蛋白質(zhì)的一生

前言

　　〈推薦專文〉　　分享科學進步的樂趣──我讀《蛋白質(zhì)的一生》　　林正焜　　商周出版社的黃靖卉副總編輯，告訴我日本有一本科普書籍，二○○八年出版後蟬聯(lián)紀伊國屋不分類銷售排行榜前三十名好幾個月，指的就是本書。科普書進入不分類排行榜，代表的是日本科普的質(zhì)與量都有傲人的成就，對長期耽於閱讀這類書籍的我而言，不禁欣羨不已?！　】破帐袌龇从车氖且粐目萍妓疁屎蛧竦目茖W素養(yǎng)。經(jīng)過多年的深耕易耨，日本的科學發(fā)展有目共睹，他們的成就絕非僥倖。本書能高掛排行榜，一方面固然是由於日本人熱切追求新知的讀書品味，另一方面，當然就是書的內(nèi)容新穎有趣。本書作者是國際知名的蛋白質(zhì)專家，更是和歌寫作的高手。有這樣的科學與文學素養(yǎng)，這本書受到大眾歡迎的原因也就有跡可尋了。　　從書名《蛋白質(zhì)的一生》，可以知道書的內(nèi)容敘述的是蛋白質(zhì)從生成到分解，一路所經(jīng)歷的行旅紀事。蛋白質(zhì)究竟是什麼？以人體來講，構(gòu)成我們身體最主要的成分，是水，人體含水量高達體重的三分之二；其次就是蛋白質(zhì)了，佔體重的五分之一。身上有那麼多蛋白質(zhì)，我們不免要問，蛋白質(zhì)究竟有什麼作用，有多麼重要？看看下列這些例子，就可以窺知一二。　　為什麼我們會動？那是因為我們有肌肉，肌肉收縮牽動關(guān)節(jié)，人就動了，肌肉中會收縮的成分，是蛋白質(zhì)。為什麼血液可以攜帶氧氣？因為血液含有大量血紅素，會依據(jù)環(huán)境條件捕捉或釋放氧分子，血管就成為氧分子流通的管道了，血紅素是一種蛋白質(zhì)。為什麼我們對病原有抵抗力？因為我們有可以對抗病原的抗體，抗體也是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是骨骼的基質(zhì)，骨骼讓我們有特殊的儀態(tài)；酵素、賀爾蒙、臟器、毛髮、指甲、皮膚等等的主要成分，也都是蛋白質(zhì)。皮膚的光滑質(zhì)感和彈性是哪一種蛋白質(zhì)的效果？許多人知道的，膠原蛋白，那可是關(guān)乎美容、傳播媒體經(jīng)常提及的名詞。身體要維持正常的功能，需要正常的蛋白質(zhì)，有時候體內(nèi)的蛋白質(zhì)出了問題，人就會生病。甚麼樣的原因會讓身體的蛋白質(zhì)出現(xiàn)問題？最直接的原因，當然就是構(gòu)成蛋白質(zhì)的成分不正確，也就是決定蛋白質(zhì)組成的DNA序列出錯，依據(jù)DNA訊息製造的蛋白質(zhì)自然不正常，就跟寫信的時候?qū)戝e字、寫漏字，讓人不知所云，是一樣的意思。到這裡所介紹的，可以說是比較古典的蛋白質(zhì)學問。新知，則是本書的特色，是已往大多數(shù)生命科學書籍比較少提到的?！　〉鞍踪|(zhì)新知包括：　?。ㄒ唬?，構(gòu)成蛋白質(zhì)的胺基酸鏈，如何從原本一個接一個像一條金鏈子一樣的一長串，折疊成三度空間的機器？機器壞了如何維修？在這裡，折疊、伴護者、逆境蛋白質(zhì)是重要的機制和分子。折疊是非常複雜的過程，宛如奇妙的大自然在細胞裡面打中國結(jié)，但是複雜得多，而且有一點點失手打造出來的機器就沒辦法運轉(zhuǎn)。伴護者是本書最重要的主題，作者正是這方面的專家。作者提出一個極端的例子，從某些蛋白質(zhì)凝集變性後，利用伴護者處理，可以讓蛋白質(zhì)復活，推論到有一天水煮蛋可以變回生蛋，讓讀者產(chǎn)生遠颺的遐想。　　