化學生物學

系列名：國外名校著；創新藥物研究基礎與關鍵技術譯叢

ISBN13：9787122391469

出版社：化學工業出版社

作者：(美)戴維‧範‧弗蘭肯; (美)葛瑞格里‧韋斯

出版日：2024/06/01

裝訂／頁數：精裝／428頁

規格：28.5cm*21cm (高/寬)

版次：一版

內容簡介

《化學生物學》是根據分子生物學的中心法則組織編撰的，從有機化學——原子、化學鍵、化學反應機制角度聚焦生物大分子的化學、結構特徵以及與其他分子的相互作用關係。全書共9章，其中：第1章和第2章分別介紹了化學生物學的基本原理和生物體的化學起源；第3～8章依次講述了人體細胞中的每一種生物分子－DNA 、RNA 、蛋白質、聚醣、聚酮以及萜類物質；第9章解釋了細胞調控生物分子產生的機制，透過對這章內容的學習，有助於加深學生對現代生物學、生理學以及醫學的理解。本書內容豐富，能提供給學生一個「化學-生物」雙培養的環境，更為讀者提供了一個了解生物分子合成與功能的化學藍圖。

《化學生物學》可作為普通高等教育化學生物學專業、藥學專業、生物技術專業、生物製藥專業等生物醫藥相關專業的本科生及研究生教材，也可供化學生物學研究領域的人員參考。

【目錄】

第 1 章　 化學生物學基礎（The Fundamentals of Chemical Biology） 1

1.1　 分子生物學中心法則（The Central Dogma of Molecular Biology） 2

1.2　基因（Genes） 3

1.3　基因組（Genomes） 5

1.4　 基因組以外的生物多樣性來源（Sources of Diversity Beyond Genomes） 9

1.5　 組裝產生的多樣性（Combinatorial Assembly Generates Diversity） 11

1.6　 一些常見的化學生物學工具（Some Common Tools of Chemical Biology） 15

1.7　總結（Summary） 23

第 2 章　 生物體的化學起源（The Chemical Origins of Biology） 25

2.1　電子轉移機制是分子軌道理論的一種表達形式（Mechanistic Arrow-Pushing is an Expression of Molecular Orbital Theory） 25

2.2　 氫鍵與質子轉移（Hydrogen Bonds and Proton Transfers） 30

2.3　前生命化學（Prebiotic Chemistry） 34

2.4　 非鍵相互作用（Nonbonding Interactions） 39

2.5　 模組化設計的魅力（The Power of Modular Design） 44

2.6　總結（Summary） 48

第 3 章　 DNA 53

3.1　DNA的結構形式（Forms of DNA） 54

3.2　 DNA的核糖核酸亞基（The Ribonucleotide Subunits of DNA） 55

3.3　 DNA中的基本作用力（Elementary Forces in DNA） 59

3.4　DNA超結構（DNA Superstructure） 67

3.5　 聚合酶介導的DNA生物合成（The Biological Synthesis of DNA by Polymerase Enzymes） 72

3.6　 DNA的化學合成（The Chemical Synthesis of DNA） 76

3.7　 DNA分子的電泳分離（Separation of DNA Molecules by Electrophoresis） 85

3.8　 DNA重組技術（Recombinant DNA Technology） 90

3.9　 核酸光化學（Nucleic Acid Photochemistry） 95

3.10　 DNA作為細胞毒性藥物的標靶（DNA as a Target for Cytotoxic Drugs） 97

3.11　總結（Summary） 113

第 4 章　 RNA 119

4.1　RNA的結構（RNA Structure） 120

4.2　RNA的合成（RNA Synthesis） 126

4.3　 轉錄調控（Transcriptional Control） 128

4.4　 真核生物的mRNA加工（mRNA Processing in Eukaryotes） 135

4.5　 RNA的受控降解（Controlled Degradation of RNA） 139

4.6　 mRNA被核醣體翻譯成蛋白質（Ribosomal Translation of mRNA into Protein） 142

4.7　 從寡核苷酸庫到蛋白質庫（From Oligonucleotide Libraries to Protein Libraries） 156

4.8　總結（Summary） 159

第 5 章　 多肽與蛋白質的結構（Peptide and Protein Structure） 163

5.1　 胺基酸和多勝肽（Amino Acids and Peptides） 164

5.2　 固相多肽合成（Solid-Phase Peptide Synthesis） 169

5.3　 決定蛋白質二級結構的基本作用力（Fundamental Forces that Control Protein Secondary Structure） 181

