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蛋白質的一生(改版):認識生命科學的第一本書
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  • 蛋白質的一生(改版):認識生命科學的第一本書

  • 作者:永田和宏
  • 出版社:商周出版
  • 出版日期:2016-01-12
  • 定價:250元
  • 優惠價:79折 198元
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本書適用活動
【2018聖誕月】聖誕老公公把禮物藏在花園裡

內容簡介

你知道—— 膠原蛋白是人體內數量最多的蛋白質? 骨骼和酵素也是蛋白質的一種? 蛋白質傳遞訊息錯誤會導致基因突變? 很多疾病如阿茲海默症或狂牛症,其實與蛋白質病變有關? 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!

目錄

〈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——蛋白酶體/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

序跋

〈前言〉細胞中的工作者,蛋白質
  聽到「蛋白質」這個詞,你首先會聯想到什麼?或許很多人會連想到,它是牛奶、牛肉、豆腐等食品裡含有的營養,或者也有讀者會想到世面大力宣傳,具有「美膚效果」的膠原蛋白。   不過,並不是只有牛肉和大豆含有蛋白質,我們人體有百分之六十到七十是水分,固體成分約有百分之二十是蛋白質。構成我們身體的蛋白質,由二十種胺基酸排成一列,而非分枝衍生而成的。我們從食品從攝取的蛋白質,會分解成它的構成要素——胺基酸,然後再讓胺基酸連結起來,產生蛋白質。這個循環本身就是生命活動的根本,而蛋白質則是支持人體最重要的物質之一。   常有人說:「人體就是個宇宙。」但我們從幾項數值更能切實體會這句話。細節後面的章節中再談,這裡我們先來看看三個問題。   第一個問題是關於細胞。我們人體,是由「細胞」所構成,這一點我想大部分的讀者都已經知道了,但你可知身體是由幾個細胞組成的呢?答案是約六十兆個。這個數字太大了,實在很難想像。比如說,平成十九年度的日本國家總預算,一般會計預算約為八十兆圓。這個數字也同樣沒有真實感,但如果把這筆金額換成一萬圓鈔票,每束一百萬圓為一公分,那麼就有八百公里,相當於兩百座富士山的高度。若是排在地上,約為東京到下關的直線距離。   每個不同種類的細胞大小也不相同,大約為十~二十微米,一釐米的百分之一到五十分之一的程度。依此數據,假定一個細胞,是大小直徑為十微米的球,而將全身上下的細胞排成一列的話,長度就有六十萬公里。可以確定的是我們每個人身體中,都塞滿了這麼多細胞。   除去紅血球之外,我們的細胞,每個都各自含有「核」的部分,核中則儲存著「DNA」。現在大家都知道DNA保存著遺傳資訊,但這個儲存父母傳遞給孩子的遺傳資訊,也是身體設計圖的DNA,簡單地說,就像一條很細的線。為了在任何時候都能完整讀取這個資訊,所以它採取不分枝的一條線構造,使情報得以完整傳達。DNA的線以四十六個染色體,藏在細胞核中,但如果把一個細胞裡所含的DNA連結起來,拉長成一條線的話,約有一點八公尺長。也就是說,僅僅百分之一釐米大小的細胞,位於其中的核裡,事實上擠滿了與自己差不多高的DNA。   那麼,接下來是第二個問題。一個人身體中的DNA,如果連結成一條直線的話,大概會有多長呢?答案是很單純,用乘法將一點八公尺乘以六十兆,就會得到一○○○億公里。這已經不是國家預算可以形容,而是地球到太陽來回三百圈的長度。由此可知,我們的身體裡擁有一組天文數字,細胞雖然只是個渺小的生命單位,但其中卻是有宇宙級的數值,的確可以叫它「微小宇宙」(micro cosmos)。   大約在二十年前,我無意間讀到一本書,是本庶佑先生寫的《遺傳子述說的生命像》。裡面有一段便提到DNA的長度。雖然只是一個大略的數字遊戲,但它充滿了新鮮和驚奇,從中窺見了生物本身的神祕。   近日,中小學生自殺或年幼小孩虐待致死的案件時有所聞。尋求有效的預防方法,乃是國家緊急的議題。但從個人的角度,我認為與其重複一百次生命的重要,不如告訴大家我們體內DNA的神奇長度,是否可能更為有效。   我們人類是身高不及兩公尺的動物,而從地球的規模來看,我們存在的時間,也只不過百年。真的是極其渺小、微弱的存在。但是我們這個微小的存在,一方面卻在微量連接了巨量,形成了偉大的宇宙。一個人體實際上擁有六十兆細胞,從父母身上繼承的DNA連接起來,有地球到太陽來回三百次的長度。這樣低微、渺小的「自己」,如果從這個觀點重新檢視的話,或許就能稍微切身地感受到輕易尋死,或虐待幼兒,是多麼荒唐無稽的事。生命的重量,不是用理智去了解,而是憑感覺去體會,所以藉由本書後面的敘述,期待各位或許可以在接觸生命的奇妙結構後,很自然地理解它。   