Ⅰ 生物化学的基础 1
1生命的分子逻辑 3
生物的化学一致性 3
生物化学用统一的化学名词来解释形形色色的生物 4
所有巨分子都是由少数简单的化合物所组成的 5
生物体从来不与周遭环境达成平衡 6
分子成分处在一个动态平衡的状态 6
生物体将周围环境来的能量和物质转变 7
电子流提供生物体能量 8
生物体内能量的偶联反应 9
酵素促进-序列化学反应的进行 11
代谢反应受到调控以达到平衡和经济效应 12
生物讯息的传递 13
遗传的持续性隐藏在DNA分子中 13
DNA的结构使得它能够以近於完美的正确性进行修补和复制 14
遗传讯息的改变促成演化 14
分子解剖学揭开演化关系 15
DNA直线序列含有三度空间结构的蛋白质的密码 16
非共价键的作用力使三度空间结构得以稳定 17
生化世界里的物理本质 18
进一步研读 19
2细胞 20
细胞大小 21
用於生物化学研究的细胞和组织 22
演化和原核细胞的构造 24
大肠杆菌是研究最透彻的原核细胞 26
真核细胞的演化 27
真核细胞经过了许多阶段，从原核生物演化而来 28
早期的真核生物演化成不同的原生生物 29
真核细胞的主要结构特征 29
细胞膜含有输具和受体 30
胞噬作用和胞泄作用运送物质通过细胞膜 31
内质网管制蛋白质和脂质的合成 32
高基氏体对蛋白质加工和分配 33
溶小体是分解反应发生的地方 33
植物细胞的液胞扮演许多重要的角色 34
过氧小体破坏过氧化氢，而乙醛酸循环体将脂质转变成碳水化合物 34
细胞核含有基因组 35
粒线体是好氧性真核细胞的能量工厂 36
叶绿体将太阳能转变为化学能 37
粒线体和叶绿体可能是从内共生细菌演化来的 38
细胞骨架维持细胞形状、组织细胞质并使细胞移动 39
细胞质是拥挤的、高度有次序的、和动态的 42
细胞组成的研究 42
胞器可以用离心法纯化 42
试管中的研究可能忽略分子间重要的交互作用 42
多细胞生物体的演化和细胞分化 44
病毒：细胞的寄生虫 46
摘要 48
进一步研读 49
问题 50
3生命分子 53
化学组成和键结 53
生命分子是碳的化合物 54
官能基决定化学特性 56
三度空间结构：组态和构形 57
分子的组态只有破坏化学键才会改变 58
对单键旋转，分子构形即改变 60
box 3-1路易斯-巴斯德和光活性 61
组态和构形决定生命分子的结构 62
生命分子间的交互作用是立体特异性的 63
化学活性 64
化学键的强度和键结原子的性质有关 64
细胞中常见的五种化学变化 65
所有的氧化还原反应都包含电子转移 65
碳-碳键经由亲核置换反应被切断和形成 66
分子内电子转移产生分子内的重组 67
基团转移反应活化代谢中间物 68
生物性聚合物是用缩合反应形成的 69
巨分子和他们的单体次单元 69
巨分子是细胞中的主要成份 69
巨分子是由单体次单元所组成 70
单体次单元具有简单的构造 70
次单元缩合反应产生次序，并且需要能量 72
细胞有结构层次 72
生命前的演化 74
生命分子第一次是用化学演化产生 74
化学演化可以在实验室中模拟 74
RNA或相关的前驱物可能是第一个基因和催化剂 75
生物演化开始於超过35亿年前 76
摘要 78
进一步研读 78
问题 80
4水 82
水系统的微弱交互作用力 82
氢键使水具有它特殊的性质 82
水与极性的溶质形成氢键 85
水与带电的溶质间以静电方式作用 86
当结晶物质溶解时熵值增加 87
非极性气体不易溶於水 88
非极性化合物迫使水的结构产生热力学上不利的改变 88
凡得瓦力是微弱的原子间的吸引力 90
微弱作用力对巨分子结构和功能是重要的 90
溶质影响水溶液的依数性质 92
box 4-1植物的触发运动一种渗透现象 94
水、弱酸和弱硷的解离 95
纯水会些微解离 95
水的解离是用平衡常数表示 96
box 4-2水的离子积：两个例题 97
pH尺度代表H+和OH-的浓度 97
弱酸和弱硷有特殊的解离常数 98
滴定曲线显示出弱酸的p Ka 99
生物系统中pH值变化的缓冲 101
缓冲液是弱酸和他们的共轭硷的混合物 102
pH， pK和缓冲溶液的浓度简单的相关式 102
box 4-3利用Henderson-Hasselbalch方程式解题 103
弱酸或弱硷让细胞和组织对pH改变有缓冲作用 104
box 4-4血液，肺和缓冲液：碳酸氢离子缓冲系统 105
水作为一种反应物 106
生物体对水环境的适应 107
摘要 107
进一步研读 108
问题 109
Ⅱ结构和催化作用 115
5胺基酸、胜肽和蛋白质 115
胺基酸 116
胺基酸具有一些结构上的共同特征 116
蛋白质中的胺基酸是L型的立体异构物 117
可由R基来分类胺基酸 118
box 5-1分子的吸光效应：兰柏比尔定律 121
非标准的胺基酸也有重要功能 121
胺基酸可充当酸或硷 123
胺基酸有独特的滴定曲线 123
滴定曲线预言胺基酸的电价 125
胺基酸的酸-硷特性不同 125
胜肽和蛋白质 126
胜肽是链结所组成的胺基酸 126
胜肽可按离子化行为来做分辨 127
具生物活性的胜肽和多肽以不同分子量存在 127
多肽有特别的胺基酸组成 128
有些蛋白质包含胺基酸以外的化学基团 129
蛋白质结构有不同的层级 129
蛋白质的操作 130
蛋白质可被分离和纯化 130
以电泳来分离和定性蛋白质 134
未分离的蛋白质能够被定量 136
