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蛋白質的一生

蛋白質的一生
9789866369292
陳(女閒)若
商周出版
2009年9月15日
80.00  元
HK$ 68
省下 $12
 
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* 叢書系列:科學新視野
* 規格:平裝 / 224頁 / 15*21cm / 普級 / 單色印刷 / 初版
* 出版地:台灣


科學新視野


自然科普 > 動物/植物 > 概論















你知道──
膠原蛋白是人體內數量最多的蛋白質嗎?
骨骼和酵素也是蛋白質的一種嗎?
蛋白質傳遞訊息錯誤會導致基因突變嗎?
很多疾病如阿茲海默症或狂牛症,其實與蛋白質病變有關嗎?
想更了解人體與生命科學的奧秘,就從認識蛋白質開始吧!

  聽到「蛋白質」這個詞,一般人首先會聯想到的,應該是雞蛋、豆腐、牛奶或肉類等食物中所含的營養吧?或許還有讀者會聯想到現在市面上大力宣傳,有神奇「美膚效果」的膠原蛋白。

  不過,蛋白質不僅是人類生存的重要食物營養,在維持「生命」的各種活動時,也是極端重要的工作者。比如,在人體進行新陳代謝時,如果沒有酵素做為觸媒,很多代謝反應無法正常進行,而酵素也是一種蛋白質。

  此外,人體的各種疾病也都多多少少與蛋白質相關。有時候,是缺乏生命活動中所必須的蛋白質,或是蛋白質發生異常,而使得正常的生命活動無法繼續;有些時候,異常蛋白質累積,會像阿茲海默氏症、巴金森症或傳染性海綿狀腦病(如狂牛症)一樣,損害我們的神經細胞,造成神經病變。毋庸置疑地,蛋白質是我們生命活動中的主角。

  本書作者將蛋白質的合成比擬成人的出生、蛋白質的摺疊就如同人的成長,也會像青少年走上歹路一樣而產生變性凝集、蛋白質內部也有明信片和包裹式的不同運輸體系、成熟之後也會邁向死亡(自噬或分解),甚至蛋白質也有其一套品質管理的機制等,精妙的譬喻和簡明扼要的說明讓人能輕鬆了解人體中蛋白質的重要性和運作方式,是了解生命科學應該一讀的最佳入門!

作者簡介

永田和宏

  京都大學再生醫科學研究所教授,專攻細胞生物學,曾任日本細胞生物學學會會長;同時並以「歌人」身分活躍於日本文藝界,歌集曾多次獲獎。2009年並獲頒專門獎勵日本傑出學者、文學作家、運動員等的紫綬褒章。

譯者簡介

陳(女閒)若

  東吳大學日文系畢,從事日文翻譯、編輯多年。目前為自由譯者。



〈推薦專文〉分享科學進步的樂趣──我讀《蛋白質的一生》  林正焜醫師
前言 細胞中的工作者──蛋白質

第一章 蛋白質居住的世界:細胞這個小宇宙
常見的蛋白質 / 蛋白質的元素「胺基酸」 / 一條「鏈」 / 種類數算不盡的蛋白質 / 骨骼、酵素也是蛋白質 / 專業的蛋白質 / 細胞生物學 / 細胞的條件 / 生物體的階層結構 / 動物、植物都有 / 細胞的構造 / 製造蛋白質的內質網 / 粒線體 / 共生細菌變成粒線體 / 細胞的進化 / 共生關係的建立 / DNA是什麼 / DNA的訊息量 / 一切都是為了蛋白質

第二章 誕生:解讀遺傳密碼
雙螺旋模板的衝擊 / 在DNA的密碼中 / 中心法則 / 卓越的資訊保存系統 / DNA的複製 / 把DNA的絲捲起來 / RNA的功能 / RNA世界 / 轉錄過程 / 訊息的轉譯單位──遺傳密碼 / 密碼的起點與終點 / 轉譯機器核糖體 / 轉運RNA(tRNA) / 需要花費多少時間呢? / 試管內的轉譯裝置

第三章 成長:細胞內的大配角,分子伴護蛋白
分子伴護蛋白的發現 / 折疊起來做出形狀 / 四個階層 / 親水性、疏水性 / 折疊的大原則 / 安芬森的法則 / 試管中、細胞中 / 蛋白質的凝集 / 伴護者──分子伴護蛋白出場 / 從熱休克蛋白質到逆境蛋白質 / 從逆境蛋白質到分子伴護蛋白 / 在大腸菌中工作的伴護蛋白 / 在搖籃中折疊 / 「電動搗米器」的架構 / 正確折疊原來這麼難 / 逆境蛋白質 / 蛋白質的維修員 / 水煮蛋變回生蛋! / 伴護蛋白的運作原理有三 / 腦缺血 / 獲得逆境耐性 / 應用在移植手術 / 癌症治療與逆境蛋白質 / 溫熱療法的實際運用 / 嗜熱菌的逆境蛋白質 / 保護生命的系統 / 逆境應答的機制

