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圖解生化學 YOKUWAKARU SEIKAGAKU

圖解生化學

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9789866434204
生田 哲
洪悅慈
易博士出版社
2011年12月09日
100.00  元
HK$ 85
省下 $15
 
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叢書系列:Knowledge BASE
規格:平裝 / 224頁 / 14.8*21cm / 普級 / 雙色印刷 / 初版
出版地:台灣


Knowledge BASE


自然科普 > 動物/植物 > 動/植物學史















  人體就像一個大型化學反應室,肉眼看不到的分子日復一日默默進行著忙碌的生化反應,以超效運作支應人體種種生存與活動的需求,交織成豐富的生命現象。

【健康、美麗、長壽的奧祕 就在人體的生化反應原理中】

  .魚油能融解沖洗掉血管中熔點高、易凝固的飽和脂肪酸,降低心臟病發生率

  .低GI的麵類不易使血糖值大幅上升,可避免因胰島素大量分泌使脂肪囤積

  .大豆、花生中的卵磷脂能代謝成神經傳導物質「乙醯膽鹼」,提升腦部功能

  .菠菜中的α-次亞麻油酸會代謝成促進腦神經細胞生長的DHA,讓頭腦聰明

  .辣椒可刺激交感神經提升代謝率,使體脂肪更容易燃燒,幫助瘦身

  生化學結合了生物學與化學兩大領域,從物質分子結構特性與化學反應機制等概念解開生命種種謎團,看看微觀世界裡發生了什麼事,才造成我們所知的生命現象。諸如親子如何以DNA傳承遺傳訊息、食物營養成分如何被人體吸收利用等等,都能以生化學得到更精細具體的解答。而生化知識亦示現了正確的營養保健之道,像適當補充鈣質以延緩骨質疏鬆症、每天攝取足夠水分才能維持身體正常機能等,都是現代人必知的生活常識。此外,一九七三年問世的基因重組技術使得生物科技得以發展,致力為人類解決改善如醫療、食品保健、美容、環保上的各種問題,其範圍之廣泛可見於將人體分泌量極少的荷爾蒙量產為藥品、司法上的DNA鑑定運用、開發出生物可分解高分子做為器皿材料等等方面;而生物技術的基底,就建立在生化學之上。

  本書從維持生命必須的身體機能運作為出發點,以平易近人的方式介紹三大營養素與維生素及礦物質在人體的消化吸收與功用、酵素在人體內的重要作用、遺傳物質DNA的機制原理……等內容,並跳脫乏味單調的原理說明而融合生活層面的解讀角度,例如為什麼吃多了甜食會發胖?適度日照有助防癌?鈣質流失是骨質疏鬆症也是動脈硬化的成因?輸血會引發心臟麻痺?操作基因無法同時達到防癌與長壽的效果?……等,將生化學基礎知識與切身相關的議題實際結合,自然而然地在趣味中達到學習之效。

作者簡介

生田 哲

  藥學博士。一九五五年出生於日本北海道。

  東京藥科大學研究所畢業後,前往美國從事學術研究。曾於美國希望城醫學中心研究所、美國加州大學洛杉磯分校等處進行博士後研究,之後在美國伊利諾理工大學化學系擔任副教授。致力於DNA的構造研究,以及針對目標DNA或目標蛋白質進行藥品設計的研究。

  目前回到日本,以科學最新研究進展為基礎持續撰寫相關科普著作,寫作內容包含以基因或腦內物質等分子層次來分析人類精神及心靈活動等等。

  著有《免疫與自然治癒力的機制》、《感染及免疫的機制》(以上由日本實業出版社出版)、《喚醒腦部的三餐》(文春文庫出版)、《用三餐治療心理疾病》(PHP新書)、《控制腦部和心靈的物質》、《熱門營養補充劑的謊言及真相》(以上由講談社出版)等。

譯者簡介

洪悅慈

  國立台灣大學生物機電所畢業,2003年開始兼職日文翻譯,現任公職。



第一章 「生化學」是什麼?
1 運用化學語言回答人體相關問題的學問
2 人類不是基因的奴隸
3 人體是由每天吃的食物所構成
4 人體是六十兆個細胞的集合體
5 構成人體的系統
6 所有生物都是由細胞所構成
7 細胞存活所需的各種營養素
8 一分鐘內傳遍全身的血液
9 組成人體的細胞和組織
10 人體內的代謝機制
11 生物能量貨幣ATP的祕密
12 ATP在體內的功用
13 電是人體存活的基礎!