蛋白质的共价结构 137
蛋白质的功能取决於其胺基酸序列 138
许多蛋白质的胺基酸序列已被证实 138
box 5-2物种间的蛋白质相似性 139
自动化定出短胜肽的序列 141
大蛋白质必须以小片段来定序 142
其它分析胺基酸序列的方法 145
box 5-3 应用质量光谱分析法解析蛋白质 146
胺基酸序列能提供重要的生化讯息 150
小型的胜肽和蛋白质可以用化学方法合成 150
摘要 152
进一步研读 153
问题 154
6蛋白质的三维结构 159
综观蛋白质结构 159
蛋白质构形的稳定主要由弱交互作用造成 160
胜肽键是坚固的、平面的 161
蛋白质的二级结构 163
α螺旋是普遍的蛋白质二级结构 163
box 6-1分辨左旋与右旋 165
氨基酸的序列影响α螺旋的稳定度 165
β构形将多肽链组成摺板形 166
β转折在蛋白质中常见 168
共同的二级结构具有特别的键角和氨基酸组成 169
蛋白质的三级和四级结构 170
纤维蛋白具有结构性的功能 170
box 6-2头发的固定波浪整型是生化的过程 172
球蛋白结构的多样性反映了功能的多样性 175
肌红蛋白提供关於球蛋白结构之复杂性的最早线索 175
box 6-3决定蛋白质三维结构的方法 178
球蛋白有许多种三级结构 182
对球蛋白的分析显示了结构的共同型态 183
再现单位是蛋白质结构分类的依据 185
蛋白质的四级结构范围从简单的双元到巨大的复合物 188
蛋白质的大小是受限的 191
蛋白质的变性与折叠 191
蛋白质结构的丧失就意味著功能的丧失 192
氨基酸序列决定三级结构 192
多肽链以逐步的过程快速地折叠起来 193
box 6-4因错误折叠致死：普恩蛋白 196
有些蛋白质在被帮助的情况下折叠 196
摘要 199
进一步研读 200
问题 200
7蛋白质的功能 203
蛋白质和配体的可逆结合：氧结合蛋白 204
氧可结合到血基质辅基上 204
肌红素（又称肌球素）具有单一的结氧位置 206
蛋白-配体反应之量化 206
蛋白结构影响结合方式 209
氧在血液中由血红素运送 210
血红素次单位结构上相似於肌红素 210
血红素与氧结合后所发生之结构改变 212
血红素与氧的协同性结合 214
协同性结合可予以量化 215
二种预测的协同性结合机制模型 215
血红素亦可运送氢离子与二氧化碳 216
血红素与氧的结合受2，3-二磷酸甘油酯的调控 218
镰刀型血球贫血症为血红素变异的分疾病 219
互补性的蛋白与配体交互作用：免疫系统与免疫球蛋白 221
免疫反应鉤勒出细胞与蛋白的专一性组合 222
个体藉由表现於细胞表面的多肽链区别自我与非自我 223
细胞表面的分子作用可引发免疫反应 225
抗体具有二个相同的抗原结合位置 228
抗体会紧密且专一的与抗原结合 230
抗体-抗原结合作用为许多分析方法的基础 231
受化学能调控的分子作用：肌动蛋白、肌凝蛋白与分子运动 233
肌肉中的主要蛋白为肌凝蛋白与肌动蛋白 233
将粗纤维与细纤维组织成有次序结构的其它蛋白 235
肌凝蛋白粗纤维会沿著肌动蛋白细纤维滑动 237
摘要 238
进一步研读 239
问题 240
8酵素 243
关於酵素的简介 244
绝大多数的酵素为蛋白质 244
酵素是依其所催化之反应来作分类 246
酵素是如何作用的 246
酵素影响反应速率而非反应的平衡 247
反应速率与平衡有精确的动力学定义 249
酵素的催化力与专一性 250
酵素与受质作用产生的微弱结合作用在过渡态时被充分地利用 251
结合力有助於反应的特异性与催化力 253
与催化相关之特定官能基 255
酵素动力论是研究酵素机制的方法 257
受质浓度会影响酵素催化的反应速率 259
受质浓度与反应速率的关系可量化表示 259
box 8-1方程式的转换：双倒数平面图 261
动力学的参数可用来比较酵素的活性 261
许多酵素会透过与两个或两个以上的受质反应来进行催化反应 264
前稳定态动力学可作为特定反应步骤的证据 265
酵素反应可被抑制 265
可逆的抑制反应包括竞争性的、非竞争性的与混合性的 266
box 8-2决定抑制机制的动力学测试 267
非可逆性的抑制反应是酵素研究与药物学的重要工具 268
酸硷度对酵素活性的影响 268
酵素催化反应的举例 269
box 8-3酵素与过渡时期互补的证明 270
藉酵素反应机制举例说明动力学原理 272
调节性酵素 278
调节物的结合会使同分异构酵素产生结构上的改变 278
同分异构酵素催化许多路径之调节步骤 280
同分异构酵素自Michalis-Menten模式衍生的动力学特性 280
有些调节酵素受到可逆的共价键修饰 281
磷酸基影响蛋白质的结构与催化活性 282
多重的磷酸化提供灵敏的调控 284
某些类型的调控需要对酵素前趋物作蛋白质切割 286
某些调节酵素利用多重的调节机制 287
摘要 288
进一步研读 289
问题 290
9碳水化合物和醣类生物学 293
单醣和双醣 294
单醣的二大种类是酵糖和酮糖 295
单醣具有不对称中心 295
常见的单醣有环状结构 297
有机体包含各式各样的六碳糖衍生物 299
单醣是还原剂 301
双醣类包含一个糖苷键 301
多醣类 303
淀粉及肝醣是储存的能量 304
纤维素和几丁质是结构性同多醣 306
细菌细胞壁包含肽聚糖 307
