【正文】 ibosome。 內(nèi)含 rRNA)將 mRNA資訊經(jīng)轉(zhuǎn)譯 (translation)及 tRNA運送來對應(yīng)胺基酸製成蛋白質(zhì)。氨基酸 (amino acid)是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單元，自然界每個氨基酸的氨基 (amino group)和羧基 (carboxyl group)都與同一個碳原子以共價鍵結(jié)合，稱為 ?胺基酸，不同的氨基酸各有一個不同的「側(cè)鏈」 (side chain)而不同數(shù)量和種類的氨基酸可以相互連接成一條鏈狀的構(gòu)造，稱為 polypeptide。 而不同數(shù)量的 polypeptide經(jīng)化學作用如氫鍵、雙硫鍵等，連結(jié)成各種不同的蛋白質(zhì)。 11 完整的蛋白質(zhì)俱四級結(jié)構(gòu)，分別是初級、次級、三級結(jié)構(gòu)及四級結(jié)構(gòu)。初級結(jié)構(gòu)指的是蛋白質(zhì)的胺基酸序列，序列上些微變化，會影響蛋白質(zhì)折疊和其功能 ； 次級結(jié)構(gòu)主要是以氫鍵做局部重複的折疊或盤繞，常見的折疊形狀有 α螺旋 (alpha helix)及 β摺板 (β sheet)二種 。 三級結(jié)構(gòu)主要是由雙硫鍵 (disulfide bridges,SS)連結(jié)二個胱胺酸 (cystine)單體而將二級結(jié)構(gòu)扭曲重疊，四級結(jié)構(gòu)主要是由二個以上的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組成，也代表具功能性蛋白質(zhì)的完整結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)常因 pH值、鹽濃度、溫度等的影響，瓦解安定結(jié)構(gòu)的恐水性結(jié)合，包括氫鍵、離子鍵和雙硫鍵等結(jié)構(gòu)後，失去維持形狀的力量並造成變性(denaturation)。有時蛋白質(zhì)變性後，當環(huán)境恢復(fù)時可重新形成俱有機能的形態(tài) 。 但某些蛋白質(zhì)是無法還原的。蛋白質(zhì)折疊規(guī)則及其變性後還原與否，目前常以固定 /結(jié)晶 (fixation/crystallization)的方式再配合電腦模擬來完成，因固定及結(jié)晶皆需在體外完成，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有一定的誤差，而蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)與基質(zhì)固定和該蛋白質(zhì)的活性有關(guān)，所以儘可能避免誤差有其重要性。 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 12 固定化技術(shù) 固定化技術(shù)主要目的就是在尋求一種「有效且安定」的固定方法以確保蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不受外在環(huán)境影響，通常蛋白質(zhì)藉著分子本身的胺基(amino groups, NH2)、羧基 (carboxyl groups, COOH)、或羥基(hydroxyl groups, OH)來與擔體 (carrier)鍵結(jié)，其結(jié)合方式可分為 ： (1)物理吸附 (physical absorption)此法利用分子間的凡得瓦力、靜電力、親和性的物理性質(zhì)吸附蛋白質(zhì)分子，優(yōu)點是方法便宜、簡單；缺點是容易因外在環(huán)境溫度、酸鹼值、溶液中離子強度之改變，而導致蛋白質(zhì)脫落， (2)離子鍵結(jié) (ionic bonding)係利用蛋白質(zhì)具有被離子化性質(zhì)，將蛋白質(zhì)以離子鍵形式結(jié)合於離子交換體，比物理吸附有較強的結(jié)合力，但相同的蛋白質(zhì)反應(yīng)中緩衝溶液的種類、酸鹼值、離子強度、溫度等，都會對固定化的效率或蛋白質(zhì)的脫離有很大的影響， (3)共價鍵結(jié) (covalent bonding)蛋白質(zhì)中含有與活性無直接關(guān)係的反應(yīng)性游離基，尤其是羥基、羧基、氨基之含量很高，可用來與基材表面具有的官能基發(fā)生共價鍵結(jié)，此種鍵結(jié)形式具有結(jié)合力強的特性，故被固定之蛋白質(zhì)不易受外在環(huán)境影響而脫離基材。 13 分子分析方法 田中 (1987)發(fā)現(xiàn)將要分析的物質(zhì)以低能量的軟雷射 (soft laser)激發(fā)成帶一個電子的氣態(tài)，在電場中可以用「脫附方法」(desorption)進行質(zhì)譜測量 。 芬恩 (1988)以「高電壓噴射離子化方法」 (electrospray ionization)使要分析的物質(zhì)經(jīng)過高電壓噴射方法而得離子化，再進行質(zhì)譜測量，用這二種方法，主要在使高分子蛋白質(zhì)帶電並藉以分析該類的蛋白質(zhì)。