第四章 輸送:細胞內的物流系統
「運輸」的精巧系統 / 目的地的寫法──明信片與包裹的方式 / 蛋白質的運輸路徑 / 磷脂質的「膜」 / 製造「通道」的膜蛋白 / 信號假說 / 共轉譯運輸的過程──穿針引線的技巧 / 醣鏈的附加──蛋白質修整門面 / 內質網中的折疊 / 迴紋針固定──雙硫鍵 / 細胞「內的外側」 / 「包裹型」名條──宅急便的便利性 / 貨物運輸的軌道與馬達蛋白 / 細胞內交通的上行和下行 / 流通中心.高爾基體 / 由外而內──內噬作用 / 胰島素的分泌 / 膠原蛋白的合成 / HSP47的發現 / 分子伴護蛋白與疾病 / 送往粒線體的運輸 / 帶它進去的齒輪 / 出入自在的核運輸 / 運輸架構是維持生命的基礎

第五章 輪迴轉世:為了維持生命之「死」
長生不老的夢 / 蛋白質的壽命 / 更新的蛋白質 / 每天誕生變化的細胞 / 胺基酸的再循環系統 / 細胞周期需要的蛋白質分解 / 「時鐘的基因」 / 果蠅的時間基因 / 對時的裝置 / 吃自己延長壽命? / 選擇性的分解?整批分解? / 泛素是分解的標記 / 分解機制──蛋白-體 / 卓越的「環型分子機器」 / 大老饕──自噬系統 / 分解的保全裝置 / 細胞的死 / 蛋白質的輪迴轉生

第六章 蛋白質的品質管理
「品質管理」的必要性 / 危機管理 / 工廠的品質管理 / 細胞內的四階段品質管理 / 發生不良品的時候 / 策略一──生產線停擺 / 策略二──修理員伴護蛋白的誘導而再生 / 策略三──廢棄處置 / 策略四──關閉工廠 / 品質管理的「時間差攻擊」 / 品質管理破洞而出現的病態 / 血友病 / 折疊異常疾病的發現 / 神經退化性疾病 / 「紅鞋」的病 / 過多麩醯胺酸疾病發病機制 / 不能再生的神經細胞 / 阿茲海默氏症 / 各種海綿狀腦病 / 人的普恩蛋白疾病 / 散發型普恩蛋白 / 普恩蛋白的感染力 / BSE的威脅 / 普恩蛋白與分子伴護蛋白 / 阿茲海默氏症的機制 / 走向新治療法

後記



推薦文
分享科學進步的樂趣──我讀《蛋白質的一生》
林正焜

  商周出版社的黃靖卉副總編輯,告訴我日本有一本科普書籍,二○○八年出版後蟬聯紀伊國屋不分類銷售排行榜前三十名好幾個月,指的就是本書。科普書進入不分類排行榜,代表的是日本科普的質與量都有傲人的成就,對長期耽於閱讀這類書籍的我而言,不禁欣羨不已。

  科普市場反映的是一國的科技水準和國民的科學素養。經過多年的深耕易耨,日本的科學發展有目共睹,他們的成就絕非僥倖。本書能高掛排行榜,一方面固然是由於日本人熱切追求新知的讀書品味,另一方面,當然就是書的內容新穎有趣。本書作者是國際知名的蛋白質專家,更是和歌寫作的高手。有這樣的科學與文學素養,這本書受到大眾歡迎的原因也就有跡可尋了。

  從書名《蛋白質的一生》,可以知道書的內容敘述的是蛋白質從生成到分解,一路所經歷的行旅紀事。蛋白質究竟是什麼?以人體來講,構成我們身體最主要的成分,是水,人體含水量高達體重的三分之二;其次就是蛋白質了,佔體重的五分之一。身上有那麼多蛋白質,我們不免要問,蛋白質究竟有什麼作用,有多麼重要?看看下列這些例子,就可以窺知一二。

