Preface
1. Introduction  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 1
 The Elements of The Second & Third Periods of the Periodic Table ... 1
 Review of Organic Chemistry ... 2
 Functional Groups Important in Physiologic Chemistry ... 8
2. Water  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 12
 Introduction ... 12
 Molecular Structure of Water ... 12
 Macromolecular Structure of Water ... 12
 Hydrogen Bonds ... 13
 Dissociation of Water ... 13
 The Concept of pH ... 14
 Protonic Equilibria of Functional Groups That Are Weak Acids or Bases ... 15
 The Henderson-Hasselbalch Equation ... 17
 Buffers & Buffering ... 18
3. Amino Acids & Peptides  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 20
 Introduction ... 20
 Amino Acids ... 20
  Protonic Equilibria of Amino Acids ... 20
  Structures of Amino Acids ... 22
  Optical Isomers of Amino Acids ... 27
  Physical Properties of Amino Acids ... 27
  Chemical Reactions of Amino Acids ... 28
 Peptides ... 30
  Determination of the Primary Structure of Peptides ... 32
  Technics Used in Determining Primary Peptide Structures ... 36
  Conformation of Peptides in Solution ... 37
  Synthesis of Peptides ... 37
  Physiologically Active Peptides ... 38
4. Proteins  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 40
 Classification of Proteins ... 40
 Size & Shape of Proteins ... 41
 Bonds Responsible for Protein Structure ... 42
 Orders of Protein Structure ... 43
 Primary Structure of Proteins ... 45
 Secondary & Tertiary Structure of Proteins ... 47
 Quaternary Structure of Proteins ... 50
 Denaturation of Proteins ... 51
 Color Reactions of Proteins ... 51
5. General Properties of Enzymes  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 52
 Catalysis ... 52
 Coenzymes ... 52
 Enzyme Specificity ... 54
 Enzyme Classification & Nomenclature ... 56
 Quantitative Measurement of Enzyme Activity ... 58
 Isolation of Enzymes ... 58
 Intracellular Distribution of Enzymes ... 60
6. Kinetic Properties of Enzymes  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 65
 Kinetic Theory of Reaction ... 65
 Effect of Reactant Concentration ... 66
 Inhibition of Enzyme Activity ... 72
 The Catalytic Site ... 76
 Mechanism of Enzyme Action ... 81
 Isozymes ... 84
7. Regulation of Enzyme Activity  / Vivtor W.Rodwell, PhD ... 87
 Physiologic Role of Metabolic Regulation ... 87
 Available Options for Regulation of Enzymes ... 88
 Regulation of Enzyme Quantity ... 88
 Regulation of the Catalytic Efficiency of Enzymes ... 94
 Regulation of Catalytic Efficiency : Availability of Reactants ... 95
 Regulation of Catalytic Efficiency : Feedback Inhibition ... 97
 Regulation of Catalytic Efficiency : Covalent Modification ... 103
8. Carbohydrates  / Peter A.Mayes, PhD, DSc ... 104
 Monosaccharides ... 107
 Hexoses ... 107
 Glycosides ... 108
 Important Chemical Reactions of Monosaccharides ... 109
 Deoxy Sugars ... 112
 Amino Sugars(Hexosamines) ... 113
 Disaccharides ... 113
 Polysaccharides ... 113
 Carbohydrates of Cell Membranes ... 116
9. Lipids  / Peter A.Mayes, PhD, DSc ... 119
 Fatty Acids ... 119
 Triacylglycerols(Triglycerides) ... 121
 Phospholipids ... 123
 Cerebrosides(Glycolipids) ... 124
 Steroids ... 125
 The Plasma Lipoproteins ... 127
