Biochemistry: Concepts and Connections（生化学：概念とつながり）

引用

Appling, D. R., Anthony-Cahill, S. J., & Mathews, C. K. (2019). Biochemistry: Concepts and Connections (2nd ed.). Pearson.

章の要約

序文の説明によれば、本書は26章から成り、3つのまとまりに分かれる。最初の10章は生体分子の構造と機能、次の10章は中間代謝、最後の6章は遺伝の生化学を扱う。本文には、基本的な考え方や実社会での応用を示す「CONCEPT」と「CONNECTION」の記述があり、「Tools of Biochemistry」（生化学の手法）という17の短い節が全体に配置されている。

第1～4章：生化学と化学の言語；生命の化学的基盤：水性環境における弱い相互作用；生命のエネルギー論；核酸

第1章は、学問分野としての生化学、生命体を構成する元素と分子、細胞を紹介する。第2章は、非共有結合性相互作用、水、酸塩基平衡と緩衝液、溶液中の巨大イオンの挙動を扱い、手法の節は電気泳動である。第3章は、自由エネルギー、その平衡や濃度との関係、ホスホリル基転移、酸化還元電位を展開する。第4章は、二重らせんや DNA の別の構造形式から、複製・転写・翻訳の予告までを含む核酸の構造を紹介し、手法の節では DNA の操作と X 線回折を取り上げる。

第5～8章：タンパク質入門：タンパク質構造の一次レベル；タンパク質の三次元構造；タンパク質の機能と進化；酵素：生体触媒

最初に、アミノ酸、ペプチド結合、配列の相同性、タンパク質の精製と配列決定を扱う（第5章）。第6章は、二次構造、繊維状タンパク質と球状タンパク質、フォールディングとミスフォールディング、構造予測、四次構造を扱う。第7章は、結合、適応免疫応答と抗体、ミオグロビンとヘモグロビン、筋肉のアクチン–ミオシン系を論じる。第8章は酵素を展開する。触媒作用、補酵素とビタミン、速度論、阻害、調節、共有結合による修飾である。

第9～10章：炭水化物：糖、サッカライド、グリカン；脂質、膜、細胞内輸送

単糖、オリゴ糖、多糖、糖タンパク質を扱い、続いて脂質、膜の構造、膜を介した輸送、イオンポンプ、興奮性膜を扱う。

第11～15章：代謝の化学的論理；炭水化物代謝：解糖、糖新生、グリコーゲン代謝、ペントースリン酸経路；クエン酸回路；電子伝達、酸化的リン酸化、酸素代謝；光合成

第11章は、代謝経路に共通する反応の型、生体エネルギー論、制御機構を述べる。第12章は、解糖、糖新生、グリコーゲン代謝、ペントースリン酸経路を1つの章にまとめている。第13～15章では、クエン酸回路、ミトコンドリアの呼吸鎖、光合成が続く。

第16～20章：脂質代謝；脊椎動物におけるエネルギー代謝の臓器間・細胞内調整；アミノ酸と窒素の代謝；ヌクレオチド代謝；シグナル伝達の機構

脂肪酸の酸化と合成、リン脂質・スフィンゴ脂質・ステロイドの代謝、燃料代謝のホルモンによる調節と代謝ストレスへの応答、窒素の利用とアミノ酸の分解・生合成、プリンとピリミジンの代謝、そして受容体型チロシンキナーゼや神経伝達を含むホルモンおよびシグナル伝達系を扱う。

第21～26章：遺伝子、ゲノム、染色体；DNA 複製；DNA の修復、組換え、再編成；転写と転写後プロセシング；情報の解読：翻訳と翻訳後のタンパク質プロセシング；遺伝子発現の調節

ゲノムと配列解析（手法の節としてポリメラーゼ連鎖反応）、複製、修復と組換え、転写と RNA プロセシング、遺伝暗号と翻訳の機構、そして最後にラクトースオペロンからクロマチン、エピジェネティクス、RNA 干渉、リボスイッチ、RNA 編集に至る調節を扱う。

主要概念

第1～4章：水、エネルギー、核酸

• 非共有結合性相互作用：生体分子をまとめている電荷、双極子、ファンデルワールス力、水素結合の相互作用。
• ヘンダーソン–ハッセルバルヒの式と緩衝液：第2章で扱う弱酸の定量的な取り扱い。
• 自由エネルギー：ΔG と、エンタルピー、エントロピー、平衡状態との関係。
• ホスホリル基転移ポテンシャル：有機リン酸化合物がエネルギーの変換体として働く理由。

第5～10章：タンパク質、酵素、炭水化物、脂質、膜

• ペプチド結合と一次構造：配列と相同性が遺伝子とタンパク質機能をつなぐしくみ。
• タンパク質のフォールディング：二次・三次・四次構造、シャペロン、ミスフォールディング。
• 酵素速度論と阻害：ミカエリス–メンテンの挙動と活性の調節。
• 膜輸送：イオンポンプ、共輸送、活動電位。

