RNA聚合酶（RNA Polymerase）（II）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

RNA聚合酶的作用
結合與起始期
在原核生物中，RNA聚合酶的結合，包含α次單元辨認出DNA的上游單元（upstream element）（40至-70鹼基對），以及σ因子辨認出-10至-35區塊。有數個σ因子調控基因表現。舉例而言，在正常條件下，σ70會表現，使RNAP與管家基因結合，而σ32誘使RNAP與熱休克基因結合。

與DNA結合之後，RNA聚合酶由閉合複合體切換成開放複合體。此一變化包括DNA兩股分離，形成解螺旋的DNA區段，長度約有13 bp（鹼基對之縮寫）。根據華生－克里克鹼基對交互作用，核苷酸和模板DNA股之間以鹼基配對。因為DNA要解旋及重旋，所以超線圈（supercoiling）在聚合酶的活性中，占有重要地位。在RNAP前方的DNA區段要解旋，有一補償性正超線圈存在。在RNAP後方的DNA區段要重旋，存在著負超線圈。

延長期
轉錄延長期包含進一步加入核糖核苷酸，以及開放式複合體變成轉錄複合體。因為RNAP與啟動子的結合很強，無法開始形成完整長度的轉錄本。此一階段的轉錄，生成較短的RNA片段，大約只有9 bp，此一步驟稱為退化轉錄。一旦RNAP開始形成較長的轉錄本，它會清除啟動子。此時，-10至-35啟動子區塊瓦解，σ因子脫離RNAP。當σ因子抓緊RNAP的適當位置時，剩餘的RNAP複合體向前移動。17-bp轉錄複合體有8-bp的DNA-RNA混成體，也就是說，有8個鹼基對參與RNA轉錄本與DNA模板股的結合。當進行轉錄時，核糖核苷酸由RNA轉錄本的3’端加入，而且RNAP複合體沿著DNA移動。雖然RNAP看起來沒有3’末端核酸酶（exonuclease）的活性，不會像DNA聚合酶那樣有校對的功能，但有證據顯示，RNAP遇到配對錯誤的鹼基對會暫停，並將錯誤更正。 Continue reading →

RNA聚合酶（RNA Polymerase）（I）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

RNA聚合酶（縮寫為RNAP或RNApol）為合成RNA所需的酶。在細胞中，以DNA基因做為模板，製造RNA鏈的過程稱為轉錄，RNAP為轉錄必需的酶。RNA聚合酶是生命必需的物質，在所有生物及許多病毒中均存在此種酶。以化學術語來說，RNAP是一種核苷酸轉移酶（nucleotidyl transferase），在RNA轉錄本的3’端進行核糖核苷酸的聚合反應。

歷史
在1960年，懷斯（Sam Weiss）、史帝文斯（Audrey Stevens）和何威茲（Jerard Hurwitz）三人各自發現RNAP。不過，1959年諾貝爾醫學奬頒給了歐秋雅（Severo Ochoa）和亞瑟‧科恩柏格（Arthur Kornberg），表彰他們發現了RNAP，不過事後證實他們發現的是聚核苷酸磷酸解酶（polynucleotide phosphorylase.）。
在2006年，諾貝爾化學奬頒給羅傑‧科恩柏格（Roger Kornberg），以表彰他建立了轉錄過程的各個步驟中，RNA聚合酶的詳細分子影像。

轉錄之操控
操控基因轉錄的過程，會影響基因表現的模式，因此，使細胞能適應變遷中的環境，在生物體內發揮特殊的功能，維持生存所需的基本代謝反應。
RNAP可以受特定的DNA序列影響，啟動轉錄，這段特定的DNA序列就稱為啟動子。接下來，合成RNA鏈，與做為模板的DNA股互補。在RNA股上增加核苷酸，稱為延長。在真核生物中，RNAP可以合成兩百四十萬個核苷的長鏈（肌肉萎縮蛋白（dystrophin）基因的全長）。RNAP會受特定的DNA序列影響，釋出RNA轉錄本，這段特定的DNA序列位於基因末端，稱為終止子（terminator）。

RNAP的產物包括：
傳訊RNA（mRNA）──在核糖體合成蛋白質時，做為模板。 Continue reading →

混成軌域 (Hybridized Orbitals)
國立臺灣師範大學化學系邱緯航研究生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、概論

在化學這門領域中，混成（hybridization）主要的概念是將多個原子軌域混合形成新的混成軌域（hybridized orbitals），它能用來定性地描述原子間鍵結的性質。除此之外，混成軌域在解釋分子的分子軌域形狀時非常有用，也通常與價層電子對互斥理論（valence shell electron-pair repulsion (VSEPR) theory）共同來解釋分子的形狀。

二、歷史沿革

混成理論是化學家萊納斯．鮑林（Linus Pauling）於1931年時提出的，當時他是為了要解釋甲烷（CH₄）的簡單分子結構。本來這個概念主要是拿來解釋簡單的分子結構，不過這個方法被使用地越來越廣泛，以至於到今天已經成為一個有效而可以拿來合理化解釋各種有機化合物結構的方法。