 Characteristic Chemical Reactions & Properties of Lipids ... 128
 The Cell Membranes ... 133
10. Nucleotides  / Davis W.Martin, Jr.,MD ... 134
 Nucleosides & Nucleotides ... 136
 Naturally Occurring Nucleotides ... 139
 Synthetic Derivatives ... 141
11. Nucleic Acids & Chromatin  / Davis W.Martin, Jr.,MD ... 143
12. The Fat-Soluble Vitamins  / Harold A.Harper, PhD ... 156
 Vitamin A ... 156
 The Vitamins D ... 159
 The Vitamins E ... 162
 The Vitamins K ... 164
13. The Water-Soluble Vitamins  / Harold A.Harper, PhD ... 167
 Vitamin C(Ascorbic Acid) ... 167
 The Vitamins of the B Complex ... 168
 Thiamin ... 169
 Riboflavin ... 170
 Niacin & Niacinamide ... 171
 Pyridoxine ... 173
 Pantothenic Acid ... 176
 Lipoic Acid ... 177
 Biotin ... 178
 The Folic Acid Group ... 180
 Inositol ... 183
 Para-aminobenzoic Acid ... 183
 Vitamin B₁₂ ... 184
 Choline ... 188
14. The Blood, Lymph, & Cerebrospinal Fluid  / Harold A.Harper, PhD ... 192
 Blood ... 192
  The Clotting of Blood ... 193
  The Plasma Proteins ... 199
  Hemoglobin ... 207
  Metabolic Characteristics of the Erythrocyte ... 218
 Blood(cont'd)
  The Anemias ... 221
  Blood Chemistry ... 223
 Lymph ... 224
 Cerebrospinal Fluid ... 224
15. The Chemistry of Respiration  / David W. Martin, Jr., MD ... 225
 Chemical & Physiologic Events Affecting Diffusion of Oxygen & Carbon Dioxide ... 225
 Transport of Oxygen in Blood ... 229
 Transport of CO₂ in Blood ... 231
 Respiratory Regulation of Acid-Base Balance ... 233
16. Prophyrins & Bile Pigments  / David W. Martin, Jr., MD ... 237
17. Digestion & Absorption From the Gastrointestinal Tract  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 256
 Digestion in the Mouth ... 256
 Digestion in the Stomach ... 256
 Pancreatic & Intestinal Digestion ... 257
 The Bile ... 261
 Intestinal Putrefaction & Fermentation ... 265
 Absorption From the Gastrointestinal Tract ... 266
18. Bioenergetics  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 272
 Introduction ... 272
 Role of High-Energy Phosphates in Bioenergetics & Energy Capture ... 274
19. Biologic Oxidation  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 278
 Enzymes & Coenzymes Involved in Oxidation & Reduction ... 279
 The Respiratory Chain ... 284
 The Role of the Respiratory Chain in Energy Capture ... 287
 Mechanisms of Oxidative Phosphorylation ... 289
  The Chemical Hypothesis ... 289
  The Chemiosmotic Hypothesis ... 293
20. The Citric Acid Cycle-The Catabolism of Acetyl-CoA  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 299
21. Metabolism of Carbohydrate  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 308
 Intermediary Metabolism of Carbohyfrate ... 308
 Glycolysis ... 309
 Oxidation of Pyruvate to Acetyl-CoA ... 313
 Glycogen Formation & Degradation ... 314
 Glycogenesis ... 315
 Glycogenolysis ... 319
 The Hexose Monophosphate Shunt or Pentose Phosphate Pathway ... 321
 Gluconeogenesis ... 324
 Metabolism of Hexoses ... 328
 Other Pathways of Glucose Metabolism ... 328
  The Uronic Acid Pathway ... 328
  Metabolism of Fructose ... 330
  Metabolism of Galactose ... 332
22. Metabolism of Lipids : I. Fatty Acids  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 336
 Oxidation of Fatty Acids ... 337