5.4　 二硫鍵交聯的化學（The Chemistry of Disulfide Crosslinks） 188

5.5　 蛋白質結構域的結構與功能（Protein Domains Have Structural and Functional Roles） 191

5.6　 更高層級的蛋白質結構（Higher Levels of Protein Structure） 200

5.7　總結（Summary） 201

第 6 章　 蛋白質功能（Protein Function） 209

6.1　 受體-配體交互作用（Receptor-Ligand Interactions） 210

6.2　 從定量角度認識酵素功能（A Quantitative View of Enzyme Function） 216

6.3　 多步驟反應酶催化機制（A Mechanistic View of Enzymes that Catalyze Multistep Reactions） 219

6.4　 有機輔酶因子（Enzymes that Use Organic Cofactors） 240

6.5　 蛋白質工程改造（Engineering Improved Protein Function） 245

6.6　總結（Summary） 251

第 7 章　 糖生物學（Glycobiology） 255

7.1　結構（Structure） 255

7.2　 糖苷鍵的化學和酵素學（The Chemistry and Enzymology of the Glycosidic Bond） 260

7.3　多醣（Polysaccharides） 269

7.4　糖蛋白（Glycoproteins） 272

7.5　醣脂（Glycolipids） 286

7.6　 細胞內的糖基化（Glycosylation in the Cytosol） 288

7.7　 寡糖的化學合成（Chemical Synthesis of Oligosaccharides） 290

7.8　 與糖配體結合的蛋白質（Proteins that Bind to Carbohydrate Ligands） 293

7.9　 葡萄糖穩態與糖尿病（Glucose Homeostasis and Diabetes） 301

7.10　總結（Summary） 306

第 8 章　 聚酮與萜類（Polyketides and Terpenes） 309

8.1　 聚酮生物合成中的克萊森反應（The Claisen Reaction in Polyketide Biosynthesis） 310

8.2　 聚酮生物合成範例：脂肪酸生物合成（The Biosynthesis of Fatty Acids is a Paradigm for Polyketides Biosynthesis） 312

8.3　 人源聚酮的生物學功能（The Biological Role of Human Polyketides） 317

8.4　 非人源聚酮天然產物（Nonhuman Polyketides Natural Products） 330

8.5　 非核醣體勝肽合成酶（Nonribosomal Peptide Synthases） 337

8.6　人源萜類（Human Terpenes） 338

8.7　 非人源萜類天然產物（Nonhuman Terpene Natural Products） 351

8.8　小結（Summary） 358

第 9 章　 訊號傳導的化學調控（Chemical Control of Signal Transduction） 363

9.1　 訊號傳導（Singal Transduction） 365

9.2　 人體細胞中訊號路徑的概述（An Overview of Signal Transduction Pathways in Human Cells） 369

9.3　核受體（Nuclear Receptors） 372

9.4　與轉錄因子直接相互作用的細胞表面受體（Cell-Surface Receptors that Interact Directly with Transcription Factors） 380

