蛋白質的一生：認識生命科學的第一本書 (改版)

〈推薦專文〉分享科學進步的樂趣──我讀《蛋白質的一生》　　林正焜醫師
前言　細胞中的工作者──蛋白質

第一章 蛋白質居住的世界：細胞這個小宇宙
常見的蛋白質／蛋白質的元素「胺基酸」／一條「鏈」／種類數算不盡的蛋白質／骨骼、酵素也是蛋白質／專業的蛋白質／細胞生物學／細胞的條件／生物體的階層結構／動物、植物都有／細胞的構造／製造蛋白質的內質網／粒線體／共生細菌變成粒線體／細胞的進化／共生關係的建立／DNA是什麼／DNA的訊息量／一切都是為了蛋白質

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／DNA的複製／把DNA的絲捲起來／RNA的功能／RNA世界／轉錄過程／訊息的轉譯單位──遺傳密碼／密碼的起點與終點／轉譯機器核糖體／轉運RNA（tRNA）／需要花費多少時間呢？／試管內的轉譯裝置

第三章 成長：細胞內的大配角，分子伴護蛋白
分子伴護蛋白的發現／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／蛋白質的凝集／伴護者──分子伴護蛋白出場／從熱休克蛋白質到逆境蛋白質／從逆境蛋白質到分子伴護蛋白／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／正確折疊原來這麼難／逆境蛋白質／蛋白質的維修員／水煮蛋變回生蛋！／伴護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／癌症治療與逆境蛋白質／溫熱療法的實際運用／嗜熱菌的逆境蛋白質／保護生命的系統／逆境應答的機制

第四章 輸送：細胞內的物流系統
「運輸」的精巧系統／目的地的寫法──明信片與包裹的方式／蛋白質的運輸路徑／磷脂質的「膜」／製造「通道」的膜蛋白／信號假說／共轉譯運輸的過程──穿針引線的技巧／醣鏈的附加──蛋白質修整門面／內質網中的折疊／迴紋針固定──雙硫鍵／細胞「內的外側」／「包裹型」名條──宅急便的便利性／貨物運輸的軌道與馬達蛋白／細胞內交通的上行和下行／流通中心‧高爾基體／由外而內──內噬作用／胰島素的分泌／膠原蛋白的合成／HSP47的發現／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／運輸架構是維持生命的基礎

第五章 輪迴轉世：為了維持生命之「死」
長生不老的夢／蛋白質的壽命／更新的蛋白質／每天誕生變化的細胞／胺基酸的再循環系統／細胞周期需要的蛋白質分解／「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「環型分子機器」／大老饕──自噬系統／分解的保全裝置／細胞的死／蛋白質的輪迴轉生

第六章 蛋白質的品質管理
「品質管理」的必要性／危機管理／工廠的品質管理／細胞內的四階段品質管理／發生不良品的時候／策略一──生產線停擺／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──關閉工廠／品質管理的「時間差攻擊」／品質管理破洞而出現的病態／血友病／折疊異常疾病的發現／神經退化性疾病／「紅鞋」的病／過多麩醯胺酸疾病發病機制／不能再生的神經細胞／阿茲海默氏症／各種海綿狀腦病／人的普恩蛋白疾病／散發型普恩蛋白／普恩蛋白的感染力／BSE的威脅／普恩蛋白與分子伴護蛋白／阿茲海默氏症的機制／走向新治療法