胺基葡聚糖是细胞外基质的组成分子 308
醣类共轭物：蛋白多醣、糖蛋白和糖脂 311
蛋白多醣是包含胺基葡聚糖的细胞表面及细胞外基质之巨分子 311
糖蛋白是含寡醣的富含讯息共轭物 313
糖脂和脂多醣是膜的构成物 314
寡醣—植物凝血素交互作用调节许多生物过程 315
碳水化合物分析 318
摘要 320
进一步研读 321
问题 322
10核苷酸和核酸 325
基础知识 325
核苷酸和核酸拥有独特的硷基和五碳醣 325
核酸中核苷酸是以磷酸双酯键相互连接 329
核苷酸中含氮硷基的特性会影响核酸的三级结构 331
核酸的结构 332
DNA储存遗传讯息 333
DNA分子的硷基拥有特殊的组成比例 334
DNA是双股螺旋的构造 335
DNA有不同的立体结构 337
有些DNA序列会采用较特殊的结构 339
讯息RNAs含有转译聚胜肽链的密码 341
许多RNA有复杂的三级结构 342
核酸化学 345
双股螺旋的DNA和RNA可以被变性 345
不同物种的核酸可以互相的杂合 347
核苷酸和核酸在无酵催化下之结构改变 348
有些DNA的硷基会被甲基化 351
一股长的DNA其序列可以被读出 351
以化学方式合成DNA已经自动化了 354
核苷酸的其他功能 354
在细胞中核苷酸携带化学能量 354
腺嘌吟是许多酵素的辅因子成分之一 356
有些核苷酸可当成调控分子 358
摘要 359
进一步研读 360
问题 361
11脂质 363
储存性脂质 363
脂肪酸为碳水化合物 363
三酸甘油酯为脂肪酸与甘油的酯化物 366
三酸甘油酯可作为能量储存或隔离温度之用 366
box 11-1深海中的傻瓜（肥脑） 367
许多的食物中都包含三酸甘油酯 368
蜡可作为能量储存及防水功能之用 368
细胞膜的结构性脂质 369
甘油磷酸脂类为磷酯酸的衍生物 369
有些磷酯类具有以醚键键结的脂肪酸 371
神经鞘脂类为神经鞘氨醇的衍生物 372
细胞表面之神经鞘脂类为生物辨识分子 373
磷酯类与神经鞘脂类在溶酶体中分解 374
box11-2与不正常堆积细胞膜脂质有关的人类遗传性疾病 375
固醇类具有四个结合的碳环 376
脂质可作为讯息分子，酵素辅因子及色素 376
磷脂醯肌醇可作为细胞内的讯息因子 377
类二十碳酸类可携带讯息至周围细胞 378
类固醇荷尔蒙可於组织间传递讯息 379
维他命A及D为荷尔蒙的前趋物 380
维他命E、K及苯二酮皆为氧化还原反应辅因子 382
多萜醇类可於生物合成反应中活化糖类前趋物 382
脂质的分析与分离 383
脂质的萃取需要利用有机溶剂 384
吸附层析法可分离不同极性之脂质 384
气液相层析法可解析由具挥发性之脂质衍生物所组成的混合物 385
特异性水解有助於鉴定脂质的结构 385
质谱分析法可解析复杂的脂质结构 386
摘要 386
进一步研读 387
问题 388
12生物膜与传输 389
膜的分子成分 390
不同形式的膜具有其特定的脂质与蛋白质 390
膜之分子上的结构 391
脂质双层为膜的基本构造要件 392
膜脂质处於一持续性移动状态 394
在脂质双层之膜蛋白侧向扩散 395
box 12-1看看膜 396
有些膜蛋白跨过脂质双层 396
周遭性膜蛋白很容易溶出 398
共价接合的脂质可固定一些周遭性蛋白 400
整体性蛋白藉由与脂质的疏水性交互作用来保持於膜中 400
整体性蛋白膜蛋白的图谱有时可从序列来预测 402
整体性蛋白操控细胞间交互作用及细胞附著 404
膜融合对许多生物反应进行来说很重要 405
溶质之跨膜传输 408
藉由膜蛋白来帮助被动传输进行 408
水膜孔蛋白形成亲水性跨膜通道来供水分子通行 410
红血球的葡萄糖传输子控制被动传输 411
氯及碳酸盐基可共同传输通过红血球膜 413
box 12-2在两种形式糖尿病中的葡萄糖及水的传输缺陷 414
主动传输造成抗浓度或抗电化学梯度的溶质移动 415
至少有四类传输ATPase 416
box 12-3离子通道缺陷造成纤维囊泡症 418
P-type ATPase催化Na+及K+的主动传输 420
ATP驱动Ca2+泵维持细胞质中低Ca2+浓度 421
离子梯度提供能量给二级主动传输 422
选择性离子通道允许离子快速跨膜移动 424
K+通道的结构呈现了其对离子专一性的基础 424
乙醯胆硷受器是配合基开阂通道 426
神经性Na+离子通道是伏特闸门离子通道 428
离子通道的功能可以用电做测量 429
缺陷的离子通道会有显著的生理结果 430
膜孔蛋白为小分子的跨膜通道 430
摘要 432
进一步研读 433
问题（Problems） 434
13生物讯息 437
讯息传导的分子机制 437
box 13-1史卡查尔德分析（Scatchard analysis）量化受体和配体的作用 439
离子通透管道 441
在易兴奋细胞中处於电子讯息传递系统下的离子通透管道 441
乙醯胆硷受体是一种受配体调控的离子通透孔道 443
电压调控的离子通透孔道产生神经动作电位 444
具有受体型离子通道的神经元细胞可以对许多的神经传递物质产生反应 445
酵素型受体 445
胰岛素受体是一种针对tyrosine的磷酸酶 445
Guanylyl Cyclase是一个可以产生二级讯息传递者cGMP的酵素型受体 448
与G蛋白质连结的受体以及二级讯息传递者 449