9.5　 受體酪胺酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases） 385

9.6　 G蛋白偶聯受體（G Protein-Coupled Receptors，GPCR） 395

9.7　 離子通道受體（Ion Channel Receptors） 408

9.8　 三聚化死亡受體（Trimeric Death Receptors） 414

9.9　 氣體小分子訊號傳導路徑（Pathways Controlled by Small Diffusible Gas Molecules） 416

9.10　總結（Summary） 418

原著前言

這本教科書為讀者提供了一個了解生物分子合成與功能的化學藍圖。目前，化學生物學的研究領域不斷地深入和擴展，其中生物分子參與了包括細胞調控、訊號傳導以及生物合成在內的主要細胞功能，我們將主要從有機化學角度聚焦生物分子的研究進展。而學生們在學習此書時，要遵從分子生物學的中心法則，以基因層次為起點，再到每一種生物分子──DNA、RNA、蛋白質、聚醣、聚酮以及萜類，我們將研究它們的化學、結構特徵以及與其他分子的相互作用關係。隨後，我們將學習如何透過化學方式控制基因的表達。值得一提的是，雖然在過去二十年中，大多數的相關教學活動都是基於生物模型的，但是我們的教學內容將盡可能地聚焦於人體細胞。

《Introduction to Bioorganic Chemistry and Chemical Biology》適用於學習有機化學課程的高年級本科生和研究生，如果你對生物學有一些了解，將有利於學習這本書。同樣，這本書也適合醫學專業高年級學生的學習。我們目前在加州大學爾灣分校開設了一系列化學生物學課程，並以此為基礎，撰寫了這本教科書。雖然有機化學將是我們這門課程的主要“語言”，但目前還沒有哪本教科書能夠從原子、化學鍵、化學反應機制角度對細胞活動進行詳細的描述。本書將從基礎性的概念開始，逐步建立複雜的章節體系。對於本科生教學，我們可以跳過一些高階的教學內容，全書內容可以靈活地適應不同的課程和難度。

這本教科書是依據分子生物學的中心法則組織編撰的。其中，第1章和第2章分別介紹了化學生物學的基本原理和生物體的化學起源，此後的每一章（第3～8章）依次講述了人體細胞中的每一類生物分子— —DNA、RNA、蛋白質、聚醣、聚酮以及萜類。在這本書裡，我們沒有講述代謝與生物合成途徑的內容，這些在生物化學相關課程中經常被介紹。第9章則引導學生跳出中心法則，思考解釋細胞調控生物分子合成的機制。而在最後一章，我們將加深學生對現代生物學、生理學以及醫學的理解。由於新技術的不斷湧現和迭代，在這裡本書將不再討論儀器和實驗性的技術方法。由於這本教材並沒有全面涵蓋化學生物學領域的所有知識，因此許多眾所周知的實例和技術並沒有包含在這本書中。我們也非常期望老師們能夠從這本教材中選擇並額外補充學生迫切需求的知識，傳授給學生。

我們知道，豐富生動的教學內容是產生學習樂趣的關鍵。在這本書中，每一章我們都以多羅西·克勞福特·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkins）、菲巴斯·利文（Phoebus Levene）和赫爾曼·埃米爾·費歇爾（ Hermann Emil Fischer）等著名科學家在這一領域的最重大發現為開端。在本書中，我們將生物學的相關例子與豐富多彩的圖像結合以吸引讀者去理解生命的分子結構。我們對圖例的顏色選擇也是經過精心挑選的：一般來說，紅色表示DNA，綠色表示RNA，藍色表示蛋白質，紫色表示聚醣，棕色表示聚酮和萜類。當這些生物分子被抽象的形狀表示時，形狀的顏色將提供更多的生物化學資訊。我們也將採用有機化學課程常用的現代有機化學結構及反應機制描述方式進行教學，展示生物大分子的二級結構並附帶PDB ID，讓學生可以使用蛋白質資料庫進行方便的查詢。在這本書中，提問式教學將貫穿各章節，情境化的語言描述也將有利於學生對內容的理解。在每一章結束時，我們都會給出一定量的習題，以促使學生進行更深入的學習，並且我們已經把那些適合自學的問題標上了星號，學生可以通過登錄相關網站探尋問題的答案。此外，每一章開頭都列出了學習目標，結尾列出學習重點，以幫助學生理解本書重要的內容。

戴維·範·弗蘭肯　格雷戈里·韋斯