  為什麼我們會動?那是因為我們有肌肉,肌肉收縮牽動關節,人就動了,肌肉中會收縮的成分,是蛋白質。為什麼血液可以攜帶氧氣?因為血液含有大量血紅素,會依據環境條件捕捉或釋放氧分子,血管就成為氧分子流通的管道了,血紅素是一種蛋白質。為什麼我們對病原有抵抗力?因為我們有可以對抗病原的抗體,抗體也是蛋白質。蛋白質是骨骼的基質,骨骼讓我們有特殊的儀態;酵素、賀爾蒙、臟器、毛髮、指甲、皮膚等等的主要成分,也都是蛋白質。皮膚的光滑質感和彈性是哪一種蛋白質的效果?許多人知道的,膠原蛋白,那可是關乎美容、傳播媒體經常提及的名詞。身體要維持正常的功能,需要正常的蛋白質,有時候體內的蛋白質出了問題,人就會生病。甚麼樣的原因會讓身體的蛋白質出現問題?最直接的原因,當然就是構成蛋白質的成分不正確,也就是決定蛋白質組成的DNA序列出錯,依據DNA訊息製造的蛋白質自然不正常,就跟寫信的時候寫錯字、寫漏字,讓人不知所云,是一樣的意思。到這裡所介紹的,可以說是比較古典的蛋白質學問。新知,則是本書的特色,是已往大多數生命科學書籍比較少提到的。

蛋白質新知包括:

  (一),構成蛋白質的胺基酸鏈,如何從原本一個接一個像一條金鏈子一樣的一長串,折疊成三度空間的機器?機器壞了如何維修?在這裡,折疊、伴護者、逆境蛋白質是重要的機制和分子。折疊是非常複雜的過程,宛如奇妙的大自然在細胞裡面打中國結,但是複雜得多,而且有一點點失手打造出來的機器就沒辦法運轉。伴護者是本書最重要的主題,作者正是這方面的專家。作者提出一個極端的例子,從某些蛋白質凝集變性後,利用伴護者處理,可以讓蛋白質復活,推論到有一天水煮蛋可以變回生蛋,讓讀者產生遠颺的遐想。

  (二),其次,合成好了的蛋白質一定要配送到正確的地方,才能發揮應該有的作用,就跟信寫好了要寄給正確的收信人一樣的意思。這是怎麼辦到的?這個過程,作者用淺顯的例子,說明運送有明信片型運輸、包裹型運輸兩種方式。

  (三),再來就是蛋白質週期的控管,每一種蛋白質質機器都有它特定的作用時機,任務結束就要退場。泛素、自噬體是分解蛋白質時會出現的角色。作為一種標籤,泛素是處理蛋白質不良品十分重要的蛋白質分子。

  (四),最後,細胞必須管制蛋白質的品質,中止製造不良品、回收壞掉的、老舊的蛋白質,這又是怎麼辦到的?原來是一種叫作結合蛋白(BiP)的守護者,平常牢牢抓著分解機制的啟動器,一旦出現壞掉的蛋白質,守護者就會轉而抓住它們,試著修補,同時啟動分解機制,藉這個方式來管理品質。

  對於上述種種有趣的新知,除非是專家,一般人在報章雜誌上看到這些字眼的時候,很可能就讀不下去了。本書的長處就是很仔細、很生動地介紹了這些名詞,讓外行人也能深入認識這些行話。古人說我們要多識於草木鳥獸之名,那是認識大自然最初步的工作。如今生命科學進展的腳步神速,我們也要多識於生命賴以運行的分子和機制之名,才能分享科學進步的樂趣,才能保持對生命最正確的看法,也才不會被充斥街坊的、善於操弄新名詞的商品,騙得生活失去平靜。

  蛋白質出了問題會造成嚴重影響生活的疾病。例如,近年來令人想到牛排心裡就有陰影的俗稱狂牛症的疾病,牽涉到的就是蛋白質品管機制的疏漏。我們身上原本就有正常的傳統型普恩蛋白,而染病的牛身上則有折疊錯誤的散發型普恩蛋白。傳統型遇見散發型,會受影響改變結構變成散發型,於是折疊錯誤的普恩蛋白越來越多,它們堆積在腦子的細胞裡頭,腦子就變得如海綿一般有許多空泡。現在科學家發現,利用一種稱為熱休克蛋白的逆境蛋白質,可以讓傳統型不再變成散發型,因此可能可以用來中止疾病的進行。又例如,一開始以僵硬、緩慢和顫抖表現的帕金森症,目前已經發現有七個基因的突變跟它有關係。這些基因產出的蛋白質,有的是拼錯了,造成蛋白質折疊不正常,有的則是泛素化出問題,也就是在腦細胞遇到逆境的時候,慌亂中細胞裡的蛋白質被折疊錯了,這時應該會有泛素過來跟折疊錯了的蛋白質結合,才知道那是要送去分解的東西。如果泛素化的基因發生突變,壞的蛋白質沒被分解而堆積在細胞裡,腦細胞逐漸死亡,就造成疾病。

  從這些例子可以感受到,這些年來生命科學突飛猛進,讓我們對疾病發生的機制已經有比較新的觀念、比較詳細的說法了。我時常見到一些對疾病的成因很有興趣深究,卻苦於不知道如何著手學習的人;也常見到對生命科學充滿興趣,卻擔心自己太外行而無法入門的人。推薦給有一樣心情的讀者朋友,閱讀這本認識生命科學的第一本書,閱讀相關的科普書籍雜誌,會是很有收穫、很有趣的經驗。