β-肾上腺素受体系统经由二级讯息传递者cAMP作用 449
β肾上腺素受体是经由磷酸化作用使其不敏感 454
cAMP对许多调控性分子而言作用就像二级讯息传递者 454
由Phosphatidylinositols所衍生出来的两种二级讯息传递者 456
钙离子是许多讯息传递过程中的二级讯息传递者 457
视觉、嗅觉、味觉的感觉传递 458
光线会使脊椎动物眼睛中的杆状细胞与椎状细胞去极化 458
光线可以造成视紫受体的结构改变 460
活性化的视紫经由G蛋白transducin的作用使cGMP的浓度下降 460
发生在杆状与椎状细胞中的讯息放大作用 460
视觉讯息传递会很快的结束 461
视紫藉由磷酸化以去除其敏感性 462
椎状细胞特化以产生彩色视觉 462
box 13-2色盲：从墓园而来的约翰道耳吞之实验 463
脊椎动物的嗅觉与味觉使用与视觉系统相似的机制 463
与G蛋白质联合作用的受体系统有一些共同的特征 465
阻断G蛋白质讯息传递所导致的疾病 466
磷酸化当成调控的机制 467
蛋白质磷酸激酶与phosphatase的所在位置会影响其对蛋白质的专一性 467
类固醇贺尔蒙调控转录作用 468
藉由蛋白质磷酸激酶调控细胞周期 469
细胞周期有四个时期 469
胞转蛋白依赖的蛋白质磷酸激酶的量呈现震荡状态 469
CDKs藉由磷酸化关键性的蛋白质来调控细胞分裂 473
致癌基因，抑癌基因与细胞自裁 474
致癌基因是调控细胞周期蛋白质的基因之突变型 474
抑癌基因的缺陷将会使细胞失去正常抑制细胞分裂的能力 475
细胞自裁是计画性的细胞自杀 476
摘要 478
进一步研读 479
问题 481
Ⅲ 生物能量与新陈代谢 485
14生物能量学原理 490
生物能量学与动力学 491
生物能量转换遵循著热力学的定律 491
box 14-1 熵：物质趋向最大乱度的优点 492
细胞需要自由能 493
标准的自由能改变与平衡常数有关 494
确实的自由能转变是由反应物与生成物所决定 496
标准自由能差是可以加成的 498
磷酸基移转与ATP 499
供给ATP水解的自中能差是一个巨大的负数 500
box 14-2细胞内ATP水解自由能：新陈代谢作用中真实的消耗耗量 501
其他的磷酸化合物与硫酯物在水解中也能释放大量的自由能 502
ATP藉由官能基的移转产生能量并不只是简单的水解反应 504
ATP可以提供磷酸基、焦磷酸基及腺嘌吟基 506
讯息调控的讯息内物质的大分子在组合的过程中需要能量 508
ATP可以促发主动传送及肌肉收缩 508
box 14-3闪烁的萤火虫：ATP的鲜明表达 509
在所有细胞型态中，核苷酸可以彼此互相磷酸化 510
无机多磷酸化合物是体内潜在的磷酸基提供者 511
生物化学平衡方程式和化学平衡方程式并不一致 511
生物氧化还原反应式 512
电子流可以做生物功 512
氧化-还原可以被当作半反应 513
生物氧化常牵涉到脱氢作用 514
还原能用以测量电子亲合力 515
标准还原能可以用来计算自由能的改变 516
葡萄糖转变成二氧化碳的氧化过程须要特殊的电子携带者 517
少数种类辅酶和蛋白质可作为一般的电子携带者 518
NADH和NADPH扮演脱氢酶的角色作为可溶性的电子携带者 518
核黄素核苷酸是紧密结合的黄素蛋白 520
摘要 522
进一步研读 523
问题 524
15醣解反应和六碳醣的分解 527
醣解反应 527
复习；醣解反应有二面 528
醣解的准备阶段需要ATP 532
醣解反应的回收阶段产生ATP和NADH 535
整个平衡带表示出有净得ATP 540
中间产物在醣解酵素中被传送 540
醣解分解受到严谨的调控 541
在癌细胞中醣解的代谢受到干扰 541
在有氧与无氧的境下丙酮酸的命运 542
乳酸发酵的反应中丙酮酸是最后一个电子接受器 542
box 15-1在氧气浓度很低的情况下进行醣解作用：运动员、鳄鱼及腔棘鱼 543
box 15-2酿制啤酒 544
在酒精发酵中酒精是被还原出来的产物 544
硫胺素焦磷酸可以携带具有活性的醛基 545
微生物的发酵反应会产生具商业价值用途的最终产物 546
醣解代谢的辅助路径 547
肝醣与淀粉藉由磷酸化来分解 547
其他的单醣藉由不同的切入点可以进入醣类的代谢路径 549
食物中的多醣与双醣可以被水解成单醣 550
碳水化合物分解反应的调控 551
调控的酵素可以当作新陈代谢的门阀 551
葡萄醣代谢和分解是相互调控的 553
PFK1受到复杂的异位调控 554
六碳醣激酶被它的反应产物异位抑制 555
box 15-3异构酶：不同的蛋白但参与同样的反应 556
丙酮酸激酶受到ATP的抑制 556
肝醣磷酸化酶可以由异位性和荷尔蒙来调控 557
葡萄醣氧化的五碳醣磷酸机制 558
box 15-4 6-磷酸葡萄醣缺乏症候群：为什么毕达格拉斯不吃蚕豆？ 560
摘要 561
进一步研读 562
问题 563
16柠柠酸循环 567
乙醯酸的形成 568
丙酮酸会被氧化成乙醯辅酶A和二氧化碳 568
丙酮酸脱氢酶需要五个辅酶 569
丙酮酸脱氢酶复合物由三种不同的酵素组成 570
中间产物会停留在酵素的表面 570
柠檬酸循环中的反应 571
柠檬酸循环含有八个步骤 573
box 16-1合成酶和合成酶：结合酶和裂解酶：激酶、磷酸酶和磷酸化酶：是的，这些名词很容易混淆肴 576
