Hóa Sinh Grisham 2010: Hằng số Vật lý, Phương trình Hữu ích và Mã Di truyền

• Tác giả: Reginald H. Garrett
• Trường học: Đại học Virginia
• Chuyên ngành: Hóa sinh
• Đề tài: Hóa sinh
• Loại tài liệu: Sách giáo khoa
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Boston

Tóm tắt

I. Tổng quan về Garrett R H Grisham C M Biochemistry 2010

Garrett R H Grisham C M Biochemistry 2010 là giáo trình sinh hóa nổi tiếng do hai tác giả Reginald H. Garrett và Charles M. Grisham biên soạn. Ấn bản năm 2010 thuộc phiên bản thứ tư, được xuất bản bởi Cengage Learning. Đây là tài liệu giảng dạy được sử dụng rộng rãi tại nhiều trường đại học trên toàn thế giới. Nội dung sách bao gồm toàn diện các chủ đề sinh hóa từ phân tử nhỏ đến quá trình chuyển hóa phức tạp. Giáo trình cung cấp bảng hằng số vật lý, hệ số chuyển đổi và các phương trình quan trọng. Người học tiếp cận kiến thức qua các chương trình đánh giá cá nhân hóa CengageNOW. Sách tích hợp hình ảnh động, mô phỏng và hướng dẫn tương tác. Phương pháp tiếp cận giúp sinh viên nắm vững khái niệm cốt lõi một cách hệ thống. Ấn bản này được đánh giá cao về tính cập nhật và chiều sâu học thuật.

1.1. Thông tin xuất bản và tác giả

Reginald H. Garrett và Charles M. Grisham là hai nhà sinh hóa học uy tín tại các trường đại học Mỹ. Ấn bản Garrett R H Grisham C M Biochemistry 2010 do Cengage Learning phát hành. Cuốn sách dày hơn 1000 trang, chia thành nhiều phần từ cấu trúc phân tử đến chuyển hóa tế bào. Phiên bản 2010 bổ sung nội dung về di truyền phân tử, chuyển hóa nucleotide và tích hợp trao đổi chất. Sách đi kèm công cụ học tập trực tuyến CengageNOW giúp cá nhân hóa quá trình học.

1.2. Cấu trúc nội dung chính

Giáo trình Garrett Biochemistry 2010 được tổ chức thành nhiều phần lớn. Phần đầu giới thiệu cấu trúc phân tử sinh học và các liên kết yếu. Phần giữa trình bày enzyme, chuyển hóa năng lượng và các con đường trao đổi chất. Phần cuối đề cập đến chuyển hóa thông tin bao gồm DNA, RNA và protein. Mỗi chương kết thúc bằng bài tập, tóm tắt và tài liệu tham khảo mở rộng. Bảng mã di truyền tiêu chuẩn được trình bày đầy đủ với 64 codon.

II. Phân tích nội dung cốt lõi trong Garrett Biochemistry

Garrett R H Grisham C M Biochemistry 2010 trình bày nhiều khái niệm cốt lõi của sinh hóa học hiện đại. Các hằng số vật lý như số Avogadro, hằng số Boltzmann và hằng số Planck được liệt kê chi tiết. Hệ số chuyển đổi giữa các đơn vị SI và cgs giúp người học thực hành tính toán dễ dàng. Phương trình Henderson-Hasselbalch liên kết pH với pKa và nồng độ các chất. Phương trình Michaelis-Menten mô tả động học enzyme với tham số Km và Vmax. Thay đổi năng lượng tự do chuẩn liên quan đến thế năng khử chuẩn qua phương trình ΔG°′ bằng nFΔℰ°′. Lực proton-motive thể hiện sự kết hợp gradient nồng độ proton và thế màng. Các phương trình này là nền tảng để hiểu hoạt động sinh hóa trong tế bào sống.

2.1. Bảng hằng số và hệ số chuyển đổi

Bảng hằng số vật lý trong Garrett Biochemistry 2010 cung cấp giá trị chính xác cho nhiều đại lượng. Số Avogadro bằng 6.022137 nhân 10 mũ 23 trên mol. Hằng số khí R có giá trị 8.31451 J trên K mol hoặc 1.082 lít atm trên K mol. Hệ số chuyển đổi năng lượng cho thấy 1 Joule bằng 10 mũ 7 erg và 0.239 cal. Nhiệt độ được chuyển đổi qua công thức Kelvin bằng độ C cộng 273. Những giá trị này phục vụ tính toán chính xác trong thực hành sinh hóa.

