【正文】 所以奈米技術(shù)發(fā)展，預(yù)期進(jìn)一步了研究生物體微小元件及生物反應(yīng)系統(tǒng)運作方式的可行性?？傊?，奈米研究可進(jìn)一步回答生物系統(tǒng)對其元件掌控的專一及精準(zhǔn)特性，而因為奈米技術(shù)的發(fā)展，未來這些特性的研究也可能在活體中完成。有鑑於此，本節(jié)就常見且重要的生物元件與生物反應(yīng)系統(tǒng)及其功能作說明 ： 1. 核酸 (nucleic acid) 2. 蛋白質(zhì) (protein) 3. 粒腺體 (mitochondrion) 4. 細(xì)胞膜 (cell membrane) 5. 電子傳遞系統(tǒng) (electron transferring system) 6. 免疫系統(tǒng) (immune system) 7. 神經(jīng)傳遞系統(tǒng) (nervous transferring system) 5 1. 核酸 核酸 (nucleic acid)廣泛存在所有動、植物細(xì)胞及微生物體內(nèi)，並可分為核糖核酸 (ribonucleic acid簡稱 RNA)，和去氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid簡稱 DNA)。核甘酸是由三大部份組成，即核醣 (ribose； RNA用 )/去氧核醣 (deoxyribose； DNA用 )、磷酸根 (phosphate)及包含嘧啶 (pyrimidines)和嘌呤 (purines)的含氮鹽基。在正常情形下， A與 T(或 U)以二個氫鍵相互配對連結(jié) 。 力場對 DNA之影響 8 此外，近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)包括癌癥、精神病、及遺傳病等，許多人類疾病是因為染色體內(nèi)不穩(wěn)定的核酸重複序列發(fā)生突變所致。 有些則是位於不轉(zhuǎn)譯區(qū) (noncoding region)內(nèi)，由不穩(wěn)定的 CTG或 CGG核甘酸重複序列倍增突變所造成的肌肉萎縮、智障等遺傳疾病，如： DM。故此技術(shù)可用來判斷目標(biāo)基因的產(chǎn)物及其功用並了解各基因的作用。 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)。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 。 但某些蛋白質(zhì)是無法還原的。 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(jìn)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)。 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。 ATP是細(xì)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。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。即當(dāng)粒線體中合成 ATP的 DNA突變或異常都會影響到細(xì)胞去穫得足夠的能量，這可能傷害細(xì)胞或甚至殺死細(xì)胞，更進(jìn)一地便會引起組織或器官的機能不全。細(xì)菌膜在面對外在環(huán)境的變化時，必頇要能維持細(xì)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(xì)菌執(zhí)行其所需生理功能並維持生存，故其對細(xì)胞的重要性，不言可諭。多數(shù)細(xì)胞膜上都有葡萄糖的通道 (glucose transporter)，藉以送入外界的葡萄糖，作為細(xì)胞內(nèi)的養(yǎng)分之用，該通道是由整合型蛋白質(zhì) (integral protein)組成，分子量大約是 45,000，但其詳細(xì)構(gòu)造並不清楚，該通道每次運送葡萄糖時會伴隨著 Na+是屬於同向通道 (symport)。 物質(zhì)傳送 20 早期研究細(xì)胞離子通道時，頇將一根電極插入到細(xì)胞內(nèi)，然後連通另外一個在細(xì)胞外的電極，來記錄不同生理情況細(xì)胞膜電位差變化。如果細(xì)胞膜上有一個離子通道的分子，經(jīng)過電流的記錄儀器，就可以記錄在這個離子通道進(jìn)出的離子流。 細(xì)胞離子通道研究 21 5. 電子傳遞系統(tǒng) 電子傳遞系統(tǒng) (electron transferring system)常見於生物反應(yīng)系統(tǒng)中，譬如人的呼吸過程是將電子一步一步傳遞，最後傳給氧氣，另外生物產(chǎn)氫亦是類似情形，最後則是透過產(chǎn)氫酵素 (hydrogenase)與氫離子產(chǎn)生氫氣。 