最後,是第三個問題。在細胞的微小宇宙中,又含有多少蛋白質呢?答案也很天文學。六十兆個細胞裡,據說每個細胞都有八十億個蛋白質。而且這八十億個蛋白質,並不是產生之後就結束了,它還會反覆地分解和生成,進行新陳代謝。它的生成速度,有人計算過最活躍的細胞一秒鐘可生成數萬個。百分之一釐米大小的細胞,每一個細胞為了生存,就需要八十億個蛋白質。   六十兆個細胞中,每一個每秒鐘都以驚人之勢不斷合成蛋白質。我們一般不會意識到這件事,但在我們渾然不覺間,就因為它們祕密地辛勤工作著,才有我們的存在。   所以,就如本書後面將提到的,唯有如此生成的種種蛋白質,才能全面地支持微小宇宙的生命活動。反言之,了解蛋白質,才能夠明白「生命」的存續。說到蛋白質,一般人都會立刻聯想到牛、豬等肉,或是大豆等植物性蛋白質等食物。但是,蛋白質不僅是重要的食物,也是在所有比細胞更小的分子當中,最重要的維持生命的工作者。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,發生異常,而使正常的生命活動無法繼續,又或是身體中累積異常的蛋白質。另外也有些時候,異常蛋白質累積,會像阿茲海默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。毋庸置疑地,蛋白質是我們生命活動中的主角。   生命科學,即所謂Life Science,這個字已是一般人都很熟悉的字眼,它是一種以負責生命活動的分子為對象,解開該分子如何運作,生命活動如何進行的學問。本書是就現代生命科學的根基——細胞生物學的範圍來說明,但是,筆者並沒有打算只將它寫成細胞生物學的教科書,而是想把焦點放在生命活動的主角——蛋白質,與讀者們一起體驗每個蛋白質誕生、成長、成熟、老化,以至死亡等,人生一般的連續劇。進而來談談最近受到極大矚目、可說是蛋白質本身的病變——異常蛋白質的生成,以及細胞如何早一步發現異常、對應那種異常狀態的危機管理能力。當這種危機管理系統出現破綻,無疑就會直接通向生病一途,因此我也將把重點放在細胞內的蛋白質品質管理系統,與形成其破綻的疾病。   在本書中,第一章將會簡單說明蛋白質的工作場所——細胞,這部分包含高中程度的生物學複習,因此不熟悉生物學的朋友,務請不要錯過。接著第二章,我們將來看看在DNA中的遺傳訊息基礎下,蛋白質如何合成的機制。以及它合成之後,各種蛋白質形成了什麼樣的構造。關於蛋白質的成長、成熟機制,我們會在第三章說明。它可說是蛋白質一生中的青少年期。   蛋白質光是形成還不行,它如果沒有配送到正確的地點,仍是不能發揮功能的。因此,我會在第四章談談貼在蛋白質身上的名牌,標示它將配送到哪裡去;並認識配送的目的地,和揀選機構。如果用人的一生來類比,它就是通勤和轉車的部分吧。   經過正確合成、運送到正確位置的蛋白質,在充分發揮功能之後,終於也要面對壽終正寢的時刻。第五章裡,我將說明蛋白質死亡時如何分解的過程,也就是蛋白質的後半生、退休、老年到死亡的局面。   我們人體內,每天都會有大量的蛋白質生成,並且經常在分解。其中當然也會生成錯誤的蛋白質,有時也必須清理製造過剩的蛋白質。在第六章中,我們將來談談蛋白質生產現場的品質管理機制。在人類社會中,常因食品或醫藥品品質管理的假造,而形成種種社會問題。但我們每個細胞的內部,都有非常完美的機制在運作,令人聯想的人類社會的品質管理機構。而且這個機制不會有欺瞞、馬虎、甚至竄改等情事發生,它們切實認真地進行蛋白質的品質檢查,並運用再生、分解等來應對。   但是一旦這個品質管理有錯,生產大量的壞品,而無法適切地處理應被廢棄的蛋白質時,人體就會產生種種疾病了。和人一樣,蛋白質的疾病也經常在老年發生,但疾病仍也可能在年輕時期,或幼年時期就發病,而蛋白質在誕生時,也有極精密的品質管理系統在運作。   跟隨這幾章的介紹,您將能認識蛋白質的一生。我們身體裡數萬種蛋白質中,壽命短的只有僅僅數秒,但壽命長的,可以一直工作數個月。蛋白質其實是十分具有個性的個體。我希望能時時記住其多樣性的前提下,來談談其普遍性的一生。

延伸內容

分享科學進步的樂趣——我讀《蛋白質的一生》
◎文/林正焜   商周出版社的黃靖卉總編輯,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、《性不性,有關係》榮獲第五屆吳大猷科學普及著作獎創作類金籤獎。)

作者資料

永田和宏

京都產業大學綜合生命科學部教授・學部長、京都大學名譽教授,專攻細胞生物學,曾任日本細胞生物學會會長;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。

基本資料

作者:永田和宏 譯者:陳嫺若 出版社:商周出版 書系:科學新視野系列 出版日期:2016-01-12 ISBN:4717702092184 城邦書號:BU0092X 規格:平裝 / 單色 / 224頁 / 15cm×21cm
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