焦磷酸水解酶研究 本土食材綠豆解出膜蛋白結構

新網記者麻念台台北特稿
2012/4/6 下午 06:48:09 / 科技新知

　由國科會補助清華大學生命科學院團隊研究有關植物代謝物再利用之膜蛋白分子結構，3月29日發表在國際頂尖期刊《自然》(Nature)雜誌，為臺灣第一個成功解析之多重穿膜膜蛋白結構。

清華大學生命科學院教授孫玉珠(左)與潘榮隆(右)今日在國科會介紹以本土食材綠豆解出植物膜蛋白結構的成就。(歸鴻亭攝影)

　這項由孫玉珠與潘榮隆共同領導的研究團隊經過多年的研究，成功解得植物液泡的氫離子通道焦磷酸水解酶(H+-pyrophosphatase)之膜蛋白分子結構；此一獨步結果解開植物如何調控細胞酸鹼值，如何有效利用代謝副產物所含的能量進行氫離子的傳輸。

　潘榮隆表示，這項成果不僅是全球重要的突破，也是台灣第一個高解析膜蛋白結構成果，未來將有助於經濟作物、標靶藥物或生質能源的發展研究。

　他指出，生物體細胞表面擁有不同功能的蛋白質，稱為膜蛋白，就像一扇大門控制物質的進出，能夠維繫生物體機能，但對傳輸生物體不可或缺的氫離子膜蛋白，以往並不全然瞭解，始終是科學家想要探討解析的目標。

　潘榮隆說，20多年來，他們的研究兩次被國外研究團隊搶先發表，靠的是一直堅持下去，而且挑選的研究標的是國內最常食用的綠豆，比起國外研究者常用已經在遺傳學和植物發育研究過，有許多發表過資訊的阿拉伯芥來得更困難，雖然過程阻礙重重，最後成果豐碩。

　孫玉珠表示，科學家瞭解焦磷酸水解酶，可將代謝副產物焦磷酸的化學能轉化為其他酵素所需之能量，這種反應類似焚化爐將生活廢棄物轉化為電能，再利用電能驅動生活中各類電器的情況一般，為細胞內能源回收再利用的典範。

清華大學生命科學院研究團隊經過多年的研究，成功解得植物液泡的氫離子通道焦磷酸水解酶之膜蛋白分子結構。(歸鴻亭攝影)

　她說，膜蛋白約占細胞所有蛋白質的30%，至今卻只有約1%膜蛋白結構被解出，主要由於膜蛋白不易自細胞膜萃取，困難長成膜蛋白結晶，難以建立高解析度的分子結構。

　孫玉珠強調，這次是研究團隊協同中央研究院蕭傳鐙研究員的實驗室，利用X光晶體繞射方法及臺灣國家同步輻射研究中心所提供的光源，由清華大學博士生林士鳴克服許多難題，成功地得到高解析度的氫離子傳輸焦磷酸水解酶的立體結構，揭開此氫離子通道的神秘面紗。

　解出來的情況是焦磷酸水解酶由兩個相同的蛋白質分子組成，每個分子穿越細胞膜來回16次，具有極複雜的構造，為目前已知具有最多穿膜區段的膜蛋白之一；而每個蛋白分子擁有一個極酸性的催化中心用以水解焦磷酸，以及一條獨特通道用以進行氫離子的運輸。

　植物中的焦磷酸水解酶可影響植株生長速度以及耐鹽、抗凍、抗旱的能力，為經濟作物發展與改良中的一個關鍵酵素；另一方面，病原菌如破傷風桿菌、牙周病菌、與螺旋桿菌的細胞表面也存在此類酵素，是故其適合作為生醫發展的特定藥物標靶。因此，孫玉珠說，這項研究在環境、綠能、農業與醫藥方面皆具有很大的發展潛能。