圖解生化學（更新版）

結合生物學與化學雙領域，解開生命內在之祕
文◎李平篤（國立臺灣大學生化科技學系名譽教授）

這些年來，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－－澱粉酶（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。

結合生物學與化學雙領域，解開生命內在之祕
文◎李平篤（國立臺灣大學生化科技學系名譽教授）

這些年來，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...

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
12ATP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
4RNA也能扮演生物體的觸媒角色
5RNA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？

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
12ATP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...