2.2. Các phương trình sinh hóa quan trọng

Phương trình Henderson-Hasselbalch tính pH bằng pKa cộng log nồng độ base trên acid. Phương trình Michaelis-Menten xác định tốc độ phản ứng enzyme với v bằng Vmax chia Km cộng nồng độ substrate. Thay đổi năng lượng tự do ΔG bằng ΔG° cộng RT ln tích nồng độ sản phẩm trên phản ứng. Phương trình phụ thuộc nhiệt độ cho hằng số cân bằng sử dụng đạo hàm ln Keq theo 1 chia T. Các phương trình này là công cụ tính toán thiết yếu trong nghiên cứu và học tập sinh hóa.

III. Phương pháp học tập hiệu quả với Garrett Biochemistry

Học tập với Garrett R H Grisham C M Biochemistry 2010 đòi hỏi phương pháp có hệ thống. Công cụ CengageNOW cung cấp kế hoạch học tập cá nhân hóa cho từng chương. Người học nên bắt đầu bằng việc nắm vững các hằng số và hệ số chuyển đổi cơ bản. Tiếp theo là hiểu rõ các phương trình động học enzyme và cân bằng nhiệt động. Bảng mã di truyền tiêu chuẩn cần được ghi nhớ để hiểu quá trình dịch mã. Các liên kết yếu như liên kết hydrogen, lực van der Waals và tương tác kị nước duy trì cấu trúc sinh học. Năng lượng của các lực yếu thường từ 4 đến 30 kJ mỗi mol. Người học nên sử dụng hình ảnh động và mô phỏng để hiểu các khái niệm trừu tượng. Thực hành giải bài tập cuối mỗi chương giúp củng cố kiến thức hiệu quả.

3.1. Sử dụng công cụ CengageNOW

CengageNOW là công cụ học tập trực tuyến tích hợp với Garrett Biochemistry 2010. Chương trình đánh giá nhu cầu học tập cá nhân và tạo kế hoạch học tập phù hợp. Người học tiếp cận hướng dẫn, mô phỏng và hình ảnh động minh họa khái niệm sinh hóa. Các Active Figures cho phép tương tác với minh họa trong sách giáo khoa. Mỗi hình đi kèm câu hỏi giúp kiểm tra mức độ hiểu bài. Công cụ này tối ưu hóa thời gian học tập cho sinh viên bận rộn.

3.2. Chiến lược ghi nhớ bảng mã di truyền

Bảng mã di truyền tiêu chuẩn trong Garrett Biochemistry 2010 gồm 64 codon mã hóa 20 amino acid. Codon AUG vừa mã hóa methionine vừa là codon khởi đầu chính. Ba codon UAA, UAG và UGA là codon dừng kết thúc quá trình dịch mã. Chiến lược ghi nhớ theo nhóm amino acid có tính chất tương tự giúp học hiệu quả. Ví dụ codon GCN mã hóa alanine với N là bất kỳ nucleotide nào. Việc ghi nhớ bảng mã là nền tảng cho hiểu biết về tổng hợp protein.

IV. Kết luận và ứng dụng của Garrett Biochemistry 2010

Garrett R H Grisham C M Biochemistry 2010 là tài liệu học thuật toàn diện và giá trị. Sách trình bày mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và chức năng sinh học một cách logic. Các khái niệm về lực yếu duy trì cấu trúc sinh học rất quan trọng trong nghiên cứu protein. Năng lượng liên kết hydrogen khoảng 12 đến 30 kJ mỗi mol trong khi lực van der Waals chỉ 0.6 kJ mỗi mol. Tương tác kị nước là lực mạnh nhất với giá trị khoảng 40 kJ mỗi mol. Giáo trình này ứng dụng trong đào tạo bác sĩ, dược sĩ và nhà nghiên cứu sinh hóa. Kiến thức từ sách phục vụ hiểu biết về bệnh lý phân tử và phát triển thuốc. Ấn bản 2010 vẫn được tham khảo rộng rãi trong học thuật và nghiên cứu. Giá trị lâu dài của cuốn sách nằm ở cách trình bày khoa học và logic.

4.1. Ứng dụng trong nghiên cứu y sinh học

Kiến thức từ Garrett Biochemistry 2010 được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu y sinh học. Phương trình động học enzyme giúp hiểu cơ chế thuốc và thiết kế dược chất mới. Hiểu biết về chuyển hóa nucleotide hỗ trợ phát triển thuốc kháng ung thư như fluoro-pyrimidine. Bảng mã di truyền là cơ sở cho công nghệ protein tái tổ hợp và liệu pháp gen. Nghiên cứu về sirtuin và resveratrol liên quan đến tuổi thọ dựa trên nguyên lý sinh hóa cơ bản. Giáo trình này là nền tảng cho nhiều hướng nghiên cứu tiên tiến.