（二），其次，合成好了的蛋白質(zhì)一定要配送到正確的地方，才能發(fā)揮應該有的作用，就跟信寫好了要寄給正確的收信人一樣的意思。這是怎麼辦到的？這個過程，作者用淺顯的例子，說明運送有明信片型運輸、包裹型運輸兩種方式?！　。ㄈ?，再來就是蛋白質(zhì)週期的控管，每一種蛋白質(zhì)質(zhì)機器都有它特定的作用時機，任務結(jié)束就要退場。泛素、自噬體是分解蛋白質(zhì)時會出現(xiàn)的角色。作為一種標籤，泛素是處理蛋白質(zhì)不良品十分重要的蛋白質(zhì)分子?！　。ㄋ模钺?，細胞必須管制蛋白質(zhì)的品質(zhì)，中止製造不良品、回收壞掉的、老舊的蛋白質(zhì)，這又是怎麼辦到的？原來是一種叫作結(jié)合蛋白（BiP）的守護者，平常牢牢抓著分解機制的啟動器，一旦出現(xiàn)壞掉的蛋白質(zhì)，守護者就會轉(zhuǎn)而抓住它們，試著修補，同時啟動分解機制，藉這個方式來管理品質(zhì)?！　渡鲜龇N種有趣的新知，除非是專家，一般人在報章雜誌上看到這些字眼的時候，很可能就讀不下去了。本書的長處就是很仔細、很生動地介紹了這些名詞，讓外行人也能深入認識這些行話。古人說我們要多識於草木鳥獸之名，那是認識大自然最初步的工作。如今生命科學進展的腳步神速，我們也要多識於生命賴以運行的分子和機制之名，才能分享科學進步的樂趣，才能保持對生命最正確的看法，也才不會被充斥街坊的、善於操弄新名詞的商品，騙得生活失去平靜?！　〉鞍踪|(zhì)出了問題會造成嚴重影響生活的疾病。例如，近年來令人想到牛排心裡就有陰影的俗稱狂牛癥的疾病，牽涉到的就是蛋白質(zhì)品管機制的疏漏。我們身上原本就有正常的傳統(tǒng)型普恩蛋白，而染病的牛身上則有折疊錯誤的散發(fā)型普恩蛋白。傳統(tǒng)型遇見散發(fā)型，會受影響改變結(jié)構(gòu)變成散發(fā)型，於是折疊錯誤的普恩蛋白越來越多，它們堆積在腦子的細胞裡頭，腦子就變得如海綿一般有許多空泡?，F(xiàn)在科學家發(fā)現(xiàn)，利用一種稱為熱休克蛋白的逆境蛋白質(zhì)，可以讓傳統(tǒng)型不再變成散發(fā)型，因此可能可以用來中止疾病的進行。又例如，一開始以僵硬、緩慢和顫抖表現(xiàn)的帕金森癥，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有七個基因的突變跟它有關(guān)係。這些基因產(chǎn)出的蛋白質(zhì)，有的是拼錯了，造成蛋白質(zhì)折疊不正常，有的則是泛素化出問題，也就是在腦細胞遇到逆境的時候，慌亂中細胞裡的蛋白質(zhì)被折疊錯了，這時應該會有泛素過來跟折疊錯了的蛋白質(zhì)結(jié)合，才知道那是要送去分解的東西。如果泛素化的基因發(fā)生突變，壞的蛋白質(zhì)沒被分解而堆積在細胞裡，腦細胞逐漸死亡，就造成疾病?！　倪@些例子可以感受到，這些年來生命科學突飛猛進，讓我們對疾病發(fā)生的機制已經(jīng)有比較新的觀念、比較詳細的說法了。我時常見到一些對疾病的成因很有興趣深究，卻苦於不知道如何著手學習的人；也常見到對生命科學充滿興趣，卻擔心自己太外行而無法入門的人。推薦給有一樣心情的讀者朋友，閱讀這本認識生命科學的第一本書，閱讀相關(guān)的科普書籍雜誌，會是很有收穫、很有趣的經(jīng)驗。　?。ū疚淖髡邽楝F(xiàn)為開業(yè)醫(yī)師，OneGene Biotech Inc.同仁?？破罩饔校骸墩J識DNA》、《細胞種子》、《性不性，有關(guān)係？》，其中《細胞種子》榮獲2006年中國時報開卷十大好書獎。）　　　　　　　　　　　　　　　　

