Contents

朕村 

PART 1 The Realm of Biochemistry 

CHAPTER 1　The Scope of Biochemistry ............................................3 

Biochemistry and the Biological Revolution.......................................3 

The Roots of Biochemistry................. ... ................................4 

Biochemistry as a Chemical Science..............................................7 

Biochemistry as a Biological Science ...........................................10 

Biochemistry and the Information Explosion .....................................13 

PART 2　Molecular Architecture of Living Matter 

CHAPTER 2　Nucleic Acids......................................................17 

The Nature of Nucleic Acids ....................................................17 

Primary Structure of Nucleic Acids.............................................22 

Secondary and Tertiary Structure of Nucleic Acids ...............................24 

The Biological Functions of Nucleic Acids: A Preview of Molecular Biology..........35 

Plasticity of Secondary and Tertiary DNA Structure .............................40 

Stability of Secondary and Tertiary Structure.................................43 

CHAPTER 3　Introduction to Proteins: The Primary Level of Protein Structure .......46 

Amino Acids ..................................................................46 

Peptides and the Peptide Bond ......... ......................................55 

Proteins: Polypeptides of Defined Sequence......................................58 

From Gene to Protein..........................................................60 

Protein Sequence Homology ....................................................61 

CHAPTER 4　The Three-Dimensional Structure of Proteins.........................64 

Secondary Structure: Regular Ways to Fold the Polypeptide Chain..................64 

Fibrous Proteins: Structural Materials of Cells and Tissues .....................71 

Globular Proteins: Tertiary Structure and Functional Diversity...................76 

Factors Determining Secondary and Tertiary Structure ............................79 

Prediction of Secondary and Tertiary Protein Structure...........................88 

Quaternary Structure of Proteins..............................................88 

CHAPTER 5　Protein Function and Evolution......................................93 

Oxygen Transport: The Roles of Hemoglobin and Myoglobin.......................94 

The Mechanism of Oxygen Binding by Heme Proteins ................................95 

Oxygen Transport: Hemoglobin.................................................100 

Allosteric Effectors of Hemoglobin ...........................................110 

Protein Evolution: Myoglobin and Hemoglobin as Examples........................114 

Hemoglobin Variants: Evolution in Progress ..................................118 

PART 3 Dynamics of Life: Catalysis and Metabolism 

CHAPTER 6　Enzymes: Biological Catalysts .....................................127 

The Role of Enzymes .........................................................127 

Chemical Reaction Rates and the Effects of Catalysts: A Review ...................127 

How Enzymes Act as Catalysts: Principles and Examples...........................131 

Enzyme Inhibition............................................................142 

Cofactors, Vitamins, and Essential Metals ....................................146 

The Diversity of Enzymatic Function............................................148 

Nonprotein Biocatalysts: Catalytic Nucleic Acids ............................148 

The Regulation of Enzyme Activity: Allosteric Enzymes ..........................151 

Covalent Modifications Used to Regulate Enzyme Activity .......................154 

CHAPTER 7　Chemical Logic of Metabolism......................................159 

A First Look at Metabolism ...................................................159 

Freeways on the Metabolic Road Map............................................161 

Biochemical Reaction Types ..................................................165 

Some Bioenergetic Considerations ............................................165 

Major Metabolic Control Mechanisms...........................................171 

CHAPTER 8　Carbohydrate Metabolism: Glycolysis, Gluconeogenesis, Glycogen Metabolism, and the Pentose Phosphate Pathway ...............................176 

Glycolysis: An Overview .....................................................176 

Reactions of Glycolysis......................................................178 

Metabolic Fates of Pyruvate ...................................................185 

Energy and Electron Balance Sheets............................................186 

Gluconeogenesis..............................................................188 

Coordinated Regulation of Glycolysis and Gluconeogenesis ......................192 

Entry of Other Sugars into the Glycolytic Pathway............................197 

Polysaccharide Metabolism....................................................200 

Glycogen Metabolism in Muscle and Liver ......................................200 

Coordinated Regulation of Glycogen Metabolism................................203 

Biosynthesis of Other Polysaccharides ........................................208 

A Biosynthetic Pathway That Oxidizes Glucose: The Pentose Phosphate Pathway......208 

CHAPTER 9　Citric Acid Cycle.................................................216 

Overview of Pyruvate Oxidation and the Citric Acid Cycle........................216 

Pyruvate Oxidation: A Major Entry Route for Carbon into the Citric Acid Cycle......219 

Coenzymes Involved in Pyruvate Oxidation and the Citric Acid Cycle ...............221 

Action of the Pyruvate Dehydrogenase Complex..................................223 

The Citric Acid Cycle........................................................225 

Stoichiometry and Energetics of the Citric Acid Cycle .......................229 

Regulation of Pyruvate Dehydrogenase and the Citric Acid Cycle .................230 

CHAPTER 10　Electron Transport and Oxidative Phosphorylation...................234 

Electron Transport ...........................................................236 

Oxidative Phosphorylation....................................................247 

CHAPTER 11　Lipid Metabolism・: Fatty Acids, Triacylglycerols, and Lipoproteins..263 

Utilization and Transport of Fat and Cholesterol ............................263 

Fatty Acid Oxidation ........................................................277 

Fatty Acid Biosynthesis.......................................................287 

CHAPTER 12　Interorgan and Intracellular Coordination of 

Energy Metabolism in Vertebrates .............................................301 