第二章 構成人體的分子究竟長什麼樣子?
1 食物的消化與吸收
2 主要營養素在體內的命運
3 染色體、基因、DNA及RNA的樣貌
4 解開DNA的立體結構之謎
5 蛋白質是構成細胞的主角
6 蛋白質是如何形成
7 蛋白質的重要結構--α螺旋與β摺板
8 蛋白質的外觀長成什麼樣子
9 醣類是人體的能量來源
10 單醣類和雙醣類是什麼
11 由許多醣類連接而成的多醣類
12 脂質是什麼
13 容易熔化的脂肪酸與不易熔化的脂肪酸
14 對腦部心臟有益及有害的脂肪酸
15 維繫生命的物質--維生素
16 維生素分為水溶性和脂溶性兩類
17 新發現的維生素D功用
18 水溶性維生素的化學結構和功用
19 占人體百分之四的礦物質
20 次要礦物質的功效不可小看
**【Column 1】β胡蘿蔔素之謎

第三章 生物體內的觸媒--酵素和核糖核酸酵素
1 酵素的祕密
2 酵素分為六個種類
3 需要蛋白質以外成分的酵素
4 RNA也能扮演生物體的觸媒角色
5 RNA具酵素功能的突破性發現歷程

第四章 人類生存的祕密
1 人類透過呼吸代謝而活
**【Column 2】糖尿病會引發阿茲海默症!
2 氧氣其實是有毒物質
3 維生素在體內的功用
4 腦部控制著我們的食欲
5 為什麼減肥會失敗
6 抑制飯後急速上升的胰島素即能預防肥胖
7 血型是如何決定的
8 血液是如何凝固的
9 鈣質是生命的基本元素
10 生物體如何利用鈣質
11 危害老年人的骨質疏鬆症
**【Column 3】可以治療肺結核的神奇日光浴
12 骨質疏鬆症與動脈硬化的病因相同
**【Column 4】第一型糖尿病或許可以治癒!

第五章 生物資訊學
1 基因在親子及細胞間傳承
2 基因體是什麼
3  DNA遺傳訊息為單向傳遞方式
4  DNA的遺傳訊息會轉錄成mRNA
5 將鹼基序列轉換成胺基酸的遺傳密碼
**【Column 5】DNA鑑定可以平反死刑犯的冤獄!
6 原核細胞以及真核細胞的轉錄及轉譯方式
7  DNA突變雖然有害,但卻經常發生
8  DNA突變與癌症
9  DNA損傷的修復機制
**【Column 6】透過DNA鑑定判別C型肝炎病毒(HCV)的類型
10 破壞DNA的活性氧與保護DNA的抗氧化物
**【Column 7】受遺傳密碼指揮的第二十一和第二十二個胺基

第六章 人體不可或缺的水
1 水讓人能夠存活
2 人體的水分可分成兩種
3 水分的歲入與歲出會維持平衡
4 流汗後要好好補充水分和礦物質

第七章 不含基因的病原體--普里昂蛋白
1 慢性病毒症使腦部變成海綿狀
2 慢性病毒症的病因其實是普里昂蛋白
3 由牛傳染至人的狂牛症
4 狂牛症的病原體是不死之身
5 含有狂牛症病原體的部位
**【Column 8】正常普里昂蛋白可抑制阿茲海默症?



推薦序

結合生物學與化學雙領域,解開生命內在之祕

  近年來,如SARS疫情、黑心嬰幼兒奶粉含三聚氰胺(melamine)、新流感、食品添加化工塑化劑DEHP代替起雲劑、吃進口牛肉的風險等重大新聞議題,都曾引發熱烈討論、甚至造成社會恐慌。然而,這些問題雖然與我們的日常生活息息相關,但當中卻與專業知識牽涉甚深,一般人若想獲悉其中的原理,就得研讀生化科學內容。

  「生物化學」(Biochemistry)是研究生命物質的化學組成、結構及各種化學變化的科學,這一名詞在1882年就已經出現,但直到1903年「生物化學之父」德國化學家紐伯格(1877~1956年,C. Neuberg)也使用這名詞後,才成為廣泛的說法。

  在最早期的發展歷史中,生物化學原本只是生物學和化學當中的一部分而已,其研究起始於1833年,當時法國化學家佩恩(A Payen)發現了第一個酵素--澱粉(酉每)(amylase),這是人體分解澱粉多醣類到葡萄糖所必需者。一般而言,化學反應需要有足夠的能量才能促使發生,例如熱能;但生物體中的有機反應,無法以高溫高壓或加入金屬等方式來加速或促使發生,必須有酵素參與催化(catalysis)、循環(recycling)、進而調控(regulation)。而這些酵素所需要參與的反應及原理,已非傳統有機化學所能涵蓋,從此,生物化學便逐漸從有機化學的領域中區分出來,成為一門獨立的學科。