內(nèi)容概要

聽到「蛋白質(zhì)」這個詞，一般人首先會聯(lián)想到的，應該是雞蛋、豆腐、牛奶或肉類等食物中所含的營養(yǎng)吧？或許還有讀者會聯(lián)想到現(xiàn)在市面上大力宣傳，有神奇「美膚效果」的膠原蛋白。不過，蛋白質(zhì)不僅是人類生存的重要食物營養(yǎng)，在維持「生命」的各種活動時，也是極端重要的工作者。比如，在人體進行新陳代謝時，如果沒有酵素做為觸媒，很多代謝反應無法正常進行，而酵素也是一種蛋白質(zhì)。此外，人體的各種疾病也都多多少少與蛋白質(zhì)相關(guān)。有時候，是缺乏生命活動中所必須的蛋白質(zhì)，或是蛋白質(zhì)發(fā)生異常，而使得正常的生命活動無法繼續(xù)。

作者簡介

　　永田和宏　　京都大學再生醫(yī)科學研究所教授，專攻細胞生物學，曾任日本細胞生物學學會會長；同時並以「歌人」身分活躍於日本文藝界，歌集曾多次獲獎。2009年並獲頒專門獎勵日本傑出學者、文學作家、運動員等的紫綬褒章。　　譯者簡介：　　陳嫺若　　東吳大學日文系畢，從事日文翻譯、編輯多年。目前為自由譯者。