後者是專門來殺死已被感染的細(xì)胞及其內(nèi)所含的抗原。 MHC第一類蛋白質(zhì)存在所有已知脊椎動物細(xì)胞上，但每個人可產(chǎn)生多達(dá) 6種不同的 MHC第一類蛋白質(zhì)，所以幾乎很少有 MHC第一類蛋白質(zhì)組合相同的人。 免疫防護(hù)過程 24 所以整個抗原捕殺的過程可分成兩部分，其一由 B細(xì)胞產(chǎn)生抗體來標(biāo)示抗原，而此抗體 /抗原結(jié)合體會被隨時來回巡邏中的巨噬細(xì)胞所吞噬 。 免疫系統(tǒng)中所謂抗原 /抗體的獨特 /單一的結(jié)合特性，已被拿來發(fā)展蛋白質(zhì)晶片，做為檢測抗原或抗體存在的明確指標(biāo)。一個正常成人的大腦約有 , 其中約包含了上千億的神經(jīng)細(xì)胞以及數(shù)以兆計的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。自主神經(jīng)系統(tǒng)包含了交感神經(jīng)系統(tǒng)以及副交感神經(jīng)系統(tǒng) 。神經(jīng)細(xì)胞會從本體處長出觸手狀的組織，稱為軸突 (axons)和樹突 (dendrites)，樹突負(fù)責(zé)將資訊帶回細(xì)胞，而軸突則是負(fù)責(zé)將訊息傳遞出去。 當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞在休息狀態(tài) (不傳送訊息時 )，細(xì)胞外的鈉離子相較於細(xì)胞內(nèi)的鈉離子來的多，而細(xì)胞外的鉀離子則相較於細(xì)胞內(nèi)的鉀離子來的少，細(xì)胞內(nèi)的電壓相對於細(xì)胞外的是負(fù)值，此時細(xì)胞內(nèi)外不帄衡的離子會企圖去帄衡這內(nèi)外的電位差，但是由於細(xì)胞膜的阻隔使得只有具有特定離子通道的離子可以通透。動作電位是由去極化電流 (depolarizing current)將原本細(xì)胞的休息電位提昇 (一般至 55 mV)而引發(fā)的膜電位改變。鉀離子通道開啟的時間較鈉離子通道來的晚。這種單一細(xì)胞受多個神經(jīng)元訊號控制的現(xiàn)象不易分析，有待更進(jìn)一步的了解。本節(jié)將就幾個共通性的生物技術(shù)做一說明。 利用 16S rRNA作菌種分類流程範(fàn)例 31 細(xì)胞內(nèi)核醣體是蛋白質(zhì)製造之處，它是由蛋白質(zhì)和 rRNA所組成的。 16S rDNA就是在染色質(zhì)上能轉(zhuǎn)錄出 16S rRNA的基因。 32 2. 生物感測 生物感測器主要是以生物分子如抗體、抗原、酵素、蛋白質(zhì)、及核酸等來做為量測某化合物或離子的工具，一般而言，其量測化合物俱選擇性並常是一可逆反應(yīng)。而依照使用的生物元件不同可區(qū)分成酵素感測器 (enzyme sensor)、免疫感測器 (immunosensor)、受體感測器 (receptor sensor)、微生物感測器 (microbial sensor)、細(xì)胞及組織感測器 (cell and tissue sensor)、及核酸感測器 (nucleic acid sensor)等六類，其相對的反應(yīng)機制，可由前一節(jié) ( )的生物元件介紹中得知，如核酸感測器即是以 DNA雙股的互補性來做偵測的機制。如果能把生物元件包圍在奈米顆粒中，減低非專一性的接觸並在體內(nèi)直接量測檢體，則生物感測器，將可有進(jìn)一步發(fā)展的空間。 表現(xiàn)系統(tǒng)建立要素包括 : (1)啟動子 (promoter)及終結(jié)子 (terminator)特性、 (2)核醣體結(jié)合區(qū)與核醣體結(jié)合的能力、 (3)表現(xiàn)質(zhì)體的數(shù)目(copy number)、 (4)利用質(zhì)體或以質(zhì)體併入染色體後表現(xiàn)、 (5)產(chǎn)出目標(biāo)蛋白在細(xì)胞的最終位置、 (6)轉(zhuǎn)錄出的 mRNA在核醣體的轉(zhuǎn)譯效率、及 (7)產(chǎn)出蛋白在宿主 (如大腸桿菌 )的穩(wěn)定性等。 常見的載體 包括 : (1)反轉(zhuǎn)錄病毒載體 (retroviral vector)是目前使用最多的型式，載體本身是一個被包膜 (envelope)覆蓋的 RNA病毒，會經(jīng)由反轉(zhuǎn)錄作用而形成雙股 DNA，再插入在宿主染色體中，達(dá)到基因轉(zhuǎn)殖及持續(xù)性表現(xiàn)的特性，惟此病毒只能感染分裂中的細(xì)胞，在體內(nèi)又脆弱易被摧毀，是其缺點。一般藥廠開發(fā)新藥時會先大量篩選出對某種疾病有初步療效的先導(dǎo)藥物 (lead pound)，再進(jìn)一步將其修飾，使該化合物更有活性與低毒性，此法耗時甚久，所開發(fā)新藥成功上市比率也只有萬分之一。目前藥劑使用觀念已漸漸由「藥效為先」轉(zhuǎn)變到「安全及有效性為中心」。 藥物釋放的速率