  細胞和組織是人體的組成元件,用以形成心、肝、腎、肺、胃腸、骨骼、皮膚等器官,再進而構成身體的呼吸、循環、消化、泌尿、排泄、神經、外皮、內分泌及免疫等系統;而生化學的研究領域,便是從化學當中物質分子的組成、結構、以及彼此間的化學變化等層級和角度,來探討發生在生物上的各種生命現象。隨便舉些本書提及的有趣問題,例如,「我們每天吃進去的食物在體內究竟有什麼作用?」、「為何甜甜的糖果會在體內轉成脂肪使我們發胖?」、「人活著必需呼吸,而何以氧氣是絕對不可或缺的?」等等,這些生活中看似理所當然卻不明所以的疑問,其實都是和「生化學」密切相關的課題。

  到了二十世紀中期以後,隨著各種新技術的發明(例如核磁共振儀、電子顯微照相技術)和分子動力學模擬等分析方法研發成功,生物化學的發展愈發蓬勃迅速。近十年來,更因為分子生物學(Molecular biology)、分子遺傳學(Molecular genetics)及生物資訊學(Bioinformatics)的應用,使生物化學的研究進入了蛋白質體學(Proteomics)以及現今熱門的代謝體學(Metabolomics)等更為精細的領域,這兩者都是利用電腦模擬分析軟體,以針對蛋白質、新陳代謝物質的結構和功能所做的一種大規模研究。

  蛋白質體學的相關研究成果已經在訊息傳導、藥物動力學分析等方面提供有用的訊息;代謝體學的應用則可迅速偵測到外來毒物、疾病症狀及投藥反應時標記物的變化,從而得知藥物的治療效率,或是由身體營養狀況得知相對應的基因功能。目前在各大學理學、醫學、農學或生命科學院系,均競相開授相關課程而蔚為風潮。

  再者,自1901年設立以來迄今110年的諾貝爾獎(Nobel prize),歷年「生理學或醫學獎」所有得獎者、以及約三分之一「化學獎」得獎者,均為研究「生化學」相關領域而得獎。由此可知,百年來「生化學」不僅發展之日新月異,其重要性與影響力亦可見一斑。

  本書將「生化學」從人體能量代謝觀點闡述,文字淺顯易懂,語詞嚴謹但不失詼諧,使枯燥艱澀又繁瑣複雜的生化學,變得具體而微,又唾手可得,無論讀者背景如何均可理解把握。

  內容除了重新詮釋舊有知識以外,更收入新穎知識的概念,尤其以下篇章特別引人入勝,值得細心閱讀。既有知識方面,譬如:胡蘿蔔素「治」癌與「致」癌之謎、突變是癌細胞的成因、日光浴可治療肺結核……等。而關於新穎知識註解方面,則譬如:輸血會引發心臟麻痺、氧氣是有毒物質、骨質疏鬆的病因與動脈硬化相同、再怎麼操作基因也無法同時達到防癌與長壽的效果、糖尿病會引發阿茲海默症……等。作者別開生面、「剝絲又抽繭」地娓娓道來,或以「舊瓶裝新酒」地款款述說,雖然牽涉的道理艱深,但都能讓初學者心領神會,實在難得。

  綜觀內容,《圖解生化學》一書,真可提供給需要生物化學專門知識之大學生,和意欲加強生化相關常識的一般人士之用。書中有約一百幅圖解,協助讀者瞭解生物化學上一些基本認識與原理觀念,進而洞悉生命的奧祕。以本人主修生化獲博士學位的訓練背景,與在臺大教授「生物化學」課程超過三十年的教學經驗,研讀本書還能得到「生化」新知識,也認為本書內容對修讀生物化學的學生大有助益,因而對《圖解生化學》一書,特別強力推薦。

文◎李平篤(國立臺灣大學生化科技學系名譽教授)

作者序

由日常著眼,認識日新月異的生化知識

  本書是將二○○二年在日本發行後廣受好評的《生化學超入門》進行全面性改版後的最新版本,同時改名為<圖解系列>當中的《圖解生化學》。

  會改版的原因,主要是生化學這個領域不斷出現突破性的研究進展,使得內容必須隨之更新。許多優秀的學者紛紛投入生化學領域,陸續發表了許多影響生化學基礎的研究結果,因此就連介紹生化學基礎的本書也不得不改版,將這些研究成果收錄進來。