4.2. Giá trị lâu dài trong đào tạo

Garrett Biochemistry 2010 duy trì giá trị đào tạo nhờ cách tiếp cận logic và toàn diện. Phương pháp trình bày từ đơn giản đến phức tạp giúp sinh viên xây dựng kiến thức dần dần. Bài tập cuối chương với nhiều cấp độ khó khăn rèn luyện tư duy phân tích. Tài liệu tham khảo mở rộng khuyến khích người học tìm hiểu sâu hơn. Sự tích hợp giữa lý thuyết và ứng dụng thực tế tạo hứng thú học tập. Cuốn sách vẫn là tài liệu tham khảo chính tại nhiều chương trình đào tạo y khoa và dược học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

net Physical Constants Name Symbol SI Units cgs Units Avogadro’s number N 6.022137  1023/mol Boltzmann constant k 1.38066  1016 erg/K Curie Ci 3.80321  1010 esu Faraday constant Ᏺ 96485 J/V  mol 9.6485  1011 erg/V  mol Gas constant* R 8.31451  107 erg/K  mol Gravity acceleration g 9.665 cm/s2 Light speed (vacuum) c 2.99792  1010 cm/s Planck’s constant h 6.626075  1027 erg  s *Other values of R: 1.082 liter  atm/K  mol. Conversion Factors Energy: 1 Joule  107 ergs  0.239 cal Pressure: 1 atm  760 torr  14.184 Joule 1 torr  1 mm Hg Length: 1 nm  10 Å  1  7 cm Temperature: K  °C  273 Mass: 1 kg  1000 g  2.6 g Volume: 1 liter  1  103 m3  1000 cm3 Useful Equations The Henderson–Hasselbalch Equation Free Energy Change and Standard Reduction Potential pH  pK a  log([A]/[HA]) G °  nᏲᏱ° The Michaelis–Menten Equation Reduction Potentials in a Redox Reaction v  Vmax[S]/(K m  [S]) Ᏹ°  Ᏹ°(acceptor)  Ᏹ°(donor) Temperature Dependence of the Equilibrium Constant The Proton-Motive Force H °  Rd(ln K eq)/d(1/T) p    (2.3 RT/Ᏺ)pH Free Energy Change under Non-Standard-State Conditions Passive Diffusion of a Charged Species G  G °  RT ln ([C][D]/[A][B]) G  G2  G1  RT ln(C 2/C 1)  ZᏲ The Standard Genetic Code AAA Lysine CAA Glutamine GAA Glutamate UAA stop AAC Asparagine CAC Histidine GAC Aspartate UAC Tyrosine AAG Lysine CAG Glutamine GAG Glutamate UAG stop AAU Asparagine CAU Histidine GAU Aspartate UAU Tyrosine ACA Threonine CCA Proline GCA Alanine UCA Serine ACC Threonine CCC Proline GCC Alanine UCC Serine ACG Threonine CCG Proline GCG Alanine UCG Serine ACU Threonine CCU Proline GCU Alanine UCU Serine AGA Arginine CGA Arginine GGA Glycine UGA stop AGC Serine CGC Arginine GGC Glycine UGC Cysteine AGG Arginine CGG Arginine GGG Glycine UGG Tryptophan AGU Serine CGU Arginine GGU Glycine UGU Cysteine AUA Isoleucine CUA Leucine GUA Valine UUA Leucine AUC Isoleucine CUC Leucine GUC Valine UUC Phenylalanine AUG Methionine* CUG Leucine GUG Valine UUG Leucine AUU Isoleucine CUU Leucine GUU Valine UUU Phenylalanine *AUG also serves as the principal initiation codon.net Completely integrated with this text! www.com/tlc Set your sights on success in biochemistry with this interactive personal assessment tool CengageNOW™ is web-based, powerful and interactive! This dynamic resource will help you gauge your own unique study needs. Then, the program generates a Personalized Study plan that will help you focus your study time on the concepts you most need to master. You will quickly begin to optimize your study time and get one step closer to success. CengageNOW™ will help you:  Create a Personalized Study plan for each chapter of this text.  Explore biochemistry concepts through tutorials, simulations, and animations.  View Active Figures and interact with text illustrations. These Active Figures will help you master key concepts from the book. Each figure is paired with correspond- ing questions to help you focus on biochemistry at work to ensure that you understand the concepts played out in the animations.  Better prepare for exams and increase your chances of success. How can you gain access to CengageNOW? If the access code card was not ordered with your text, or you have a used version of the text, you can purchase access to this remarkable program for a nominal fee. Just visit www.com where easy-to-follow instructions will help you purchase an instant access code. Make the most of your study time—log on to CengageNOW today! www.com/tlc www.net Icons and Colors in Illustrations The following symbols and colors are used in this text to help in illustrating structures, reactions, and biochemical principles. Elements: = Oxygen = Nitrogen = Phosphorus = Sulfur = Carbon = Chlorine Inorganic phosphate and pyrophosphate are sometimes symbolized by the following icons: P P P Inorganic phosphate (Pi) Pyrophosphate (PPi) Sugars: Glucose Galactose Mannose Fructose Ribose Nucleotides: = Guanine = Cytosine = Adenine = Thymine = Uracil Amino acids: = Non-polar/hydrophobic = Polar/uncharged = Acidic = Basic Enzymes: + = Enzyme activation = Enzyme inhibition or inactivation E = Enzyme = Enzyme Enzyme names are printed in red. In reactions, blocks of color over parts of molecular structures are used so that discrete parts of the reaction can be easily followed from one intermediate to another, making it easy to see where the reactants originate and how the products are produced. Some examples: O –O + P OH NH3 COO– –O Phosphoryl group Hydroxyl group Amino group Carboxyl group Red arrows are used to indicate nucleophilic attack. These colors are internally consistent within reactions and are generally consistent within the scope of a chapter or treatment of a particular topic.net Biochemistry FOURTH EDITION Reginald H.Grisham University of Virginia With molecular graphic images by Michal Sabat, University of Virginia Australia • Brazil • Japan • Korea • Mexico • Singapore • Spain • United Kingdom • United States www.net Biochemistry, Fourth Edition © 2010 Brooks/Cole, Cengage Learning Reginald H. Grisham ALL RIGHTS RESERVED. No part of this work covered by the copyright herein may Publisher: Mary Finch be reproduced, transmitted, stored, or used in any form or by any means, graphic, electronic, or mechanical, including but not limited to photocopying, recording, Senior Acquisitions Editor: Lisa Lockwood scanning, digitizing, taping, Web distribution, information networks, or information Senior Development Editor: Sandra Kiselica storage and retrieval systems, except as permitted under Section 107 or 108 of the 1976 Assistant Editor: Ashley Summers United States Copyright Act, without the prior written permission of the publisher. Editorial Assistant: Elizabeth Woods For product information and technology assistance, contact us at Senior Media Editor: Lisa Weber Cengage Learning Customer & Sales Support, 1-800-354-9706. Marketing Manager: Amee Mosley For permission to use material from this text or product, Marketing Assistant: Kevin Carroll submit all requests online at www. Further permissions questions can be e-mailed to Marketing Communications Manager: Linda Yip permissionrequest@cengage. Project Manager, Editorial Production: Teresa L. Trego Library of Congress Control Number: 2008930574 Creative Director: Rob Hugel Art Director: John Walker ISBN-13: 978-0-495-10935-8 ISBN-10: 0-495-10935-5 Print Buyer: Karen Hunt Permissions Editor: Bob Kauser Brooks/Cole Production Service: Graphic World Inc. 20 Channel Center Street Text Designer: Lisa Devendish Boston, MA 02210 Photo Researcher: Marcy Lunetta USA Illustrators: Michal Sabat, University of Virginia; J/B Woolsey Associates; Darmouth Publishing, Inc.; Cengage Learning is a leading provider of customized learning solutions with office Graphic World Inc., Jane Richardson locations around the globe, including Singapore, the United Kingdom, Australia, Mexico, Cover Designer: John Walker Brazil, and Japan. Locate your local office at international. Cover Image: Michal Sabat, University of Virginia Compositor: Graphic World Inc. Cengage Learning products are represented in Canada by Nelson Education, Ltd. For your course and learning solutions, visit www. Purchase any of our products at your local college store or at our preferred online store www. Printed in Canada 1 2 3 4 5 6 7 12 11 10 09 08 www.net Dedication To Georgia To Rosemary www.net About the Authors Reginald H. Garrett was educated in the Baltimore city public Charles M. Grisham was born and raised in Minneapolis, Min- schools and at the Johns Hopkins University, where he received nesota, and educated at Benilde High School. He received his his Ph. in biology in 1968. Since that time, he has been at the B. in chemistry from the Illinois Institute of Technology in University of Virginia, where he is currently Professor of Biol- 1969 and his Ph. in chemistry from the University of Min- ogy. He is the author of previous editions of Biochemistry, as well nesota in 1973. Following a postdoctoral appointment at the as Principles of Biochemistry (Cengage, Brooks/Cole), and nu- Institute for Cancer Research in Philadelphia, he joined the merous papers and review articles on the biochemical, genetic, faculty of