Only Perception: 清大找出焦磷酸水解酶膜蛋白分子結構

2012-04-08

清大找出焦磷酸水解酶膜蛋白分子結構

◆ 植物代謝物再利用清大解謎
http://udn.com/NEWS/NATIONAL/NAT5/7010753.shtml

【聯合晚報╱記者林進修/台北報導】2012.04.06

清華大學研究團隊經過多年努力，終於找出植物液泡焦磷酸水解酶的膜蛋白分子結構，揭開氫離子通道的神秘面紗，進而解開植物代謝物再利用機制。今後可望透過基因轉殖技術，培育出耐鹽、抗凍及抗旱的作物；也可設計出標靶藥物，破壞會引發破傷風、牙周病及瘧疾等疾病的病原菌。這項突破性研究成果，上周刊登在最新一期的國際頂尖期刊「自然」 (Nature)。

清大校長陳力俊今天上午帶領研究團隊出席國科會特別舉辦的記者會，和國人分享這個傲人的研究成果。清大生物資訊與結構生物研究所教授孫玉珠表示，焦磷酸是植物的代謝產物，在焦磷酸水解酶的作用下，位於細胞表面膜蛋白的氫離子通道才會打開並啟動，產生能量，進而將廢物排出，讓養份進來，維持生機。如果把焦磷酸比喻為垃圾，焦磷酸水解酶就是焚化爐，可將垃圾轉換為電能，供日常生活所需，焦磷酸水解酶可說是細胞內能源回收再利用的典範。

論文第一作者、清大博士生林士鳴克服許多困難，利用X光晶體繞射方法，成功得到高解析度的焦磷酸水解酶立體結構，揭開氫離子通道的神秘面紗，驚艷國際，「自然」期刊評審委員也不禁讚嘆，這是科學界等待二、三十年的成果。

孫玉珠說，焦磷酸水解酶的分子結構非常特殊，從水解焦磷酸，到完成氫離子傳輸，整個過程一氣呵成，既簡單，又非常有效率，而這也是植物最聰明的地方。

植物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，一直是經濟作物發展與改良中的關鍵酵素。除了植物，焦磷酸水解酶也出現在破傷風桿菌、牙周病菌及螺旋桿菌等病原菌的細胞表面。

孫玉珠樂觀認為，解開焦磷酸水解酶的立體結構後，只要找到直接參與酵素活性的胺基酸，並設計出可將病原菌蛋白質受質結合區阻絕掉的標靶藥物，焦磷酸就不會被水解，不能產生能量，這些病原菌就無法存活，破傷風、牙周病及瘧疾的治療將變得簡單。

※ 相關報導：

＊本土綠豆研究登國際期刊
http://www.libertytimes.com.tw/2012/new/apr/7/today-life6.htm

清大生命科學院講座教授潘榮隆在國外讀書時，聽到外國人十分誇讚台灣農耕隊。回國後，他決定捨棄以阿拉伯芥當作模式植物的美國系統，利用台灣本土材料綠豆來研究，有十年沒出國，一心鑽研綠豆的焦磷酸水解酶機制。

＊ Crystal structure of a membrane-embedded H+-translocating pyrophosphatase
http://dx.doi.org/10.1038/nature10963

Shih-Ming Lin, Jia-Yin Tsai, Chwan-Deng Hsiao, Yun-Tzu Huang,
Chen-Liang Chiu, Mu-Hsuan Liu, Jung-Yu Tung, Tseng-Huang Liu,
Rong-Long Pan, Yuh-Ju Sun
Nature 2012
doi: 10.1038/nature10963