 Biosynthesis of Saturated Fatty Acids ... 342
 Metabolism of Unsaturated Fatty Acids ... 345
 The Essential Fatty Acids ... 348
 Metabolism of Acylglycerols ... 351
 Metabolism of Sphingolipids ... 356
 Phospholipids & Sphingolipids in Disease(Lipidoses) ... 358
23. Metabolism of Lipids : Ⅱ. Role of Tissues  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 359
 Metabolism of Adipose Tissue & the Mobilization of Fat ... 360
 Metabolism of the Plasma Lipoproteins ... 365
 Role of the Liver in Lipid Metabolism ... 370
 Ketosis ... 374
 Cholesterol Metabolism ... 377
24. Regulation of Carbohydrate & Lipid Metabolism  / Peter A. Mayes, PhD, DSc ... 384
 General Principles of Regulation of Metabolic Pathways ... 384
 Identification of Nonequilibrium Reactions & Regulatory Enzymes ... 384
 Metabolic Control of an Enzyme-Catalyzed Reaction ... 385
 Regulation of Carbohydrate Metabolism ... 385
  Regulation of Carbohydrate Metabolism at the Cellular & Enzymatic Level ... 385
 Regulation of Carbohydrate Metabolism(cont'd)
  The Blood Glucose ... 391
 Regulation of Lipid Metabolism ... 394
  Regulation of Ketogenesis ... 395
  Interconversion of Major Foodstuffs ... 399
 The Economics of Carbohydrate & Lipid Metabolism in the Whole Body ... 400
25. Biosynthesis of Amino Acids  / Victor W. Rodwell, PhD ... 402
 Amino Acid Metabolism ... 402
 Nutritionally Essential & Nutritionally Nonessential Amino Acids ... 402
 Nutritionally Nonessential Amino Acids ... 403
  Nutritionally Nonessential Amino Acids Formed From Amphibolic Intermediates ... 403
  Nutritionally Nonessential Amino Acids Formed From Other Nutritionally Nonessential Amino Acids ... 408
  Nutritionally Nonessential Amino Acids Formed From Nutritionally Essential Amino Acids ... 410
 Nutritionally Essential Amino Acids ... 411
  Biosynthesis of Nutritionally Essential Amino Acids From Glutamate ... 411
  Biosynthesis of Nutritionally Essential Amino Acids From Aspartate ... 412
  Biosynthesis of Nutritionally Essential Amino Acids From Amphibolic Intermediates ... 413
26. Catabolism of Amino Acid Nitrogen  / Victor W. Rodwell, PhD ... 416
 Overall View ... 416
 Transamination ... 416
 Oxidative Deamination ... 418
 L-Glutamate Dehydrogenase ... 418
 Formation of Ammonia ... 419
 Transport of Ammonia ... 419
 Circadian Changes in Plasma Amino Acid Levels ... 421
 Urea Synthesis ... 422
 Regulation of Urea Synthesis ... 423
 Metabolic Disorders Involving the Urea Cycle ... 423
27. Catabolism of the Carbon Skeletons of Amino Acids  / Victor W. Rodwell, PhD ... 425
 Conversion of Carbon Skeletons of Common L-α-Amino Acids to Amphibolic Intermediates ... 425
 Amino Acids Forming Oxaloacetate ... 426
 Amino Acids Forming α-Ketoglutarate ... 426
 Amino Acids Forming Pyruvate ... 428
 Amino Acids Forming Acetyl-Coenzyme A ... 430
 Amino Acids Forming Succinyl-Coenzyme A ... 438
28. Conversion of Amino Acids to Specialized Products  / Victor W. Rodwell, PhD ... 444
 Glycine ... 444
 Alanine ... 445
 Serine ... 446
 Threonine ... 446
 Mrthionine ... 446
 Cysteine ... 447
 Arginine ... 447
 Histidine ... 447
 Tryptophan ... 449
 Phenylalnine & Tyrosine ... 451
 Metabolism of Creatine & Creatinine ... 452
29. Metabolism of Purine & Pyrimidine Nucleotides  / David W. Martin, Jr., MD ... 455