軌域是一個能表現出電子在分子間行為的模型。就簡單的混成而言，它的估測主要是基於原子軌域，類似於氫原子所得到的結果，也是利用已知的薛丁格方程式（Schrodinger equation）精確計算出來的。若是對於重原子來說，像是碳、氮和氧，它們的原子軌域主要是利用2s及2p軌域，類似氫原子的激發態。混成軌域一般是假設為許多原子軌域的組合，以不同的比例疊加而成。混成軌域不一定要拿來描述分子，只不過對於那些利用碳、氮和氧（或少數含有硫、磷）所組成的分子來說，混成理論是可以讓分子結構的解釋更為簡單。

三、混成種類（不含d軌域的參與）

(1) sp³ 混成（sp³ hybrids）

對於以正四面體的方式配位的碳原子來說，例如甲烷（methane，分子式CH₄），它必須有四個軌域去鍵結四個氫原子。碳的基態電子組態是1s² 2s² 2px¹ 2py¹：

以共價理論去預測，發現有兩個半填滿的p軌域，故碳可以與氫原子形成兩個共價鍵，即CH₂。但是 CH₂是活性非常高的分子，不可能單獨存在，也因此共價理論無法解釋甲烷的存在。除此之外，基態的電子軌域亦無法用於CH₄的鍵結，但是當激發一個2s軌域的電子至2p軌域時，就能夠根據共價理論允許四個鍵結，也暗示著CH₄四個鍵結因為有來自不同軌域的能階重疊而有不同的能量，不過有實驗駁斥了這個說法，也就是從CH₄拔掉任何一個碳上的氫其實都是一樣容易的，所以也間接說明此四個鍵的能量其實是相等。 Continue reading →

氰化物（Cyanide）
國立台灣師範大學化學系方成瑋碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

“氰化物”是來自“亞鐵”，一個鐵氰化物衍生物。鐵氰化物作為組件首次發現於激烈彩色染料普魯士藍。Kyaneos是希臘的（黑）藍色。

氰化物是由某些細菌，真菌，藻類和被發現在一個數字的食品和植物。氰化物被發現，雖然少量在某些種子和石頭，如那些蘋果，芒果，桃子，杏仁和苦。在植物中，氰化物通常必將糖分子的形式氰苷和維護植物對食草動物。木薯根（也叫木薯），一個重要的馬鈴薯類食品種植在熱帶國家（和基地，木薯是製造），也含有氰甙。氰化氫是由燃燒或熱解的某些材料在缺氧的條件。例如，它可以檢測排氣中的內燃機和煙草煙霧。某些塑料，尤其是那些來自丙烯腈，加熱時釋放氰化氫或燒毀。

甲氰化合物，是任何含有氰基組（C≡N組），其中包含一個碳原子與一個氮原子產生三鍵鍵結。有機化合物具有- C≡N基官能團被稱為腈。在眾多種類的氰化物化合物，一些氣體，其他為固體或液體。那些能夠釋放氰化物離子架CN -有劇毒的動物。一個例子是一個腈乙腈，乙腈（乙腈為國際化聯），也被稱為甲基氰化物。腈不釋放氰化物離子。一個功能組與羥基和氰化物保存相同的碳被稱為氰醇，和cyanohydridins是水解成氰化氫和羰基化合物（醛或酮）。 Continue reading →

二氧化鈦（Titanium dioxide）
國立台灣師範大學化學系方成瑋碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

二氧化鈦（Titanium dioxide）又名氧化鈦或鈦白，俗稱鈦白粉。二氧化鈦在大自然中存在於有名的礦石中如金紅石、銳鈦礦和板鈦礦，且近來在巴伐利亞里斯隕石坑發現兩個高壓形式，類單斜鋯石形式與類α-PbO₂形式。在相平衡的所有溫度當中最常見晶型是金紅石。亞穩銳鈦礦和板鈦礦都經加熱轉化為金紅石。金紅石與銳鈦礦和板鈦礦都以鈦的六配位型式存在著。

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卡奇黴素（calicheamicin　γ1）
國立台灣師範大學化學系林明楠博士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

簡史:
在1980年代，勒德爾實驗室中的一位科學家從得克薩斯州公路旁的石頭中發現生活在白堊岩內的細菌，後來命名為Micromonospora echinospora，亞種calichensis，而這個名詞來源於希臘詞，代表著一個小型石灰石卵石，chaliche。這些細菌在實驗室進行培養及生物活性的代謝篩選。最後發現一個具有高細胞毒性劑的分子，稱為卡奇黴素（calicheamicin γ1），這分子含有烯雙炔官能基成為當時最突出新的抗腫瘤抗生素。顯然，這些細菌在億萬年前形成，且帶有超級武器對它們的競爭對手和潛在的天敵進行化學戰。

目前科學家已經能夠利用卡奇黴素結合單株抗體發展出具有專一性的抗癌藥物Mylotarg®。在腫瘤化療上，這種藥物的發展是一個令人興奮的新方法，細胞毒分子的傳遞就像是“ 導彈 ”，將直接針對癌細胞。（圖４）