後記

推薦序

分享科學進步的樂趣──我讀《蛋白質的一生》
林正焜

　　商周出版社的黃靖卉總編輯，告訴我日本有一本科普書籍，二○○八年出版後蟬聯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。
　　
　　科普市場反映的是一國的科技水準和國民的科學素養。經過多年的深耕易耨，日本的科學發展有目共睹，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，當然就是書的內容新穎有趣。本書作者是國際知名的蛋白質專家，更是和歌寫作的高手。有這樣的科學與文學素養，這本書受到大眾歡迎的原因也就有跡可尋了。
　　
　　從書名《蛋白質的一生》，可以知道書的內容敘述的是蛋白質從生成到分解，一路所經歷的行旅紀事。蛋白質究竟是什麼？以人體來講，構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；其次就是蛋白質了，佔體重的五分之一。身上有那麼多蛋白質，我們不免要問，蛋白質究竟有什麼作用，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，肌肉收縮牽動關節，人就動了，肌肉中會收縮的成分，是蛋白質。為什麼血液可以攜帶氧氣？因為血液含有大量血紅素，會依據環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。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。蛋白質是骨骼的基質，骨骼讓我們有特殊的儀態；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。皮膚的光滑質感和彈性是哪一種蛋白質的效果？許多人知道的，膠原蛋白，那可是關乎美容、傳播媒體經常提及的名詞。身體要維持正常的功能，需要正常的蛋白質，有時候體內的蛋白質出了問題，人就會生病。甚麼樣的原因會讓身體的蛋白質出現問題？最直接的原因，當然就是構成蛋白質的成分不正確，也就是決定蛋白質組成的DNA序列出錯，依據DNA訊息製造的蛋白質自然不正常，就跟寫信的時候寫錯字、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學問。新知，則是本書的特色，是已往大多數生命科學書籍比較少提到的。
　　
　　蛋白質新知包括：

　　（一），構成蛋白質的胺基酸鏈，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，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。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，從某些蛋白質凝集變性後，利用伴護者處理，可以讓蛋白質復活，推論到有一天水煮蛋可以變回生蛋，讓讀者產生遠颺的遐想。
　　
　　（二），其次，合成好了的蛋白質一定要配送到正確的地方，才能發揮應該有的作用，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。
　　
　　（三），再來就是蛋白質週期的控管，每一種蛋白質質機器都有它特定的作用時機，任務結束就要退場。泛素、自噬體是分解蛋白質時會出現的角色。作為一種標籤，泛素是處理蛋白質不良品十分重要的蛋白質分子。
　　
　　（四），最後，細胞必須管制蛋白質的品質，中止製造不良品、回收壞掉的、老舊的蛋白質，這又是怎麼辦到的？原來是一種叫作結合蛋白（BiP）的守護者，平常牢牢抓著分解機制的啟動器，一旦出現壞掉的蛋白質，守護者就會轉而抓住它們，試著修補，同時啟動分解機制，藉這個方式來管理品質。
　　
　　對於上述種種有趣的新知，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。
　　
　　蛋白質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症的疾病，牽涉到的就是蛋白質品管機制的疏漏。我們身上原本就有正常的傳統型普恩蛋白，而染病的牛身上則有折疊錯誤的散發型普恩蛋白。傳統型遇見散發型，會受影響改變結構變成散發型，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。現在科學家發現，利用一種稱為熱休克蛋白的逆境蛋白質，可以讓傳統型不再變成散發型，因此可能可以用來中止疾病的進行。又例如，一開始以僵硬、緩慢和顫抖表現的帕金森症，目前已經發現有七個基因的突變跟它有關係。這些基因產出的蛋白質，有的是拼錯了，造成蛋白質折疊不正常，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被折疊錯了，這時應該會有泛素過來跟折疊錯了的蛋白質結合，才知道那是要送去分解的東西。如果泛素化的基因發生突變，壞的蛋白質沒被分解而堆積在細胞裡，腦細胞逐漸死亡，就造成疾病。
　　
　　從這些例子可以感受到，這些年來生命科學突飛猛進，讓我們對疾病發生的機制已經有比較新的觀念、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，閱讀相關的科普書籍雜誌，會是很有收穫、很有趣的經驗。

　　（本文作者為現為開業醫師，OneGene Biotech Inc.同仁。科普著作有：《認識DNA》、《細胞種子》、《性不性，有關係？》，其中《細胞種子》榮獲2006年中國時報開卷十大好書獎、《性不性，有關係》榮獲第五屆吳大猷科學普及著作獎創作類金籤獎。）