在循环中氧化作用产生的能量可以很有效率地保存 579
box 16-2柠檬酸：对称分子的不对称作用 580
为什么乙醯酸的反应这么复杂？ 581
柠檬酸循环的内含物是合成中间产物的重要分子 583
box 16-3柠檬酸合成酶、苏打饮料和全世界的食物供应 583
Anaplerotic反应可以补充柠檬酸循环中的中间产物 584
在丙酮酸羟基酶中的生物素携带一个二氧化碳 585
柠檬酸循环的调控 586
藉异位和共价键结机制可以调控丙酮酸脱氢酶复合物产生乙醯辅酶A 586
柠檬酸循环是藉由三种放热反应来作调控 587
醣氧酸循环 588
醣氧酸循环可藉由乙醯酸来产生四个碳的化合物 589
柠檬酸循环和醣氧酸循环相互辅助地调控 590
摘要 592
进一步研读 592
问题 594
17脂肪酸的氧化 598
油脂的分解、活化以及传送 599
饮食的油脂可以在小肠中被吸收 599
荷尔蒙可以促使储存的三醯基甘油分解运用替代 601
脂肪酸会被活化并且传送到粒线体中 602
β氧化 604
饱和脂肪酸的β氧化有四个基本的步骤 604
藉四个步骤的重复作用可以产生乙醯辅酶 A和ATP 605
box 17-1肥的熊利用睡觉时进行β氧化 606
乙醯辅酶A可以在柠檬酸循环中进一步地氧化 607
不饱和脂肪酸氧化需要二个额外的反应 607
奇数的脂肪酸完全氧化需要三个额外的反应 608
box 17-2辅酶B12：解决人类困扰问题的根本方法 610
脂肪酸的氧化作用有严谨的调控 612
过氧体也可以完成β氧化 612
植物的过氧体和醣气体可以将利用β氧化所产生的乙醯辅酶A来当作生物合成的前趋物 613
不同胞器β氧化的酵素在演化上具有变异性 614
内质网会产生3氧化 614
脂肪醯辅酶A基因的损耗会造成严重的疾病 615
酮体 615
酮体在肝脏中生成并且运送到其他的器官 616
肝外细胞组织是用酮体作能量来源 617
酮体在糖尿病患或饥饿的状态中会大量产生 617
摘要 618
进一步研读 619
问题 620
18胺基酸的氧化及尿素的生成 623
胺基团的最终代谢结果 624
膳食蛋白质经由酵素分解成胺基酸 626
磷酸口比哆醛参与a-胺基团转移至a-酮戊二酸之过程 628
box 18-1组织伤害的分析 631
麸胺酸在肝脏中释放出氨 631
麸胺醯胺於血液中运送氨 632
丙胺酸将氨由肌肉运送至肝脏 632
氨对动物体是具有毒性的 633
氮的排泄及尿素循环 634
由氨产生尿素包括五个酵素步骤 635
柠檬酸循环可与尿素循环互相连结 636
尿素循环的活性被调节於两个层次 636
反应路径相互连接以减少尿素合成所需消耗之能源 637
尿素循环上的基因缺陷可能会对生命造成威胁 637
生物的自然繁殖地决定氮排泄的路径 638
胺基酸分解的过程 639
许多酵素辅因子在胺基酸代谢中扮演重要的角色 640
十种胺基酸分解成乙醯基辅酶A 643
有些人於苯丙胺酸的分解代谢上具基因上的缺陷 646
五种胺基酸转变为a-酮戊二酸 648
四种胺基酸转变为琥珀醯基辅酶A 650
支链胺基酸不在肝脏中进行分解代谢 651
box 18-2科学侦探解开了谋杀的谜团 652
天门冬醯胺与天门冬胺酸分解成草醋酸 653
部分胺基酸可以转变为葡萄糖，而其它则转变为酮体 654
摘要 654
进一步研读 655
问题 656
19氧化磷酸化反应及光磷酸化反应 659
氧化磷酸化反应 660
粒线体中的电子传递反应 660
电子会集中至通用的电子受体 661
电子通过一连串的膜结合载体 662
电子载体於多酵素复合物中运作 666
电子传递的能量有效地以质子梯度的形式储存著 672
植物粒线体拥有氧化NADH的非传统机制 673
box 19-1非传统的呼吸路径以及发热发臭的植物 674
ATP合成 675
ATP合成酶拥有两个功能区，F0和F1 678
於F1表面的ATP相对较ADP稳定 678
质子梯度驱动ATP自酵素表面释出 679
ATP合成酶的每一个β次单元皆可呈现三种不同的构造 680
旋转催化是ATP合成时结合改变机制的重要关键 682
化学渗透偶联提供O2消耗以及ATP合成的非完整化学计量学 683
质子动力促使主动运输开始运作 684
细胞质液NADH於粒线体的氧化反应须要穿梭系统 685
氧化磷酸化反应的调节 686
氧化磷酸化反应受到细胞能量需求的调节 687
於棕色脂肪解偶联的粒线体会产生热 687
ATP生成的路径受到协调控制 688
粒线体基因的突变造成人类的疾病 688
粒线体很有可能是由内共生细菌所发展而来的 690
光合作用：获取光的能量 691
光磷酸化反应的一般特征 691
高等植物的光合作用发生於粒线体中 692
光驱动叶绿体中的电子流 692
光吸收 693
叶绿素为光合作用吸收光能 693
辅助色素扩大光吸收的范围 696
叶绿素藉由激子传递将吸收的能量集中至反应中心 697
主要的光化学事件：光驱动电子流 699
细菌拥有单一光化学反应中心两种型式中的一种 699
利用动力学和热力学的因子来预防由於内部转换所造成的能量消散 702
於高等植物中，两个反应中心以纵向排列的方式作用著 702
光系统Ⅰ和Ⅱ空间的分开可以预防激子的盗窃 705
细胞色素b6f复合物连结光系统Ⅰ和Ⅱ 706
蓝细菌於氧化磷酸化反应和光磷酸化反应中皆利用细胞色素b6f复合物以及细胞色素c 706
水分子经由释氧复合物而被裂解 707