  二十一世紀可說是生命科學的時代,而「生化學」正是生命科學的基礎。所謂的生化學,指的是一門從分子(物質)層次來研究「生物是如何生存活動」的學問。以往生物學的研究重心,大多放在植物的分門別類,以及在顯微鏡下觀察組織或細胞的形態;不過,自從一九五三年科學家發現「遺傳物質就是雙螺旋結構的DNA(去氧核糖核酸)」之後,情況就完全改變了。從這個時候開始,生物學變身成一門從分子層次這種微觀的角度來追蹤生命現象的學問,生化學這個學科也就此誕生。

  一九七三年,科學家發明了基因重組技術,可以利用酵素將DNA任意切割或接合,也因此促使生物技術這門學問誕生。只要利用生物技術,就可以大量生產出人體內分泌量極少的荷爾蒙,做為治療相關疾病的藥品。透過分析患者和病毒的DNA,甚至可以對藥品的療效、副作用的大小等問題進行某種程度的預測。在判別親子關係及篩選犯罪嫌疑犯等方面,DNA鑑定也已經成為一項不可或缺的工具。

  在臨床醫療上,移植用的人體器官總是不夠;為了解決這個問題,科學家不斷研究在實驗室培養出人體器官,其中的關鍵在於如何製造出萬能幹細胞,而近年來日本及美國的研究團隊都相繼有所成果。利用萬能幹細胞,便可以修補如心臟、肺臟、軟骨、血管等人體器官的部分缺損,最終甚至能培養出完整的人體器官,開拓再生醫學的發展之路。

  其他像是保護地球環境、開發替代性能源等,都是影響人類存亡的急迫議題。為了解決這些問題,利用生物技術開發出對環境友善的生物可分解高分子、或是製造生質燃料這種從生質能轉換而來的能源等等,便成為眾所期盼之道。

  人類所面臨的問題可說是堆積如山,有許多需要努力的地方,希望大家都能果敢地向這些問題挑戰。不過在此之前還必須要有紮實的基礎,而這個基礎就是生化學。

  在這裡例舉幾個生化學研究的具體項目,像是生化分子究竟長成什麼樣子、在經過化學反應之後會轉變成什麼分子、促進化學反應的要角「酵素」的運作機制為何、親子之間是如何傳承遺傳訊息、營養素在人體內如何發揮作用、為什麼人體需要維生素與礦物質、約占人體百分之六十的水分究竟有什麼功用……等等。

  像是人體內的酵素反應、DNA複製及轉譯等工作機制,與其用「精密」二字來形容,不如稱為「藝術」較為貼切。人活著本身就是如此不可思議。另一方面,像DNA、RNA、蛋白質、脂質、醣類等構成細胞的物質,其化學結構雖然看似複雜,事實上卻是單純而美麗。相信各位讀者也不禁會被這些大自然的美麗給感動。

  本書經過了全面性改版,主要修改的重點大致如下:

  (1)以往生化學的教科書,大多都是以DNA為中心來描述生命現象,這個傾向尤其在分子生物學類的教科書中更是明顯,像是「基因會命令細胞在何時要製造出多少的哪一種蛋白質」、以及「基因是生命的指揮中心」等敘述方式,如此一來,就容易讓讀者誤解成基因好像才是生命的主角。

  相較之下,本書的敘述方式則如同「基因DNA可說是細胞製造蛋白質所需的食譜」這一句所表現的,明確指出生命的主角應該是細胞(生物)才對。

  (2)日光浴時皮膚所產生的維他命D,具有預防癌症或細菌感染的效果。

  (3)科學家目前已經確定輸血是引起心臟麻痺的風險因子之一。

  (4)雖然目前還在動物實驗階段,但自體免疫疾病的代表--第一型糖尿病,或許可以藉由接種BCG疫苗後進行脾臟移植來治療。

  (5)一般來說,黃綠色蔬菜當中所含的β胡蘿蔔素成分可以預防癌症,但矛盾的是,如果以營養錠的形式補充β胡蘿蔔素,反而會升高罹患肺癌的機率。

  (6)目前為止科學家還不清楚正常普里昂蛋白的功用,但似乎有很高的可能性可以抑制阿茲海默症。

  本書的最大目標,是希望讀者可以理解生化學的全貌,因此當中挑選了一些最基礎以及與日常生活相關的項目,盡可能平易地解說。若讀者能透過本書體會到生化學的樂趣,就是筆者最大的榮幸。

二○○八年一月 生田哲




其 他 著 作
1. 圖解免疫與自然治癒力:遠離疾病、回復健康的神奇生命力〔修訂版〕
2. 圖解免疫與自然治癒力