【正文】 ome。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。 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)。 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)。有時蛋白質(zhì)變性後，當(dāng)環(huán)境恢復(fù)時可重新形成俱有機能的形態(tài) 。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。 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(jìn)行質(zhì)譜測量 。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。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(xué)獎。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(xué)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。 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(xì)胞中，負(fù)責(zé)提供給細(xì)胞活動的化學(xué)能，即製造 ATP，約 90%人體所需能量，都在此處產(chǎn)出。粒線體約 1至 10 μm長，活的粒線體會在細(xì)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(xì)胞的代謝活性也越高。也因為粒線體與細(xì)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(biāo)。 粒腺體與菌體比較 17 在 1963年科學(xué)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)。目前的研究顯示，粒線 DNA缺陷可能導(dǎo)致許多人體功能衰退老化的疾病及現(xiàn)象。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。 粒腺體的功能 18 4. 細(xì)胞膜 細(xì)胞膜的形成應(yīng)是第一個細(xì)胞生命開始的起點。細(xì)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(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交流，並透過細(xì)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。 19 細(xì)胞膜對傳送物質(zhì)的選擇性強，大都利用特殊通道來做運送。此外，細(xì)胞內(nèi)外離子的分布，對細(xì)胞運作也有重大的影響，例如經(jīng)由 Na+K+ATPase的運作，每個 ATP的消耗將三個鈉離子移出細(xì)胞內(nèi)而將兩個鉀離子移入稱逆向通道(antiport)，造成大部分細(xì)胞內(nèi)鉀離子的濃度是細(xì)胞外的 3050倍，而鈉離子濃度只有外面的十分之一。此外也有所謂離子通道，只允許特定的離子以擴散的方式流通。但是這種傳統(tǒng)電生理的技術(shù)解析度不夠，而且沒有辦法任意改變細(xì)胞內(nèi)的各種成分，再觀察這些改變到細(xì)胞膜上離子通道的影響。所謂「膜片箝制」技術(shù)係利用一隻管口直徑比細(xì)胞還小的毛細(xì)玻璃管，在顯微鏡底下將它輕輕壓住細(xì)胞的表面，再加點吸力，將細(xì)胞膜緊緊吸黏在管口上。他們應(yīng)用這套技術(shù)，順利地記錄出青蛙肌肉細(xì)胞上單一離子通道流過電流的大小。其他結(jié)果也顯示，這些離子通道會因應(yīng)不同的環(huán)境而改變其特性和形態(tài)，造成離子流量的變化。 E l e c t r o n T r a n s f e r P a t h a n a e ro b ic fe rm e n t a t io n106t u r n o v er s p er s ec o n d p er s i t e at 3 0oCN A D H2N A D+ + 2 H+2eF e r r o d o x i n ox.F e r r o d o x i n re d .2eH y d r o g e n a s e2H+H2O r g a n i co x i di ze d2e* r e f e r t o P e t e r s, e t a l. 1 9 98*厭氧產(chǎn)氫電子傳遞路徑路 22 6. 免疫系統(tǒng) 免疫系統(tǒng) (immune system)是人體為抵禦外來不明病原或物質(zhì)所構(gòu)成的防禦體系，這個防禦系統(tǒng)大致可分為三個部份 : (1)自我 /非自我個體的辨識， (2)系統(tǒng)對抗原 (antigen)的捕殺，及 (3)記憶細(xì)胞 (memory cells)的製造及運用。免疫系統(tǒng)主要是由骨髓中幹細(xì)胞所製造出的不同白血球細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞 (macrophage)與淋巴球細(xì)胞 (lymphocyte)，其中主要的淋巴球細(xì)胞又可分為 B細(xì)胞(B cell)及 TC細(xì)胞 (killer T cell)，前者是專門產(chǎn)生抗體來標(biāo)示抗原，供巨噬細(xì)胞來辨識及消滅 。此外還有助手 T細(xì)胞 (helper T cell，簡稱為 TH cell)能與 B細(xì)胞互動產(chǎn)生介白質(zhì) (interleukin)來刺激B、 T及 TH等細(xì)胞的增殖。基本上人體細(xì)胞靠兩類蛋白質(zhì)，即MHC第一及第二類蛋白質(zhì) (major histopatibility plexes class I and II)，依附在細(xì)胞上來做標(biāo)示的工作。為了正確辨認(rèn)自身的 MHC蛋白質(zhì)，當(dāng) TC細(xì)胞製造時要經(jīng)過嚴(yán)格篩選，約 95%被製造的 TC細(xì)胞因其有造成錯誤辨識可能而被消滅，只有能正確抓住與外來抗原結(jié)合的 MHC第一類蛋白質(zhì)的 TC細(xì)胞才會被留存下來。 MHC第二類蛋白質(zhì)則只依附在少數(shù)抓抗原的細(xì)胞上，如巨噬細(xì)胞及 B細(xì)胞上，以供助手 T細(xì)胞來結(jié)合，進(jìn)而刺激 B、 T及 TH細(xì)胞的增殖。 而受抗原感染的細(xì)胞則由 TC細(xì)胞透過已感染抗原的 MHC第一類蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)合並將整個細(xì)胞連抗原一起消滅之。當(dāng)抗原被消滅殆盡，少部分 TC、TH、及 B細(xì)胞會被留存下來，變成記憶細(xì)胞，記憶細(xì)胞在體內(nèi)巡迴，下次有同樣的病源侵入時可以閃電出擊，這也是當(dāng)一個人已得過某種疾病後有免疫效果理由。雖然如此，但吾人對免疫系統(tǒng)的了解，仍是不足，免疫系統(tǒng)的高度辨識性、 TC及 TH在製造時的嚴(yán)格篩選機制，和記憶細(xì)胞的留存而不被摧毀回收等都是有待更多探討的。中樞神經(jīng)系統(tǒng)又可分為兩個部份 :大腦 和脊椎。脊髓外圍有著堅硬的脊椎骨 作為保護以及支撐脊髓之用，其長度約有 70公分。而運動神經(jīng)纖維 則負(fù)責(zé)將中樞神經(jīng)系統(tǒng)所下達(dá)的命令傳到骨骼肌以產(chǎn)生所需的運動。其功能主要在於調(diào)控內(nèi)臟的帄滑肌運動以及內(nèi)分泌腺體產(chǎn)生內(nèi)分泌激素。 26 神經(jīng)細(xì)胞 (nerve cell又稱為神經(jīng)元， neuron)是專門傳遞電訊號的細(xì)胞，當(dāng)位於細(xì)胞表面的受體 (receptor)接收到神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)時，神經(jīng)細(xì)胞便會產(chǎn)生動作電位以傳遞訊息。在神經(jīng)系統(tǒng)中幾個重要的離子分別為鈉 (Na+)、鉀 (K+)、鈣 (Ca2+)及氯(Cl)離子。神經(jīng)細(xì)胞和一般細(xì)胞一樣都有細(xì)胞膜包覆，而細(xì)胞膜對離子的通透率極差，幾乎為零，因此這些離子要經(jīng)由細(xì)胞膜上特殊的離子通道 (ion channels)如前述 Na+K+ATPase才能流通。在休息狀態(tài)下神經(jīng)細(xì)胞對鉀離