Biochemistry: Concepts and Connections（生物化學：概念與連結）

引用

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

章節概要

據序言介紹，全書共26章，分為三個部分：前10章講生物分子的結構與功能，隨後10章講中間代謝，最後6章講遺傳生物化學。正文中的「CONCEPT」和「CONNECTION」提示語標出基本概念與現實應用，全書還分佈著17個簡短的「Tools of Biochemistry」（生物化學技術）專欄。

第1–4章：生物化學與化學的語言；生命的化學基礎：水環境中的弱相互作用；生命的能量學；核酸

第1章介紹這門學科、生命系統的元素與分子以及細胞。第2章討論非共價相互作用、水、酸鹼平衡與緩衝液，以及大離子在溶液中的行為，技術專欄是電泳。第3章闡述自由能、它與平衡及濃度的關係、磷醯基轉移和氧化還原電位。第4章介紹核酸的結構，從雙螺旋和DNA的其他形式，到對複製、轉錄和翻譯的預覽，技術專欄講DNA操作和X射線衍射。

第5–8章：蛋白質導論：蛋白質結構的一級水平；蛋白質的三維結構；蛋白質的功能與進化；酵素：生物催化劑

首先是胺基酸、肽鍵、序列同源性以及蛋白質的純化與測序（第5章）。第6章涉及二級結構、纖維狀蛋白與球狀蛋白、摺疊與錯誤摺疊、結構預測和四級結構。第7章討論結合、適應性免疫應答與抗體、肌紅蛋白與血紅素，以及肌肉的肌動蛋白–肌球蛋白系統。第8章闡述酵素：催化、輔酶與維生素、動力學、抑制、調節和共價修飾。

第9–10章：碳水化合物：糖、糖類、聚糖；脂質、膜與細胞轉運

單糖、寡糖、多糖和糖蛋白，隨後是脂質、膜的結構、跨膜轉運、離子泵和可興奮膜。

第11–15章：代謝的化學邏輯；碳水化合物代謝：糖酵解、糖質新生、糖原代謝與戊糖磷酸途徑；檸檬酸循環；電子傳遞、氧化磷酸化與氧代謝；光合作用

第11章說明各代謝途徑共有的反應類型、生物能學和控制機制。第12章把糖酵解、糖質新生、糖原代謝和戊糖磷酸途徑合併在一章中；第13–15章依次是檸檬酸循環、粒線體呼吸鏈和光合作用。

第16–20章：脂質代謝；脊椎動物能量代謝的器官間與細胞內協調；胺基酸與氮代謝；核苷酸代謝；訊號轉導機制

脂肪酸的氧化與合成，磷脂、鞘脂和類固醇的代謝；燃料代謝的激素調節與對代謝應激的反應；氮的利用以及胺基酸的降解與生物合成；嘌呤與嘧啶代謝；以及包括受體酪胺酸激酶和神經傳遞在內的激素與訊號系統。

第21–26章：基因、基因組與染色體；DNA複製；DNA修復、重組與重排；轉錄與轉錄後加工；資訊解碼：翻譯與翻譯後蛋白質加工；基因表達的調控

基因組與序列分析（技術專欄為聚合酶連鎖反應）、複製、修復與重組、轉錄與RNA加工、遺傳密碼與翻譯機制，最後是調控，從乳糖操縱子到染色質、表觀遺傳學、RNA干擾、核糖開關和RNA編輯。

核心概念

第1–4章：水、能量與核酸

• 非共價相互作用：把生物分子維繫在一起的電荷、偶極、範德華和氫鍵相互作用。
• 亨德森–哈塞爾巴爾赫方程與緩衝液：第2章對弱酸的定量處理。
• 自由能：ΔG 及其與焓、熵和平衡狀態的關係。
• 磷醯基轉移勢：有機磷酸化合物為什麼能充當能量轉換體。

第5–10章：蛋白質、酵素、碳水化合物、脂質與膜

• 肽鍵與一級結構：序列與同源性如何把基因和蛋白質功能聯繫起來。
• 蛋白質摺疊：二級、三級和四級結構，分子伴護蛋白與錯誤摺疊。
• 酵素動力學與抑制：米氏行為與活性調節。
• 膜轉運：離子泵、協同轉運和動作電位。