the University of Virginia, where he is Professor of and molecular biological aspects of inorganic nitrogen metabo- Chemistry. He is the author of previous editions of Biochemistry lism. His research interests focused on the pathway of nitrate as- and Principles of Biochemistry (Cengage, Brooks/Cole), and nu- similation in filamentous fungi. His investigations contributed merous papers and review articles on active transport of substantially to our understanding of the enzymology, genetics, sodium, potassium, and calcium in mammalian systems, on and regulation of this major pathway of biological nitrogen ac- protein kinase C, and on the applications of NMR and EPR quisition. More recently, he has collaborated in systems ap- spectroscopy to the study of biological systems. He has also au- proaches to the metabolic basis of nutrition-related diseases. thored Interactive Biochemistry CD-ROM and Workbook, a tutorial His research has been supported by the National Institutes CD for students. His work has been supported by the National of Health, the National Science Foundation, and private indus- Institutes of Health, the National Science Foundation, the try. He is a former Fulbright Scholar at the Universität fur Muscular Dystrophy Association of America, the Research Cor- Bodenkultur in Vienna, Austria, and served as Visiting Scholar at poration, the American Heart Association, and the American the University of Cambridge on two separate occasions. During Chemical Society. He is a Research Career Development the second, he was Thomas Jefferson Visiting Fellow in Downing Awardee of the National Institutes of Health, and in 1983 and College. Recently, he was Professeur Invité at the Université Paul 1984 he was a Visiting Scientist at the Aarhus University Insti- Sabatier/Toulouse III and the Centre National de la Recherche tute of Physiology Denmark. In 1999, he was Knapp Professor Scientifique, Institute for Pharmacology and Structural Biology of Chemistry at the University of San Diego. He has taught bio- in France. He has taught biochemistry at the University of Vir- chemistry and physical chemistry at the University of Virginia ginia for more than 40 years. He is a member of the American for 34 years. He is a member of the American Society for Bio- Society for Biochemistry and Molecular Biology. chemistry and Molecular Biology. Rosemary Jurbala Grisham www.net Contents in Brief Part 1 Molecular Components of Cells 1 The Facts of Life: Chemistry Is the Logic of Biological Phenomena 1 2 Water: The Medium of Life 28 3 Thermodynamics of Biological Systems 48 4 Amino Acids 70 5 Proteins: Their Primary Structure and Biological Functions 93 6 Proteins: Secondary, Tertiary, and Quaternary Structure 134 7 Carbohydrates and Glycoconjugates of Cell Surfaces 181 8 Lipids 219 9 Membranes and Membrane Transport 242 10 Nucleotides and Nucleic Acids 291 11 Structure of Nucleic Acids 316 12 Recombinant DNA: Cloning and Creation of Chimeric Genes 354 Part 2 Protein Dynamics 13 Enzymes—Kinetics and Specificity 382 14 Mechanisms of Enzyme Action 419 15 Enzyme Regulation 452 16 Molecular Motors 481 Part 3 Metabolism and Its Regulation 17 Metabolism: An Overview 511 18 Glycolysis 535 19 The Tricarboxylic Acid Cycle 563 20 Electron Transport and Oxidative Phosphorylation 592 21 Photosynthesis 630 22 Gluconeogenesis, Glycogen Metabolism, and the Pentose Phosphate Pathway 662 23 Fatty Acid Catabolism 697 24 Lipid Biosynthesis 722 25 Nitrogen Acquisition and Amino Acid Metabolism 768 26 Synthesis and Degradation of Nucleotides 813 27 Metabolic Integration and Organ Specialization 839 Part 4 Information Transfer 28 DNA Metabolism: Replication, Recombination, and Repair 862 29 Transcription and the Regulation of Gene Expression 906 30 Protein Synthesis 952 31 Completing the Protein Life Cycle: Folding, Processing, and Degradation 987 32 The Reception and Transmission of Extracellular Information 1008 Abbreviated Answers to Problems A-1 Index I-1 www.net Detailed Contents Part 1 Molecular Components of Cells The Structural Organization of Eukaryotic Cells Is More Complex Than That of Prokaryotic Cells 19 1 The Facts of Life: Chemistry Is the Logic 1.6 What Are Viruses? 21 of Biological Phenomena 1 SUMMARY 25 1.1 What Are the Distinctive Properties of Living PROBLEMS 26 Systems? 1 FURTHER READING 27 1.2 What Kinds of Molecules Are Biomolecules?