第11～20章：代謝とシグナル伝達

• 代謝の制御：多くの経路に共通する調節点。
• 解糖、クエン酸回路、酸化的リン酸化：エネルギーを生み出す中心的な一連の過程。
• 燃料代謝のホルモンによる調節：エネルギー供給の臓器間の調整。
• シグナル伝達：受容体、チロシンキナーゼ、増殖制御との関係。

第21～26章：遺伝の生化学

• DNA ポリメラーゼ、正確さ、修復。
• 遺伝暗号と翻訳の機構。
• オペロンと真核生物の転写制御：ラクトースオペロンからクロマチンのリモデリングまで。
• RNA 干渉とリボスイッチ：RNA レベルでの調節。

批判的分析

長所

• **混合専攻向けのコースを想定した設計。**序文は著者がねらいとした条件を挙げている。代謝に入る前に分子の構造と機能を理解すること、概念の実験的な根拠を見ること、実社会での応用に触れること、ヘンダーソン–ハッセルバルヒの式やミカエリス–メンテンの式のような考え方の定量的な基礎をつかむことである。書名は、長い記述的な詳細よりも基本概念を重視する姿勢を表している。
• **実験手法が本文の一部になっている。**電気泳動、X 線回折、タンパク質の発現と精製、メタボロミクス、PCR などを扱う17の「Tools of Biochemistry」の節と、この読者層向けに選ばれ、ノーベル賞講演へのリンクを含む各章約12件の参考文献が、生化学を実験科学として提示している。
• **視覚的なまとめ。**第2版には、化学と生物学を1つのテーマで結び付ける「Foundation Figure」が10点あり、タンパク質の構造、酵素活性の調節、細胞シグナル伝達、情報の流れなどを扱う。
• **一部に解答の付いた問題集。**序文によれば各章に15～25題の問題があり、約半数には巻末に簡潔な解答が付いている。
• **コンパクトな代謝部分。**炭水化物、脂質、アミノ酸の代謝にそれぞれ1章（第12、16、18章）が充てられているため、中央のまとまりは10章にとどまっている。

短所

• **解答は一部のみ。**簡潔な解答が本書にあるのは問題の約半数だけである。完全な解答は別冊の解答集にあり、出版社はそれを教員用資料に分類している。
• **一部の学習支援は印刷された本文の外にある。**出版社が宣伝する閾概念（threshold concept）のチュートリアルと対話型ケーススタディは、本ではなく Mastering Chemistry を通じて課される。
• **シグナル伝達が後ろに置かれている。**序文は、第20章が炭水化物・脂質代謝のホルモン制御の後に置かれており、一般的な配置とは異なると認めている。したがって、シグナル伝達をもっと早く教えるコースでは順序の入れ替えが必要になる。
• **分子生物学が前の章と後ろの章に分かれている。**第4章は核酸とタンパク質の合成の簡単な紹介にとどまり、序文によればそれらは巻末でずっと詳しく扱われる。したがって、分子生物学を早く扱いたいコースは先に飛ぶ必要がある。

コースにおける位置づけ

生化学の一覧の中で、Appling、Anthony-Cahill、Mathews の本は、混合専攻のコース向けに書かれた学部生用の教科書である。Mark Lorch の Biochemistry: A Very Short Introduction と David Goodsell の図解書 The Machinery of Life は、これに先立って、あるいは並行して読む簡潔な入門書である。この一覧にある Berg ほかの Biochemistry は包括的な教科書であり、Voet、Voet、Pratt の Fundamentals of Biochemistry と Nelson ほかの Lehninger Principles of Biochemistry は、一覧の生物学側にある本格的な教科書である。Pratt と Cornely の Essential Biochemistry と McKee 夫妻の Biochemistry: The Molecular Basis of Life は、紹介文によれば、より短いか入門的な本である。McMurry と Begley の The Organic Chemistry of Biological Pathways は代謝を反応機構から説明しており、本書の代謝の章と並べて読むのに適している。Kuriyan、Konforti、Wemmer の The Molecules of Life は物理化学の観点から主題に迫る。

本書の使い方

序文は、読者を混合専攻のコースの学生として説明している。前提知識は挙げていないが、第2章と第3章が水、酸塩基平衡、熱力学を基礎から展開しており、出版社のオンライン・チュートリアルは、以前の授業の内容を復習するためのものである。

2学期制の授業では、第1～10章を順に読む。タンパク質、酵素、膜が、その後のすべての土台になるからである。第11章は代謝への重要な一歩であり、第12～14章とあわせて読むのがよい。第15～19章は、コースに応じて選んでよい。著者はシグナル伝達（第20章）を遺伝の生化学の直前に置いているが、もっと早く扱いたいコースは第17章の後に読むこともできる。Tools of Biochemistry の節は、実験に関心のある読者に向いており、それが現れる章と一緒に読める。章末問題は章ごとに解き、最初の確認には巻末の解答を使う。Concept と Connection の記述は、手早い自己確認に使うとよい。