第11–20章：代謝與訊號轉導

• 代謝控制：許多途徑共有的調節點。
• 糖酵解、檸檬酸循環與氧化磷酸化：產能的核心序列。
• 燃料代謝的激素調節：能量供應在器官間的協調。
• 訊號轉導：受體、酪胺酸激酶及其與生長控制的聯繫。

第21–26章：遺傳生物化學

• DNA聚合酶、保真度與修復。
• 遺傳密碼與翻譯機制。
• 操縱子與真核轉錄控制：從乳糖操縱子到染色質重塑。
• RNA干擾與核糖開關：RNA水平的調控。

評析

優點

• **為混合專業課程而設計。**序言列出了作者的目標：在講代謝之前先理解分子的結構與功能，看到概念的實驗依據，接觸各種現實應用，並掌握亨德森–哈塞爾巴爾赫方程、米氏方程等思想的定量基礎。書名所表達的，是重視基本概念而非冗長的描述性細節。
• **實驗方法融入敘述。**17個「Tools of Biochemistry」專欄（涉及電泳、X射線衍射、蛋白質表達與純化、代謝組學、PCR等），以及每章約12條為這一讀者群挑選的參考文獻（其中包括諾貝爾獎演講的連結），把生物化學呈現為一門實驗科學。
• **視覺化總結。**第二版有10幅「Foundation Figure」，圍繞一個主題把化學與生物學整合起來，如蛋白質結構、酵素活性調節、細胞訊號和資訊流。
• **帶部分答案的習題。**序言說明每章有15至25道習題，約一半在書末附有簡要答案。
• **代謝部分緊湊。**碳水化合物、脂質和胺基酸代謝各佔一章（第12、16、18章），使中間部分只有十章。

局限

• **答案不完整。**書中只給出約一半習題的簡要答案；完整解答在另一本手冊中，出版社把它列為教師資源。
• **部分輔助資源在印刷正文之外。**出版社宣傳的閾概念（threshold concept）輔導和互動式案例研究是通過 Mastering Chemistry 佈置的，不屬於書本身。
• **訊號轉導靠後。**序言承認，第20章的位置不同尋常，放在糖和脂質代謝的激素調控之後，因此希望更早講訊號轉導的課程需要調整順序。
• **分子生物學分散在前後章節。**第4章只對核酸和蛋白質的合成作簡要介紹，序言說這些內容在書末講得詳細得多，因此希望較早講分子生物學的課程必須往後跳讀。

在課程中的定位

在生物化學書單中，Appling、Anthony-Cahill 與 Mathews 的這本書是為混合專業課程編寫的本科教材。Mark Lorch 的 Biochemistry: A Very Short Introduction 和 David Goodsell 的圖解書 The Machinery of Life 是可以在此之前或同時閱讀的簡明入門讀物。本書單中 Berg 等人的 Biochemistry 是一部綜合性教材，Voet、Voet 和 Pratt 的 Fundamentals of Biochemistry 以及 Nelson 等人的 Lehninger Principles of Biochemistry 是書單中偏生物學一側的完整教材。Pratt 與 Cornely 的 Essential Biochemistry 和 McKee 夫婦的 Biochemistry: The Molecular Basis of Life，按其介紹，篇幅更短或更偏入門。McMurry 與 Begley 的 The Organic Chemistry of Biological Pathways 通過反應機理解釋代謝，適合與本書的代謝各章搭配；Kuriyan、Konforti 和 Wemmer 的 The Molecules of Life 則從物理化學角度討論這一學科。

如何使用本書

序言把讀者描述為混合專業課程的學生。它沒有列出先修要求，但第2章和第3章從頭講授水、酸鹼平衡和熱力學，出版社的線上輔導也旨在複習此前課程的內容。

在兩學期的課程中，按順序讀第1–10章，因為蛋白質、酵素和膜是其後一切內容的基礎。第11章是進入代謝的關鍵一步，應與第12–14章一起讀；第15–19章可以按課程需要選讀。作者把訊號轉導（第20章）放在遺傳生物化學之前；希望更早講授的課程可以在第17章之後讀它。「Tools of Biochemistry」專欄適合關注實驗的讀者，可以與其所在的章節一起讀。逐章做章末習題，用書末答案做初步核對；還可以把 Concept 與 Connection 提示語用作快速自測。