書籍目錄

〈推薦專文〉分享科學進步的樂趣──我讀《蛋白質(zhì)的一生》　　林正焜醫(yī)師前言　細胞中的工作者──蛋白質(zhì)第一章 蛋白質(zhì)居住的世界：細胞這個小宇宙常見的蛋白質(zhì)／蛋白質(zhì)的元素「胺基酸」／一條「鏈」／種類數(shù)算不盡的蛋白質(zhì)／骨骼、酵素也是蛋白質(zhì)／專業(yè)的蛋白質(zhì)／細胞生物學／細胞的條件／生物體的階層結(jié)構(gòu)／動物、植物都有／細胞的構(gòu)造／製造蛋白質(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)／粒線體／共生細菌變成粒線體／細胞的進化／共生關(guān)係的建立／DNA是什麼／DNA的訊息量／一切都是為了蛋白質(zhì)第二章 誕生：解讀遺傳密碼雙螺旋模板的衝擊／在DNA的密碼中／中心法則／卓越的資訊保存系統(tǒng)／DNA的複製／把DNA的絲捲起來／RNA的功能／RNA世界／轉(zhuǎn)錄過程／訊息的轉(zhuǎn)譯單位──遺傳密碼／密碼的起點與終點／轉(zhuǎn)譯機器核糖體／轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）／需要花費多少時間呢？／試管內(nèi)的轉(zhuǎn)譯裝置第三章 成長：細胞內(nèi)的大配角，分子伴護蛋白分子伴護蛋白的發(fā)現(xiàn)／折疊起來做出形狀／四個階層／親水性、疏水性／折疊的大原則／安芬森的法則／試管中、細胞中／蛋白質(zhì)的凝集／伴護者──分子伴護蛋白出場／從熱休克蛋白質(zhì)到逆境蛋白質(zhì)／從逆境蛋白質(zhì)到分子伴護蛋白／在大腸菌中工作的伴護蛋白／在搖籃中折疊／「電動搗米器」的架構(gòu)／正確折疊原來這麼難／逆境蛋白質(zhì)／蛋白質(zhì)的維修員／水煮蛋變回生蛋?。樽o蛋白的運作原理有三／腦缺血／獲得逆境耐性／應用在移植手術(shù)／癌癥治療與逆境蛋白質(zhì)／溫熱療法的實際運用／嗜熱菌的逆境蛋白質(zhì)／保護生命的系統(tǒng)／逆境應答的機制第四章 輸送：細胞內(nèi)的物流系統(tǒng)「運輸」的精巧系統(tǒng)／目的地的寫法──明信片與包裹的方式／蛋白質(zhì)的運輸路徑／磷脂質(zhì)的「膜」／製造「通道」的膜蛋白／信號假說／共轉(zhuǎn)譯運輸?shù)倪^程──穿針引線的技巧／醣鏈的附加──蛋白質(zhì)修整門面／內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的折疊／迴紋針固定──雙硫鍵／細胞「內(nèi)的外側(cè)」／「包裹型」名條──宅急便的便利性／貨物運輸?shù)能壍琅c馬達蛋白／細胞內(nèi)交通的上行和下行／流通中心?高爾基體／由外而內(nèi)──內(nèi)噬作用／胰島素的分泌／膠原蛋白的合成／HSP47的發(fā)現(xiàn)／分子伴護蛋白與疾病／送往粒線體的運輸／帶它進去的齒輪／出入自在的核運輸／運輸架構(gòu)是維持生命的基礎(chǔ)第五章 輪迴轉(zhuǎn)世：為了維持生命之「死」長生不老的夢／蛋白質(zhì)的壽命／更新的蛋白質(zhì)／每天誕生變化的細胞／胺基酸的再循環(huán)系統(tǒng)／細胞周期需要的蛋白質(zhì)分解／「時鐘的基因」／果蠅的時間基因／對時的裝置／吃自己延長壽命？／選擇性的分解？整批分解？／泛素是分解的標記／分解機制──蛋白酶體／卓越的「環(huán)型分子機器」／大老饕──自噬系統(tǒng)／分解的保全裝置／細胞的死／蛋白質(zhì)的輪迴轉(zhuǎn)生第六章 蛋白質(zhì)的品質(zhì)管理「品質(zhì)管理」的必要性／危機管理／工廠的品質(zhì)管理／細胞內(nèi)的四階段品質(zhì)管理／發(fā)生不良品的時候／策略一──生產(chǎn)線停擺／策略二──修理員伴護蛋白的誘導而再生／策略三──廢棄處置／策略四──關(guān)閉工廠／品質(zhì)管理的「時間差攻擊」／品質(zhì)管理破洞而出現(xiàn)的病態(tài)／血友病／折疊異常疾病的發(fā)現(xiàn)／神經(jīng)退化性疾?。讣t鞋」的病／過多麩醯胺酸疾病發(fā)病機制／不能再生的神經(jīng)細胞／阿茲海默氏癥／各種海綿狀腦?。说钠斩鞯鞍准膊。l(fā)型普恩蛋白／普恩蛋白的感染力／BSE的威脅／普恩蛋白與分子伴護蛋白／阿茲海默氏癥的機制／走向新治療法後記

