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植物體內發電機,讓廢物變能源
2015/10/22
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清華大學研究團隊經過二十五年努力,獲得重大突破,3月29號在國際頂尖期刊Nature《自然》,發表焦磷酸水解酶之膜蛋白分子結構。這項成果,未來可能應用在新藥開發,消滅破傷風桿菌、牙周病菌等;或培養在惡劣氣候和環境下,也能生長的農作物,解決糧食危機;甚至應用在新能源開發。請聽以下的科學三分鐘。

焦磷酸水解酶,是植物和細菌體內的一種酵素,顧名思義,它的作用就是把焦磷酸「水解」掉。焦磷酸是植物或細菌新陳代謝產生的廢物,可是經過水解,它卻可以產生能量,供應其他酵素使用。打個比方,就像一座焚化爐,燃燒廢棄物產生電能,焦磷酸水解酶,也是回收細胞的廢棄物來產生能源。

這個現象非常有趣,所以二十多年來,全球科學界都希望知道,焦磷酸水解酶的分子結構是什麼?可惜因為它是一種膜蛋白,必須從細胞膜萃取,而且結構複雜,要解析非常困難。直到清華大學生命科學院教授孫玉珠和講座教授潘榮隆,帶領團隊從台灣本土的綠豆中,把焦磷酸水解酶的膜蛋白萃取出來,再利用X光晶體繞射方法,由博士生林士鳴克服許多難題,才終於得到它的結構。

潘榮隆教授也特別從醫學的角度,解釋了這項研究的重要性:

這個酵素只有在細菌跟植物裡面才有,所以這個細菌,譬如破傷風啦,牙周病啦,還有莫拉克水災的時候產生的鉤端螺旋菌,造成了很多流行病,這些細菌呢,它們也具有這樣的一個酵素。那因為我們人沒有這個酵素,所以我們只要知道這個酵素它的結構是什麼樣,然後我們製造一個藥,把它塞進去,這個蛋白質不能作用的時候,這個細菌就會死掉。

最後,氫離子濃度直接影響酸鹼值,因此這整個機制可以調整植物的酸鹼值,又把能量供應給其他酵素使用,藉此,讓植物抵抗乾旱的能力變強,也更能適應鹽分或氣溫的變化。如果透過基因工程,讓植物中的焦磷酸水解酶大量表現,就可能培養出抵抗惡劣環境的農作物,化解氣候變遷下的全球糧食危機。

今天的科學關鍵字,就是

膜蛋白 membrane protein

有興趣的聽眾,也可以透過關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-04-22 16:55:00播出
 
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酵素(14)膜蛋白(3)
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