此外，有關(guān)蛋白質(zhì)量測的另一個問題是，以往的分子結(jié)構(gòu)都是依賴結(jié)晶固體的Ｘ光撓射法，但高分子量的蛋白質(zhì)很難變成晶體。 伍思瑞齊 (wuthrich， 1985)利用核磁共振儀 (NMR)方法測定溶液中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，他以蛋白質(zhì)中的氫原子間的距離及擺動狀態(tài)為測量基準，訂出溶液中蛋白質(zhì)的三度空間結(jié)構(gòu)。田中、芬恩及伍思瑞齊也因其在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)技術(shù)的創(chuàng)新，共同獲得了 2023年的諾貝爾化學獎。 14 蛋白質(zhì)分析與其結(jié)構(gòu)研究的重要性在於 ： 蛋白質(zhì)是由一連串的胺基酸組成，蛋白質(zhì)有它的特定摺疊形態(tài) (protein folding)，如果摺疊形態(tài)發(fā)生變化，那蛋白質(zhì)就會「變質(zhì)」並引起許多疾病。普席納 (Prusiner， 1997)率先提出蛋白質(zhì)摺疊錯誤會引起腦組織海綿化 (spongiform)疾病，即狂牛病並獲得 1997年諾貝爾醫(yī)學獎，他解釋說 ： 「哺乳類腦中有一種叫普立昂 (prion)蛋白質(zhì) (PrP；Mr= 28,000)，在正常情況下，有一個很穩(wěn)定的摺疊結(jié)構(gòu)形態(tài)，是無害的，但若與羊搔癥 (scrapie)處得來褶疊錯誤的普立昂(PrPsc)接觸，則原本正常 PrP會轉(zhuǎn)變成 PrPsc，病變後的 PrPsc俱感染能力，並會擴散感染造成腦組織空洞化。普席納的發(fā)現(xiàn)給了我們一個全新的病理觀念，即傳統(tǒng)所謂只有黴菌、細菌及病毒才有可能致病是不完整的，蛋白質(zhì)本身亦有傳染疾病的可能(Nelson and Cox 2023)。 蛋白質(zhì)分析與其結(jié)構(gòu)研究的重要性 15 3. 粒 腺體 粒線體存在所有真核細胞中，負責提供給細胞活動的化學能，即製造 ATP，約 90%人體所需能量，都在此處產(chǎn)出。 ATP是細胞能量的攜帶者，它是經(jīng)由一連串複雜電子傳遞反應(yīng)後，以氧為最終電子接受者而產(chǎn)生的。粒線體約 1至 10 μm長，活的粒線體會在細胞裡移來移去，還會改變形狀、分裂成兩個，和電子顯微鏡所見到的有很大的差異，粒線體越多，通常細胞的代謝活性也越高。 g l u c o s eCO2e e e e + + + + + + + + H++ ++ +A D P = = A T PA T P a s e菌體內(nèi) ATP產(chǎn)生的機制 16 粒線體有許多特性與菌體類似， (1)粒線體內(nèi)含一環(huán)狀DNA，獨立於核胞核 DNA，故核醣體能自行製造其所需蛋白質(zhì)， (2)粒線體複製類似菌體二次元分裂 (binary fission)，是由原有粒線體分裂而來， (3) 粒線體尺寸與一般菌體類似，基於以上理由，已有學理指出，粒線體有可能是在生物進化過程中，由細菌進入真核細胞而形成的共生現(xiàn)象。也因為粒線體與細胞核呈獨立狀態(tài)，許多有關(guān)粒線體 DNA/RNA操控、蛋白質(zhì)製造、核醣體特性等亦是研究的目標。對人類而言，粒線體由母體而來，有突變可能且其突變也會遺傳，所以比對全球不同人種的粒線體 DNA的含氮鹽基排序，也可能得到一些全球人種遷移上的線索。 粒腺體與菌體比較 17 在 1963年科學家已知道動物體身上的粒線體擁有它自己的DNA，但卻還不了解這些基因究竟有無功能，更不了解這些基因與人類某些疾病有關(guān)。直到 1988年有些研究者才知道粒線體 DNA的小瑕疵會引起或促發(fā)一些廣泛的衰退現(xiàn)象。目前的研究顯示，粒線 DNA缺陷可能導致許多人體功能衰退老化的疾病及現(xiàn)象。即當粒線體中合成 ATP的 DNA突變或異常都會影響到細胞去穫得足夠的能量，這可能傷害細胞或甚至殺死細胞，更進一地便會引起組織或器官的機能不全。粒線體DNA突變牽涉了許多不知原因的衰退及老化現(xiàn)象和各式各樣的慢性退化疾病。雖然在此方面的研究已提供許多疾病形成的線索，甚至設(shè)法治療及阻止疾病形成，但現(xiàn)今在此仍有許多這類疾病無法治療。 粒腺體的功能 18 4. 細胞膜 細胞膜的形成應(yīng)是第一個細胞生命開始的起點。細菌膜在面對外在環(huán)境的變化時，必頇要能維持細菌內(nèi)在環(huán)境的穩(wěn)定、並要有掌控養(yǎng)份攝取及廢物排除的能力，如此才能使細菌執(zhí)行其所需生理功能並維持生存，故其對細胞的重要性，不言可諭。細胞膜是由兩層不透水的磷脂(phosphate lipid)組成，厚約 5 nm，其親水層向內(nèi)外，分別與胞液與外界環(huán)境接觸，其恐水層相連夾在中間，如此結(jié)構(gòu)可以阻細胞內(nèi)外物質(zhì)的交流，並透過細胞膜上一些由蛋白質(zhì)通道，來接收外界訊號，並與外界交換物質(zhì)，其示意圖如下。 細胞膜結(jié)構(gòu)，其中 A=雙磷脂層， B=膜上蛋白質(zhì)， C=蛋白質(zhì)通道。 19 細胞膜對傳送物質(zhì)的選擇性強，大