藉由光磷酸化反应来合成ATP 708
质子梯度偶联电子流和磷酸化反应 708
光磷酸化反应的约略化学计量学已经被建立 709
环状电子流产生ATP而非NADPH或是O2 710
叶绿体中的ATP合成酶与粒线体中的相似 710
叶绿体也许是由内共生细菌所演化发展而来的 711
多种光合生物体利用除了水以外的氢供体 711
於嗜盐细菌中，单一个蛋白质吸收光并唧打质子以驱动ATP合成 712
摘要 714
进一步研读 715
问题 718
20碳水化合物的生合成作用 722
葡萄糖新生 723
丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸需要两个释能反应 726
第二个分路为1，6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖 728
第三个分路为6-磷酸葡萄糖转变为游离的葡萄糖 728
葡萄糖新生为耗费能量的 729
柠檬酸循环中间产物以及许多胺基酸为产葡萄糖的 730
於碳水化合物代谢中的无效循环 730
葡萄糖新生与糖解作用会相互调控著 731
於发芽的种子中，葡萄糖新生将脂质以及蛋白质转变为葡萄糖 733
肝糖、淀粉、蔗糖以及其它碳水化合物的生合成反应 735
UDP-葡萄糖为肝糖合成反应的受质 736
肝糖合成酶与肝糖磷酸化酶为相互调控著 738
ADP-葡萄糖为植物体中淀粉合成的受质，而为细菌体中肝糖合成的受质 739
UDP-葡萄糖为植物体中蔗糖合成的受质 741
乳糖的生成以一个独特的方式调节著 742
UDP-葡萄糖为形成葡萄糖醛酸和维生素C时的中间产物 743
糖核苷酸为细菌细胞壁生成的前趋物 744
box 20-1青徽素和β内醯胺酶：神奇的子弹与防弹背心 746
光合作用碳水化合物之生成 746
二氧化碳同化反应分为三个阶段进行 748
每一个自CO2合成的磷酸三碳糖会消耗六个NADPH和九个ATP 754
将磷酸三碳糖由叶绿体运出以及运入磷酸根的转运系统 755
於植物体中碳水化合物代谢的调节 757
Rubisco受到正向以及逆向的调节 757
卡尔文循环中的某些酵素会被光间接的活化 758
於植物体中用於蔗糖和淀粉合成的磷酸三碳糖被严谨的调节著 759
Rubisco的加氧酶活性所造成旳光呼吸作用 760
有些植物拥有减少光呼吸作用发生的机制 761
摘要 763
进一步研读 765
问题 766
21脂质之生物合成作用 770
脂肪酸及二十酸盐的生物合成 770
丙二醯基辅酶A是由乙醯辅酶-A及重碳酸盐所形成 771
脂肪酸的合成来自於重覆的反应序列 772
脂肪酸合成酶复合体具有7个不同的活化部位 772
脂肪酸合酶会接受乙醯基及丙二醯基 774
重覆脂肪酸合成酶反应过程来形成棕榈酸盐 776
某些有机体中的脂肪酸合酶是由多功能性蛋白质所组成 777
在许多生物体中脂肪酸的形成是发生在细胞溶质，但是植物细胞则是发生在叶绿体 778
醋酸盐会和柠檬酸盐一样会被来回运送到粒线体之外 779
脂肪酸的生合成是被紧紧调控著 780
由棕榈酸盐所形成的长链饱和性脂肪酸 781
有些脂肪酸是去饱和的 781
box 21-1双功能氧化酶、加氧酶以及细胞色素P-450 782
二十酸盐是由20碳多元不饱和脂肪酸所产生的 784
box 21-2环加氧酶的同工异构酶与寻找更好的阿斯匹灵：在活化部位做替换 786
三酸甘油酯的生物合成作用 788
三酸甘油酯与甘油磷脂质的合成都是来自相同的前驱物 788
动物体内的三酸甘油酯生物合成是由荷尔蒙所调控 790
细胞膜磷脂质的生物合成 791
前端官能基的附著有两种策略 791
在大肠杆菌中磷脂质的合成会使用到CDP-二醯甘油酯 792
真核生物由CDP-二醯甘油酯来合成阴性的磷脂质 794
真核生物合成磷脂醯丝胺酸、磷脂醯乙醇胺与磷脂胆硷的路径是有互相关系的 794
缩醛磷脂的合成需要形成一个乙醚连结的脂肪乙醇 796
神经磷脂与甘油磷脂质合成具有共同的前驱物与一些机制 798
极性脂质会作用在特殊的细胞膜 798
胆固醇、固醇及异戊二烯的生物合成作用 799
胆固醇是由乙醯辅酶A以四个步骤所形成 799
胆固醇具有数个脂肪 804
胆固醇与其它脂质是以血浆脂蛋白的型式运送 804
box 21-3脂蛋白元E对偶基因可预测其和阿兹海默症之间的关联性 808
胆固醇酯藉由以接受器为媒介之内噬作用来进入细胞 809
胆固醇的生物合成是由好几个因子所调控 810
藉由切断侧链及胆固醇氧化来形成类固醇荷尔蒙 812
在胆固醇生物合成中的中间产物有许多可替代的结果 812
摘要 814
进一步研读 815
问题（Problems） 816
22胺基酸、核苷酸以及相关分子的生物合成 818
氮的新陈代谢概述 819
利用氮循环来维持生物可利用氮的集合 819
藉由固氮酶复合体上的酵素来固定氮 820
氨是经由麸胺酸与麸胺酸醯胺进入生物分子中 823
麸胺酸醯胺合成酶是氮的新陈代谢中主要的调节点 824
几种不同的反应过程在胺基酸与核苷酸的生物合成中扮演著特别的角色 826
胺基酸的生物合成 826
由α-酮基戊二酸盐所引起的麸胺酸、麸胺酸醯胺、脯胺酸与精胺酸 829
丝胺酸、甘胺酸与半胱胺酸是来自3-磷酸甘油酸盐 829
有三个非必需胺基酸及六个必需胺基酸是从草醋酸盐及丙酮酸所合成 831
离酸盐是色胺酸、苯胺基丙酸和酪胺酸合成的主要中间产物 834
