【化學奇境】受體‧受體‧受體

■ 十二月十一日周成功教授的演講以「當小分子遇上大分子」為主題，但卻幾乎都在講受體。究竟為何理解受體對於掌握大小分子是重要的呢？

撰文 ∣ 林書瑤

《三國志》的《華陀傳》有這麼一個故事：「某天倪尋和李延兩位地方官一起去找華陀看診，兩人都同樣有頭痛、發燒的症狀。華陀診斷之後，開了藥方說：『倪尋應該服用助瀉劑，李延應該服用發汗劑。』他們覺得奇怪，症狀相同不是應該吃同一帖藥嗎？華陀說：『倪尋是便秘造成體內火氣旺盛，李延是著涼受了風寒，雖然兩人症狀相同，但是病因不同，所以要用不同的方式治療。』倪尋和李延各自吃了藥之後，隔天起床就都痊癒了。」

這段故事是成語「對症下藥」的由來，它翔實呈現了疾病與藥方之間的關係：特定疾病只能使用特定藥物治療，如果施藥不當，對於治療就沒有任何幫助。

此一典故或許也可以帶領大家理解生物化學中「受體（receptor）」的觀念。受體是一種蛋白質分子，通常存在酵素分子的表面，可以和神經傳導物質（neurotransmitter）、荷爾蒙（hormone）、藥物或是毒物等配體（ligand）結合。每種受體只能結合某些特定形狀的配體分子（見下圖），受體在與配體結合之後，會帶來構形（conformation，受體蛋白質的三維結構）的改變，因而影響蛋白質活動，並進一步引起各種細胞反應。

受體與配體的結合端賴分子間作用力，其中並未進行化學反應，也沒有生成共價鍵，因此這樣的結合方式是可以拆解，也是可以被取代的。血紅素與氧氣及一氧化碳的三角關係就是一例：身為受體的血紅素在平時都與氧氣結合，但是當空氣中的一氧化碳濃度過高時，血紅素就會拋下氧分子，選擇和一氧化碳分子結合。這是因為一氧化碳對血紅素的親和力大過於氧氣的親和力，所以在與受體結合的競爭關係中，親和力越大的分子越容易取得勝利。

鎖與鑰

德國化學家Fischer曾提出「鎖鑰理論（Lock and Key Theory）」，認為分子和生物細胞之間的關係存在高度的專一性，就像鎖頭和鑰匙一樣，每道鎖都必須利用某把特定的鑰匙才能夠打開。然而，也有一些比較不那麼嚴謹的受體，由於其本身的分子很大，因此可以在與形狀不完全相合的配體結合時，改變自己的構形去配合配體的形狀，這種具有較大彈性的配對結合方式，稱為「誘合理論（Induced-Fit Theory）」，亦即受體會受到形狀不合的配體誘導而改變構形與之結合。

配體對受體的作用大致可區分為兩種：作用劑（agonists）與拮抗劑（antagonists），前者會活化蛋白質的活動，啟動細胞反應；後者則會抑制蛋白質活動，並關閉細胞的反應。因此作用劑與拮抗劑之間存在拮抗關係（antagonism，兩者互為對立的作用關係）。周成功教授在十二月十一日的演講中談到，毛果芸香鹼（Pilocarpine）可刺激狗的唾液腺分泌，但這個作用可被阿托平（Atropine）完全抑制，不論在之前或之後施藥。因為毛果芸香鹼為作用劑，可增強副交感神經的反應；阿托平則為拮抗劑，會抑制副交感神經的作用，故兩者之間存在拮抗關係。而阿托平的親和力高於毛果芸香鹼，所以無論在毛果芸香鹼之前或之後施加阿托平，都可達到拮抗的抑制效果。

受體的結合作用是重要的藥物作用機制之一，尤其常見於內分泌疾病與精神疾病，因為荷爾蒙與神經傳導物質的作用皆屬於受體結合作用的範疇，其中著名的範例是精神分裂症的藥物治療。精神分裂症的病因是多重且複雜的，可能來自遺傳、環境、心理、神經、社會等各種面向，也因此在治療上並沒有一種完全有效的方法。有研究指出，精神分裂症的病因來自於多巴胺的過度活化。多巴胺是腦內分泌的一種神經傳導物質，主要用來傳遞愉快、興奮的情緒訊息，戀愛、吸毒、吸菸都會促進多巴胺的分泌。精神分裂患者由於多巴胺分泌過多，故隨時處在興奮的狀態，並因此產生諸多幻覺及妄想。傳統的精神分裂藥物治療，便是利用親和力大於多巴胺的藥物分子，與腦內的多巴胺受體結合，進而阻斷多巴胺的作用。

受體的概念除了普遍應用於藥理學之外，也被利用於生物化學與生理學。人類的嗅覺、味覺刺激即來自於氣味、味道分子和感官受體的結合，而人工甘味劑的發明，便是利用與糖類分子相仿的配體結構，像是複製了一把鑰匙那樣，與味覺細胞上的受體蛋白質結合，啟動了甜味感官神經的傳導。

在昆蟲學上，也有學者利用受體概念，干擾昆蟲的嗅覺，使其無法成功辨識同伴或宿主的氣味，進而保護農作物不受到蟲害。昆蟲頭部的觸角具有某種氣味結合蛋白（odorant-binding protein, OBP），會與同種昆蟲釋放出的費洛蒙（pheromones）結合，作為同伴路徑的指引或是植株位置的引導。學者乃運用結構與費洛蒙相似，親和力則更甚於費洛蒙的氣體分子，與昆蟲觸角的氣體結合蛋白結合，成功阻斷原本的費洛蒙作用。

或許我們可以這麼說：受體是大分子，而配體是小分子。大分子遇上小分子，便是受體結合的過程，這在藥理學、生理學以及生物化學都有重要性。或許有一天，我們可以利用各式各樣人工合成的配體，活化甚或抑制某些原本無法調控的生理反應，或是擾亂人類感官的種種知覺，而這亦將引領我們到達一個更加魔幻、不可思議的分子奇境。

（本文作者畢業於台大政治系，業餘村上春樹愛好者）

延伸閱讀：維基上的受體（receptor）

責任編輯：MissZoe