在有機化學領域裡，結構中所包含的主要環烯（annulenes）和芳香性是主要的難題。 而這些主題，吸引了一群二十世紀後半的有機化學家。在1971 年，Robert G. Bergman在加州理工學院作一個重要的觀察及假設。而Franz Sondheimer（倫敦大學，英國）和Satoru Masamune（阿爾伯塔大學，加拿大）設計實驗去驗證共軛的烯雙炔類化合物的環化反應，主要是形成類苯雙自由基（benzenoid diradical）的中間體，此過程稱為Bergman環化反應。而Bergman接續的研究都以卡奇黴素及含有烯雙炔的天然物為重心。（圖１）Bergman環化反應機制是造成這些化合物具有細胞毒性的關鍵。當卡奇黴素的分子和目標細胞接觸後會造成本身分子構型的改變，進而引發Bergman環化反應產生類苯雙自由基之中間體，而此中間體會去攻擊任何附近的DNA分子，最後導致細胞凋亡。

圖１） Continue reading →

前列腺素 (Prostaglandin)
國立台灣師範大學化學系林欣慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

前列腺素（簡稱　PG）最早是由前列腺分泌物所分離出來的，含有五元脂肪環，並接上兩條側鍊及官能基，其中官能機包括有羧酸基、羥基、酮類及碳-碳雙鍵。1964 年由艾里亞斯．詹姆斯．科里 (Elias James Corey) 的研究團隊用全合成法製備前列腺素成功，這是此類藥物研究的重大突破。

1934 年瑞典名藥理學家 Von Euler 發現在男人前列腺及精囊　(seminal vescle)　含有一種油脂性的物質，該物質具有降血壓及促使平滑肌收縮的作用，因此他將此物質命名為前列腺素　(prostaglandins)，現在已證實此系列的前列腺素分布全身各器官；在腦、神經組織、心臟、肺、腎、胃、腸、子宮、腎上腺及脂肪組織內均有，其中以羊水及精液中含量最高　(100 μg / ml)。因此這種激素在體內的功能遠比其他激素廣泛，可謂與身體健康及疾病狀況息息相關。

前列腺素可以表現出很多種不同的生理以及病理活性。舉例來說，前列腺素可引起的發炎、發燒、疼痛等反應；但前列腺素引起的不適可以被阿司匹林 (aspirin) 和依普洛芬 (ibuprofen) 的藥物所抑制而達到消除疼痛的效果。

而前列腺素有很多種不同的結構和作用，不同的結構則根據分子中五元脂肪環上取代基主要是羥基和氫的不同將 PG 分為 A、B、C、D、E、F 等類型，分別用 PGA、PGB、PGC、PGD、PGE、PGF 等表示。現在臨床上研究最多的是下列四種：即 PGE1、PGE2、PGF2及PGA1。

常見的前列腺素功能介紹：
PGE2 和 PGD2 可以在哺乳動物的腦中發現，主要在視葉前的地方，這裡是腦部掌管睡眠的區域；經過動物及人類試驗後，已經知道的是 PGD2 促進睡眠而 PGE2 則與清醒有關。 Continue reading →

尿素（Urea）
國立台灣師範大學化學系施雅芳碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

尿素（Urea），由碳、氮、氧、氫組成的有機化合物，別名為脲，分子式為CH₄N₂O，分子量為60.06，白色固體，熔點為132.7 ^oC，溶於水、醇，不溶於乙醚、氯仿。成鹼性。對熱不穩定，高於160 ^oC時分解為氨氣與氰酸。在高溫下會進行縮合反應，形成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。

尿素是在1773年由伊萊爾･羅埃爾（Hilair Rouelle）發現。直至1828年首次由佛里德里希･維勒（Friedrich Wohler）以無機物質氰酸鉀與硫酸銨製備而得。尿素是因含氮食物在人體中經尿素循環(又稱為鳥氨酸循環)所代謝出來的主要產物，因為是從哺乳類動物體中的尿便中排泄而出，所以稱之為尿素，而有部分的動物因尿素循環中的酵素不同導致代謝物由尿酸取代尿素，例如大麥町狗。也有因應環境因素影響進而演化尿素循環的些微改變，例如因尿素循環中較少的水參與而導致尿酸的形成的鳥類與爬行類動物。

尿素是在肝臟中的尿素循環中形成，而尿素循環是為了代謝體內因蛋白質分解而形成的有毒的血氨。尿循環部份發生於粒線體，經轉運後部分發生於胞漿，尿素是L-天冬氨酸的氨基轉換成鳥氨酸的代謝物。

因為尿素是在胞漿中形成，經由血液攜帶至腎臟，也因為腎小管裡的尿素被引進腎皮質，為了提高滲透的濃度，進而促使水分從腎小管滲透回身體再利用。如果尿素循環發生障礙，意味著體內因蛋白質分解而形成的血氨無法排出體外，囤積而成的高血氨症（又稱尿素循環代謝障礙），血液中過高的游離的氨，具有神經性毒，對腦部有高度的傷害。 Continue reading →