组织胺酸的生物合成会利用到嘌吟生物合成的前驱物 839
胺基酸的生物合成会受到异位作用调控 839
来自胺基酸的分子 840
甘胺酸是紫质的前驱物 840
box 22-1国王与吸血鬼的生物化学 841
血基质的降解会产生胆色素 842
肌酸与麸胱甘肽的生物合成需要胺基酸 842
D-胺基酸起初是於细菌中被发现 843
芳香族胺基酸是许多植物物质的前驱物 843
胺基酸藉由脱羧作用转换成生物性的胺 844
box 22-2利用生化学上的“特洛伊木马”来治疗非洲昏睡病 846
精胺酸是一氧化氮生物合成的前驱物 848
核苷酸的生物合成与降解 848
全新的嘌吟核苷酸合成是开始於PRPP 849
嘌吟核苷酸的生物合成是受到回馈抑制的调控 852
嘧啶核苷酸的形成是来自於天门冬胺酸盐PRPP以及胺基甲醯磷酸盐 853
嘌啶核苷酸的生物合成是受到回馈抑制的调控 855
核苷单磷酸盐会转换成核苷三磷酸盐 855
核糖核苷酸是去氧核糖核苷酸的前驱物 856
胸腺核苷酸盐是来自dCTP及dUMP 860
嘌吟与嘧啶的降解过程会分别产生尿酸与尿素 861
嘌吟与嘧啶硷基可藉由回收路径而进行再循环 862
尿酸的过度生产会导致痛风 863
许多化学治疗药剂是作用在核苷酸生物合成路径的酵素上 863
摘要 865
进一步研读 867
问题 867
23哺乳动物新陈代谢的整合及荷尔蒙的调控 869
组织特异性的新陈代谢：分工 869
肝脏的过程以及分配营养物 870
脂肪组织用来储存与提供脂肪酸 873
肌肉会利用ATP来进行机械性的工作 874
大脑会利用能量来传达电脉冲 876
血液会携带氧气、代谢物以及荷尔蒙 877
燃料新陈代谢的荷尔蒙调节 878
肾上腺素是用来传递即将发生的动作讯号 878
升糖素会传递血糖过低的讯息 879
在禁食与饥饿的时候，新陈代谢会转而提供燃料给大脑 880
胰岛素会传递血糖过高的讯息 882
皮质醇会传递压力的讯号，包括低血糖 882
糖尿病是一种胰岛素在产生或作用上的缺陷 883
荷尔蒙：多样的结构有多样的功能 884
荷尔蒙的发现与纯化需要生物分析 884
box 23-1荷尔蒙是如何被发现的？经由艰难的路径纯化出胰岛素 885
荷尔蒙会经由特殊的高度亲合性细胞接受器来作用 887
荷尔蒙具有化学上的多样性 889
利用什么物质来调控调节者？ 893
体重的长期调控 896
瘦蛋白的预测是来自脂肪恒定理论 896
许多因子会调控进食行为与能量的消耗 898
瘦蛋白会驱动一个调控阶梯 898
瘦蛋白系统也许已经发展成可以调控饥饿反应 899
摘要 900
进一步研读 901
问题 902
24基因及染色体 907
染色体组成 908
基因是编码有多胜肽链及RNAs的DNA片段 908
真核细胞的染色体是非常复杂的 909
许多真核基因含有插入的不转译序列（插入序列） 910
DNA分子的大小以及序列结构 911
病毒DNA分子是相当小的 911
细菌含有染色体及染色体外的DNA 912
真核细胞较原核细胞含有更多量的DNA 914
真核细胞的胞器内亦含有DNA 915
DNA超螺旋 915
大部分的细胞DNA是互相缠绕的 917
DNA的缠绕可由拓朴连结数来定义 918
拓朴酶催化DNA连结数的改变 921
DNA的浓缩需要一种特殊形式的超螺旋 922
染色质和类核体 923
组蛋白是小的硷性蛋白质 924
核体是染色质重要的组成单元 924
核体被包裹成连续性的高度结构 926
细菌DNA也是高度组织而成的 927
摘要 928
进一步研读 929
问题 930
25 DNA的代谢 931
一个字的术语 933
DNA复制 933
DNA的复制作用是由一组基本的规则在规范的 933
DNA被核酸酶所分解 936
DNA是由DNA聚合酶所合成的 936
复制作用是非常精确的 938
大肠菌至少含有五种DNA聚合酶 939
DNA复制作用需要许多酵素和蛋白质因子 942
大肠菌染色体的复制作用是分段进行的 942
在真核细胞内的复制作用更为复杂 948
DNA的修补作用 949
突变作用与癌症有关 949
所有细胞都有多个DNA修补系统 950
box 25-1 DNA修补作用及癌症 953
复制叉和DNA损伤的交互作用导致重组作用或易出错修补作用的进行 958
DNA重组作用 959
同源性基因重组作用具有多重的功能 960
减数分裂的重组作用开始於双股断制的发生 962
重组作用需要特定的酵素 963
所有DNA代谢的作用一起来修补停驻的复制叉 967
特定位置的重组作用产生了精确的DNA重排 967
完整的染色体复制作用可以要求定位重组作用来进行 970
可移位的基因组成可以从一个位置移动至另一个位置 970
免疫球蛋白的基因是藉由重组作用而组合在一起的 973
摘要 975
进一步研读 976
问题 977
26 RNA的代谢 979
RNA-依赖性的RNA合成作用 980
RNA是由RNA聚合酶的合成出来的 980
RNA的合成作用开始於启动子 983
转录作用是受到调控的 984
box 26-1 RNA聚合酶在启动子上会留下它的足迹 985
RNA合成时，特定的序列可以作为终止作用的讯号 986
真核细胞含有三类的RNA聚合酶 986
RNA聚合酶要有活性需要许多其他的蛋白质因子 987
DNA-依赖性的RNA聚合酶可以被选择性地抑制 990
RNA的加工作用 990
RNA内的插入子藉由剪接作用而被移除 991