章節(jié)摘錄

後記寫在DNA中的遺傳訊息整體，叫做基因體。如大家所知，人類基因體計畫在二○○三年完成。由三十億個文字（鹼基）所寫成的人體訊息，即親傳子的所有遺傳訊息，現(xiàn)在都已經(jīng)解開了。蛋白質(zhì)是根據(jù)這些基因的訊息製造出來的，那麼有關(guān)蛋白質(zhì)的一切，也全都解開了嗎？答案是否定的。我個人認為，自然界的趣味，或是科學世界的醍醐味就在於，當解開一個事實時，就有更多更多的謎和疑問湧出來。湧出來的「不懂的事」比「懂的事」多得更多。這種不可思議，就是將我們牢牢地嵌在自然科學這個領(lǐng)域中，永遠不厭倦地日夜研究的原因。蛋白質(zhì)是一種性格豐富的物質(zhì)。胺基酸不同的序列，會以不同結(jié)構(gòu)或功能來呈現(xiàn)。表情和功能可以說千差萬別。如果說DNA是只會複製密碼、讀取密碼的書呆子，那麼蛋白質(zhì)就是提供自我去從事各種勞動的工作者。生命活動中的所有作業(yè)，都需要蛋白質(zhì)。細胞內(nèi)所有的基礎(chǔ)建設(shè)、蛋白質(zhì)自己的生產(chǎn)和管理、接受或控制種種訊息，在生命活動中，可以說沒有任何一部分不需要蛋白質(zhì)的參與。性格如此豐富的蛋白質(zhì)，自然是自古以來的研究對象。在生命科學的研究中，它是研究者最多的領(lǐng)域。但是，從前說到蛋白質(zhì)，大家研究的對象只有獲得某些結(jié)構(gòu)，也就是成熟的蛋白質(zhì)。然而，實際在細胞的內(nèi)部，蛋白質(zhì)的狀態(tài)類型變化多端，從蛋白質(zhì)剛出生時的多肽，到完成正確結(jié)構(gòu)的成熟蛋白質(zhì)都有。而科學家們注意到這一點，其實並不是太久以前的事。毋寧說那是極近期才發(fā)現(xiàn)的事實。在文部科學省（譯注：即教育部）有一個針對特定領(lǐng)域研究的科學研究費制度。從二○○二年開始的五年內(nèi)，在我們的領(lǐng)域內(nèi)，設(shè)置了一個特定領(lǐng)域研究，就叫做「蛋白質(zhì)的一生」?！傅鞍踪|(zhì)的一生」雖然作為科學研究費的團體名稱有些特別，但目前經(jīng)過揀選，全國約有六十個研究小組，都分別有了可觀的成果。在此之前，我們有個研究團隊，叫做「分子伴護蛋白的細胞功能控制」，由我擔任代表，現(xiàn)在我們將「蛋白質(zhì)的一生」持續(xù)發(fā)展，進而成立「蛋白質(zhì)的社會」團隊。在這個領(lǐng)域中，我國的研究者對世界貢獻卓著。而文部科學省的科學研究費制度，因妥善地分配團隊研究的研究費，對於研究者層面的擴充，互相訊息交換、切磋琢磨上，發(fā)揮了很大的力量。我身為這個特定領(lǐng)域研究班的一員或代表，已在「蛋白質(zhì)的一生」相關(guān)研究上，投注了近二十年的心血。如書中所談到的，在包含思維轉(zhuǎn)移（paradigm shift）的領(lǐng)域，每個重大發(fā)展，我都在第一時間親身面對。蛋白質(zhì)的一生雖是極普遍、基礎(chǔ)的研究，但從這裡繼續(xù)推進，就會與BSE等普恩蛋白疾病、阿茲海默癥等種種神經(jīng)變性疾病的病態(tài)研究接軌，這些令人興奮的過程，我也曾經(jīng)參與過。在近距離看到這些研究的過程，促使我決定寫下這本書。所謂的「科學常識」，很難傳達給一般讀者了解，為要正確地傳達，有時會被一些瑣碎處困住而寫得太過專業(yè)，有時則是太在意普遍性而寫不完整?？傊m然意識到題材在本質(zhì)上的困難，但盡可能地把這個領(lǐng)域的趣味，傳達給平常與生命科學領(lǐng)域完全不相干的讀者，就是我寫作這本書的心態(tài)。我之所以把焦點放在蛋白質(zhì)的一生，是希望藉由這個例子，讓讀者領(lǐng)略到細胞雖然是個肉眼看不見的微小世界，但它卻是這麼精巧而完美。如果它能成為一個契機，讓讀者對我們生命的最基本單位──細胞，產(chǎn)生一點興味，就是我最大的安慰了。我的專業(yè)，是分子伴護蛋白與蛋白質(zhì)的品質(zhì)管理領(lǐng)域。但是在說明時，我必須進一步談到一般細胞生物學的多個領(lǐng)域。這裡面仍有許多個人能力不及之處，也應會有錯誤或不察的地方。這些細部若有任何不適當，都是筆者個人的責任。本書的誕生，得力於巖波書店新書編輯部古川義子小姐之處甚大。她總是用熱切的眼光提出各種疑問，因此我才能修正許多不完備，而做出最適切的記敘。熱心的學生教育老師，優(yōu)秀的讀者教育作者，在此我再次深表感謝。二○○八年五月　  永田和宏 

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