30. Metabolism of Nucleic Acids  / David W. Martin, Jr., MD ... 472
 The Nature of DNA ... 472
 Genetic Organization of the Mammalian Genome ... 474
 DNA Metabolism ... 477
 Alteration & Rearrangement of Genetic Meterial ... 482
 Biologic Function of Ribonucleic Acid(RNA) ... 486
 RNA Metabolism ... 486
 Inhibitors of DNA & RNA Synthesis ... 493
 Nucleases ... 493
31. Protein Synthesis & the Genetic Code  / David W. Martin, Jr., MD ... 494
32. Regulation of Gene Expression  / David W. Martin, Jr., MD ... 511
33. General Characteristics of Hormones  / Gerold M. Grodsky, PhD ... 519
34. Chemistry & Functions of the Hormones : Ⅰ. Thyroid, Pancreas, Adrenal, & Gastrointestinal Tract  / Gerold M. Grodsky, PhD ... 526
 The Thyroid ... 526
 The Parathyroids ... 531
 The Pancreas ... 535
  Insulin ... 535
  Glucagon ... 546
  Somatostatin ... 548
 The Adrenals ... 548
  The Adrenal Medulla ... 548
  The Adrenal Cortex ... 553
 The Organs Producing Sex Hormones ... 564
  Male Hormones ... 564
  Female Hormones ... 566
 The Gastrointestinal Hoemones ... 569
35. Chemistry & Functions of the Hormones : Ⅱ. Pituitary & Hypothalamus  / Gerold M. Grodsky, PhD ... 574
36. Water & Mineral Metabolism  / Davis D. Tyler, MA, PhD ... 588
 Water Metabolism ... 588
 Mineral Metabolism ... 593
  Calcium ... 594
  Phosphorus ... 595
  Magnesium ... 596
  Sodium ... 597
  Potassium ... 598
  The Sodium-Potassium Pump ... 599
  Lithium ... 600
  Chlorine ... 600
  Sulfur ... 601
 Trace Elements ... 601
  Essential Trace Elements ... 601
   Iron ... 601
   Copper ... 604
 Trace Elements(cont'd)
  Iodine ... 606
  Manganese ... 606
  Cobalt ... 606
  Zinc ... 607
  Fluorine ... 608
  Molybdenum ... 608
  Selenium ... 608
  Chromium ... 610
 Possibly Essential Trace Elements ... 610
 Nonessential Trace Elements ... 610
  Aluminum ... 610
  Boron ... 610
  Cadmium ... 610
  Other Nonessential Trace Elements ... 611
37. Calorimetry : Elements of Nutrition  / Harold A. Harper, PhD ... 612
 Basal Metabolism ... 614
 Measurement of Energy Requirements ... 616
 Specific Dynamic Action(SDA) ... 616
 The Elements of Nutrition ... 617
38. Immunochemistry  / Kent R. Cochrum, DVM ... 629
 Structure of Immunoglobulins ... 630
 Electrophretic Determination of Immunoglobulins ... 633
 Quantitative Immunoglobulin Determinations(Radial Diffusion Technic) ... 635
 Antigens ... 636
 Antigenic Determinants ... 638
 Immunopotency ... 640
39. The Kidney & the Urine  / John David Wallin, MD ... 642
 Formation of Urine ... 642
 Acidification of the Urine ... 654
 Abnormalities of Acid-Base Regulation by the Kidney ... 655
 Mechanism of Action of Diuretics ... 657
 Tests of Renal Function ... 658
 Composition of Urine ... 660
 Hormones of the Kidney ... 664
40. Muscle Tissue  / Harold A. Harper, PhD ... 669
 Muscle Structure ... 669
 The Proteins in Muscle ... 670
 Molecular Events in Muscle Contraction ... 673
 Muscle Metabolism ... 673
 Muscle Phosphagens ... 674
 Inorganic Constituents of Muscle ... 675
41. Epithelial, Connective, & Nerve Tissues  / Harold A. Harper, PhD ... 676
 Epithelial Tissue ... 676
 Connective Tissue ... 676
 Nerve Tissue ... 684
Abbreviations Encountered in Physiologic Chemistry ... 689