RNA催化剪接作用 992
真核生物的mRNA可进行额外的加工作用 997
藉由不同的RNA加工作用，一个基因可以做出多种的产物 999
核糖体RNA和tRNA也可进行加工作用 1000
在RNA代谢中有一些作用是由RNA酵素所催化的 1003
细胞的mRNA以不同速率被分解 1005
聚核苷酸磷酸化酶可做出类似RNA的聚合物 1006
需RNA的RNA及DNA合成作用 1007
逆转录酶可以由病毒RNA制造出DNA 1007
逆转录病毒引起癌症和AIDS 1009
box 26-2利用人类免疫缺乏病毒（HIV）逆转录酶抑制物来对抗AIDS 1010
许多移位因子、逆转录酶和插入子具有共同的演化来源 1010
端粒酶是一种特化的逆转录酶 1012
一些病毒RNA是由RNA-依赖性的RNA聚合酶所复制的 1013
RNA合成作用提供了生化演化的重要线索 1014
摘要 1017
进一步研读 1017
问题 1019
27蛋白质的代谢 1020
遗传密码 1020
以人造的mRNA模板定出遗传密码 1022
box 27-1转译作用的架构移改以及RNA编辑作用 1026
摇摆作用使得某些tRNAs能够认知一个以上的密码 1028
box 27-2遗传密码内的自然变异 1030
在一些病毒DNA内可看到不同阅读骨架间有重叠基因存在 1032
蛋白质的合成 1034
核糖体是一个复杂的超分子机器 1035
传递RNA具有特殊的结构特征 1037
第一阶段：胺醯-tRNA合成酶将正确的胺基酸附著於它们正确的tRNA上 1039
第二阶段：特定的胺基酸启动了蛋白质的合成作用 1044
第三阶段：胜肽链在延长作用中形成 1047
第四阶段：多胜肽合成的终止需要一特殊的讯号 1050
box 27-3在遗传密码内被诱发的变异：无意义的抑制作用 1051
第五阶段：新合成的多胜肽链所进行的摺叠及加工作用 1053
蛋白质的合成作用可被许多抗生素及毒素所抑制 1054
蛋白质前往标的位的作用及其分解 1056
许多真核蛋白质的转译后修饰作用是在内质网内开始进行的 1057
糖化作用在蛋白质运往标的位上扮演一关键角色 1058
蛋白质以类似的途径被运送至粒线体及叶绿体 1061
负责运往细胞核的讯号序列会被切割 1063
细菌也可利用讯号序列来进行蛋白质的targeting 1064
细胞利用经由接受体的内噬作用将蛋白质送入细胞内 1065
在所有的细胞内，蛋白质皆可经特化的系统来进行分解 1066
摘要 1067
进一步研读 1068
问题 1069
28基因表现的调控 1072
基因调控的原则 1074
RNA聚合酶结合至DNA的启动子上 1074
转录起始作用是结合至启动子或结合至附近位置的蛋白质所调控的 1075
大部分原核细胞的基因以一种称为“操作基因组”的单元进行调控 1077
乳糖操作基因组容易进行负向的调控作用 1078
调节蛋白具有个别的DNA-结合区 1080
调节蛋白也有蛋白质—蛋白质交互作用的区域 1084
在原核生物内基因表现的调控 1085
乳糖操作基因组易为进行正向的调控 1086
A ra操作基因组以一个调节蛋白进行正向及负向的调控作用 1088
许多胺基酸生合成的基因是以转录弱化作用来调控的 1091
SOS反应的诱导需要阻遏性蛋白被破坏 1094
核糖体蛋白的合成与rRNA的合成是一致的 1095
有一些基因是以基因重组来的调控的 1097
在真核细胞内基因表现的调控 1099
转录上具活性的染色质与不具活性的染色质在结构上是不同的 1100
修饰作用增加了DNA被接近的能力 1100
藉由乙醯化作用及核体取代作用来重建染色质的模型 1100
许多真核启动子是正向调控的 1101
DNA-结合反位活化子及辅活化子可以促进转录因子的组合 1102
三类蛋白质和转录作用的活化有关 1102
在酵母菌内，半乳糖代谢所需的基因易受正向及负向的调控作用 1104
DNA-结合反位活化子具有—基本结构 1106
真核细胞的基因表现可以细胞间及细胞内的讯号来调控 1106
调控作用可以透过细胞核转录因子的磷酸化作用而来进行 1108
许多真核mRNA易受转译作用的阻遏作用 1108
发育是由一连串的调节蛋白质来控制的 1109
摘要 1115
进一步研读 1116
问题 1117
29重组DNA技术 1119
DNA选殖：基础根本 1119
限制内核酸酶及DNA接合酶能产生重组DNA 1120
选殖载体使得插入的DNA段得以“增殖放大” 1124
将一个基因从一个细胞染色体中分离出来 1128
选殖—基因通常需要DNA库 1128
特定的DNA序列可以被放大 1129
杂合作用能够侦测特定的序列 1131
box 29-1法医学上一个强而有力的武器 1132
DNA微阵排列提供了基因及基因素现研究细密的文库 1134
重组DNA技术的应用 1135
选殖的基因可以被表现 1135
选殖的基因可以被改变 1136
酵母菌是重组DNA的一个重要的真核宿主细胞 1138
非常大的DNA片段可以酵母菌人造染色体进行选殖 1138
box 29-2人类的基因组及人类基因治疗 1140
在植物内的选殖作用藉由一种细菌性的植物寄生物而得到帮助 1140
动物细胞内的选殖作用替人类基因治疗指出一修明路 1145
重组DNA技术产生了新的成果及选择 1147
摘要 1148
进一步研读 1149
问题 1150