Interdependence of the Major Organs in Vertebrate Fuel Metabolism ..............301 

Hormonal Regulation of Fuel Metabolism.........................................305 

Responses to Metabolic Stress: Starvation, Diabetes ........................310 

CHAPTER 13　Lipid Metabolism Å: Membrane Lipids, Steroids, Isoprenoids, and Eicosanoids..315 

Metabolism of Glycerophospholipids...........................................315 

Metabolism of Sphingolipids .................................................322 

Steroid Metabolism...........................................................323 

Other Isoprenoid Compounds ...................................................328 

Eicosanoids: Prostaglandins, Thromboxanes, and Leukotrienes....................330 

CHAPTER 14　 Metabolism of Nitrogenous Compounds・: Principles of Biosynthesis, Utilization, and Turnover.....................................................336 

Utilization of Ammonia: Biogenesis of Organic Nitrogen.........................336 

The Nitrogen Economy: Aspects of Amino Acid Synthesis and Degradation ............338 

Protein Turnover.............................................................340 

Amino Acid Degradation and Metabolism of Nitrogenous End Products...............342 

Coenzymes Involved in Nitrogen Metabolism.....................................347 

CHAPTER 15　Metabolism of Nitrogenous Compounds Å: Amino Acids, Porphyrins, and 

Neurotransmitters ...........................................................355 

Pathways of Amino Acid Degradation............................................355 

Amino Acids as Biosynthetic Precursors........................................359 

Porphyrin and Heme Metabolism ...............................................364 

Amino Acids and Their Metabolites as Neurotransmitters and Biological Regulators ....367 

Amino Acid Biosynthesis......................................................369 

Methionine as the Source of Cysteine Sulfur in Animals.......................370 

CHAPTER 16　Nucleotide Metabolism.............................................372 

Outlines of Pathways in Nucleotide Metabolism..................................372 

De Novo Biosynthesis of Purine Nucleotides....................................375 

Purine Degradation and Clinical Disorders of Purine Metabolism.................379 

Pyrimidine Nucleotide Metabolism ............................................383 

Deoxyribonucleotide Biosynthesis and Metabolism...............................386 

Thymidylate Synthase: A Target Enzyme for Chemotherapy .......................391 

Biological and Medical Importance of Other Nucleotide Analogs..................394 

CHAPTER 17　Mechanisms of Signal Transduction ................................398 

An Overview of Hormone Action ...............................................398 

Hierarchical Nature of Hormonal Control........................................400 

Synthesis of Peptide Hormone Precursors........................................401 

Signal Transduction: Receptors...............................................402 

Transducers: G Proteins ......................................................404 

Effectors: Adenylate Cyclase..................................................407 

Second-Messenger Systems.....................................................408 

Receptor Tyrosine Kinases.....................................................412 

Steroid and Thyroid Hormones: Intracellular Receptors..........................415 

Signal Transduction, Oncogenes, and Cancer ...................................418 

PART 4 Information CHAPTER 18　Genes, Genomes, and Chromosomes ..................427 

Prokaryotic and Eukaryotic Genomes ...........................................427 

Restriction and Modification ................................................430 

Determining Genome Nucleotide Sequences .....................................433 

Physical Organization of Genes: The Nucleus, Chromosomes, and Chromatin.........435 

CHAPTER 19 DNA Replication...................................................442 

Early Insights into DNA Replication...........................................442 

DNA Polymerases: Enzymes Catalyzing Polynucleotide Chain Elongation.............443 

Multiple DNA Polymerases ....................................................445 

Other Proteins at the Replication Fork........................................445 

Proteins in Eukaryotic DNA Replication.........................................449 

Replication of Chromatin.....................................................449 

Initiation of DNA Replication ................................................450 

Replication of Linear Genomes................................................452 

Fidelity of DNA Replication..................................................453 

RNA Viruses: The Replication of RNA Genomes ..................................454 

CHAPTER 20 DNA Restructuring: Repair, Recombination, Rearrangement, Amplification ...457 

DNA Repair ..................................................................457 

Mismatch Repair .............................................................464 

Recombination................................................................470 

Gene Rearrangements ..........................................................475 

Gene Amplification...........................................................477 

CHAPTER 21 Information Readout: Transcription and Post-transcriptional Processing..479 

DNA as the Template for RNA Synthesis ......................................480 

Enzymology of RNA Synthesis: RNA Polymerase.................................480 

Mechanism of Transcription...................................................483 

Transcription and Its Control in Eukaryotic Cells ............................489 

Post-transcriptional Processing..............................................498 

CHAPTER 22 Information Decoding: Translation and Post-translational Protein Processing ..506 

An Overview of Translation....................................................506 

The Genetic Code ............................................................506 

The Major Participants in Translation: mRNA, tRNA, and Ribosomes................509 

Mechanism of Translation ....................................................515 

Inhibition of Translation by Antibiotics......................................520 

Translation in Eukaryotes....................................................522 

Rates and Energetics of Translation ..........................................524 

The Final Stages in Protein Synthesis: Folding and Covalent Modification .........525 

Protein Targeting in Eukaryotes .............................................527 

CHAPTER 23 Regulation of Gene Expression.....................................533 

Regulation of Transcription in Bacteria ......................................533 

Transcriptional Regulation in Eukaryotes.....................................540 

DNA Methylation, Gene Silencing, and Epigenetics.............................543 

Regulation of Translation....................................................546 

RNA Interference .............................................................550 

RNA Editing .................................................................552