醛縮切割成兩個三碳糖 431
16.1.4 三碳糖磷酸鹽異構酵素會利用三碳結構 431
16.1.5 能量的轉移:烯二醇中間產物會使磷酸化作用與GAP的氧化作用偶合 433
16.1.6 ATP的形成來自1,3-BPG 435
16.1.7 額外的ATP產生與丙酮酸的形成 435
16.1.8 由葡萄糖轉換成丙酮酸的能量產量 437
16.1.9 維持氧化還原之平衡:丙酮酸的多種命運 438
16.1.10 NAD+ 的結合區與許多去氫相似 440
16.1.11 果糖與半乳糖進入醣解作用 440
16.1.12 許多成年人因缺少乳糖而導致對奶類無耐受性 442
16.1.13 假如缺乏轉移,半乳糖就成了一個高毒
性的物質 443
16.2 醣解路徑被嚴密的控制 443
16.2.1 磷酸果糖激是醣解中最重要的控制點 444
16.2.2 一個雙功能酵素調節F-2,6-BP的合成與分解 445
16.2.3 六碳糖激與丙酮酸激也調節醣解作用的速度 447
16.2.4 轉運者家族能使葡萄糖進入或離開動物細胞 448
16.2.5 癌症與醣解作用 449
16.3 葡萄糖可以從非碳水化合物的前趨物來進行合成 450
16.3.1 醣新生作用並不是醣解作用的逆反應 450
16.3.2 丙酮酸轉換成PEP需先形成草酸乙酸鹽 452
16.3.3 草酸乙酸鹽被運送到細胞質並轉換成PEP 454
16.3.4 F-1,6-BP轉換成果糖-6-磷酸與正磷酸根是不可逆的步驟 454
16.3.5 游離的葡萄糖產生是一個重要的調控點 455
16.3.6 從丙酮酸合成葡萄糖會耗掉六個高能磷酸鍵 455
16.4 醣新生作用與醣解作用的相互調控 456
16.4.1 受質循環會放大代謝的訊號與產生熱 457
16.4.2 乳酸與丙胺酸是由收縮的肌肉所形成,可在其它器官中被利用 458
16.4.3 醣解作用與醣新生作用的進化糾結 460
第十七章 檸檬酸循環 465
17.0.1 檸檬酸循環之全貌 466
17.1 檸檬酸循環氧化二碳單元 467
17.1.1 由丙酮酸形成乙醯輔A 467
17.1.2 具彈性的鍵結使得硫辛酸胺可在不同活化部位間移動 470
17.1.3 檸檬酸合成催化草酸乙酸鹽與乙醯輔A形成檸檬酸 472
17.1.4 檸檬酸異構化成異檸檬酸 473
17.1.5 異檸檬酸被氧化及去羧化成α-酮戊二酸 474
17.1.6 琥珀醯基輔A由α-酮戊二酸的氧化性去羧化作用形成 475
17.1.7 由琥珀醯基輔A產生一high phosphoryl-transfer potential compound 475
17.1.8 琥珀酸鹽氧化產生草酸乙酸鹽的再生 477
17.1.9 檸檬酸循環的化學量論 478
17.2 進入檸檬酸循環與通過此循環代謝是受調控的 480
17.2.1 異位及可逆磷酸反應調控丙酮酸去氫複合體 480
17.2.2 檸檬酸循環在許多位置上受到控制 481
17.3 檸檬酸循環是生物合成先趨物的來源 482
17.3.1 檸檬酸循環必須能夠被快速地補充 482
17.3.2 丙酮酸代謝的阻斷會造成腳氣病以及汞和砷的中毒 483
17.3.3 推論檸檬酸循環的演化歷史 484
17.4 乙醛酸循環使植物和細菌能夠利用乙酸下生長 484
第十八章 氧化磷酸化作用 491
18.1 氧化磷酸化作用在真核動物是發生在粒線體中 492
18.1.1 粒線體由兩層膜所結合 492
18.1.2 粒線體是內共生事件的結果 493
18.2 氧化磷酸酯化作用依賴電子傳遞 494
18.2.1 高能電子:氧化還原電位和自由能的變化 494
18.2.2 NADH和O2之間的電子傳送者在電子傳遞鏈中有1.14伏特的電位差而且趨向形成質子梯度 496
18.2.3 電子可以轉移群組之間,但沒接觸 497
18.3 呼吸鍵由四個複合物所組成:三個質子幫浦與一個檸檬酸循環的自然連接 498
18.3.1 NADH上的高電位電子藉由NADH-Q氧化還原進入呼吸鍵 499
18.3.2 黃素蛋白上的FADH2的電子,也可經由Ubiquinol進入電子傳遞鏈中 501
18.3.3 電子會透過Q-Cytochrome c氧化還化,由Ubiquinol流向Cytochrome c 501
18.3.4 穿透膜的質子運輸:Q循環 502
18.3.5 細胞色素c氧化催化氧分子還原成水 503
18.3.6 氧分子的毒性衍生物例如超氧自由基是被保護的酵素所清除 506
18.3.7 細胞色素c的結構在十億多年來仍然是維持不變的 507
18.4 質子梯度驅動ATP合成 507
18.4.1 ATP synthase由一個質子引導單位和一個催化單位所組合而成 509
18.4.2 質子流動通過ATP synthase導致緊密結合的ATP釋出:結合改變機制 509
18.4.3 世界上最小的分子馬達:轉動的催化作用 511
18.4.4 質子流繞C環提供ATP合成動力 511
18.4.5 ATP synthase及G proteins有一些共同特徵 513
18.5 許多穿梭允許移動通過粒線體膜 514
18.5.1 電子藉由穿梭由細胞質的NADH進入粒線體 514
18.5.2 ATP-ADP Translocase使ADP進入於粒線體和ATP離開過程得以偶合 515
18.5.3 粒線體對於代謝產物的輸送子有一共通的三部分區域 516
18.6 細胞呼吸作用的調節主要由ATP的需求量來控制 517
18.6.1 glucose的完全氧化作用可產生約30分子ATP 517
18.6.2 氧化磷酸化作用速率決定於ATP需求量 518
18.6.3 氧化磷酸化作用在許多階段可以被抑制 519
18.6.4 調節性去偶合導致熱的產生 519
18.6.5 現今所發現的粒線體疾病 520
18.6.6 粒線體在細胞凋亡中扮演一重要角色 521
18.6.7 藉由質子梯度能量的傳送:生物熱力學的一個中心區域 521