  (本文作者為現為開業醫師,OneGene Biotech Inc.同仁。科普著作有:《認識DNA》、《細胞種子》、《性不性,有關係?》,其中《細胞種子》榮獲2006年中國時報開卷十大好書獎。)

後記

  寫在DNA中的遺傳訊息整體,叫做基因體。如大家所知,人類基因體計畫在二○○三年完成。由三十億個文字(鹼基)所寫成的人體訊息,即親傳子的所有遺傳訊息,現在都已經解開了。

  蛋白質是根據這些基因的訊息製造出來的,那麼有關蛋白質的一切,也全都解開了嗎?答案是否定的。

  我個人認為,自然界的趣味,或是科學世界的醍醐味就在於,當解開一個事實時,就有更多更多的謎和疑問湧出來。湧出來的「不懂的事」比「懂的事」多得更多。這種不可思議,就是將我們牢牢地嵌在自然科學這個領域中,永遠不厭倦地日夜研究的原因。

  蛋白質是一種性格豐富的物質。胺基酸不同的序列,會以不同結構或功能來呈現。表情和功能可以說千差萬別。如果說DNA是只會複製密碼、讀取密碼的書呆子,那麼蛋白質就是提供自我去從事各種勞動的工作者。生命活動中的所有作業,都需要蛋白質。細胞內所有的基礎建設、蛋白質自己的生產和管理、接受或控制種種訊息,在生命活動中,可以說沒有任何一部分不需要蛋白質的參與。

  性格如此豐富的蛋白質,自然是自古以來的研究對象。在生命科學的研究中,它是研究者最多的領域。但是,從前說到蛋白質,大家研究的對象只有獲得某些結構,也就是成熟的蛋白質。然而,實際在細胞的內部,蛋白質的狀態類型變化多端,從蛋白質剛出生時的多□,到完成正確結構的成熟蛋白質都有。而科學家們注意到這一點,其實並不是太久以前的事。毋寧說那是極近期才發現的事實。

  在文部科學省(譯注:即教育部)有一個針對特定領域研究的科學研究費制度。從二○○二年開始的五年內,在我們的領域內,設置了一個特定領域研究,就叫做「蛋白質的一生」。「蛋白質的一生」雖然作為科學研究費的團體名稱有些特別,但目前經過揀選,全國約有六十個研究小組,都分別有了可觀的成果。在此之前,我們有個研究團隊,叫做「分子伴護蛋白的細胞功能控制」,由我擔任代表,現在我們將「蛋白質的一生」持續發展,進而成立「蛋白質的社會」團隊。在這個領域中,我國的研究者對世界貢獻卓著。而文部科學省的科學研究費制度,因妥善地分配團隊研究的研究費,對於研究者層面的擴充,互相訊息交換、切磋琢磨上,發揮了很大的力量。

  我身為這個特定領域研究班的一員或代表,已在「蛋白質的一生」相關研究上,投注了近二十年的心血。如書中所談到的,在包含思維轉移(paradigm shift)的領域,每個重大發展,我都在第一時間親身面對。蛋白質的一生雖是極普遍、基礎的研究,但從這裡繼續推進,就會與BSE等普恩蛋白疾病、阿茲海默症等種種神經變性疾病的病態研究接軌,這些令人興奮的過程,我也曾經參與過。

  在近距離看到這些研究的過程,促使我決定寫下這本書。所謂的「科學常識」,很難傳達給一般讀者了解,為要正確地傳達,有時會被一些瑣碎處困住而寫得太過專業,有時則是太在意普遍性而寫不完整。總之,雖然意識到題材在本質上的困難,但盡可能地把這個領域的趣味,傳達給平常與生命科學領域完全不相干的讀者,就是我寫作這本書的心態。我之所以把焦點放在蛋白質的一生,是希望藉由這個例子,讓讀者領略到細胞雖然是個肉眼看不見的微小世界,但它卻是這麼精巧而完美。如果它能成為一個契機,讓讀者對我們生命的最基本單位 ──細胞,產生一點興味,就是我最大的安慰了。

  我的專業,是分子伴護蛋白與蛋白質的品質管理領域。但是在說明時,我必須進一步談到一般細胞生物學的多個領域。這裡面仍有許多個人能力不及之處,也應會有錯誤或不察的地方。這些細部若有任何不適當,都是筆者個人的責任。

  本書的誕生,得力於岩波書店新書編輯部古川義子小姐之處甚大。她總是用熱切的眼光提出各種疑問,因此我才能修正許多不完備,而做出最適切的記敘。熱心的學生教育老師,優秀的讀者教育作者,在此我再次深表感謝。

二○○八年五月 永田和宏




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