分子與細胞

乙醯膽鹼

乙醯膽鹼 (Acetylcholine)
國立臺灣師範大學生命科學系 洪修翊

乙醯膽鹼在生物體內主要是做為神經傳導物質,也就是將神經的動作電位訊號自上游的突觸前神經元傳到下一個突觸後神經元的化學分子。 脊椎動物的中樞神經系統(大腦與脊髓)有許多分泌乙醯膽鹼的神經纖維。

此外周邊神經系統中,許多神經元間的傳導也使用乙醯膽鹼作為神經傳導物質,包括運動終板、交感與副交感的神經的節前與節後神經元間,以及副交感的節後神經元與作用器官間的傳導。很多人認為乙醯膽鹼作為副交感活性的神經傳導物質,但是事實上,引發的打或逃 (fight or flight) 反應的交感活性,其節前與節後間的傳導一樣是乙醯膽鹼(圖一)。

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圖一 交感神經示意圖。(本文作者洪修翊繪,參考資料:https://en.wikipedia.org/wiki/Synapse)

菜籽類固醇 ─ 植物如何以不動應萬動?

菜籽類固醇 (Brassinosteroid) ─ 植物如何以不動應萬動?
國立臺灣大學植物病理與微生物學研究所碩士 黃俊慈

在充滿變數的自然環境中,植物究竟是如何以不「動」應萬「動」的呢?以生長與防禦的轉換為例,這兩項活動都需要耗費極大能量,植物是如何抉擇自己應當要努力生長,抑或應該武裝自己以避免病原菌入侵呢?

玉米素

玉米素 (Zeatin)
國立臺灣師範大學生命科學系碩士陶韻婷

玉米素 (zeatin) 是一種植物生長激素 (plant-growth hormones),最早由未成熟玉米 (Zea mays L.) 種子的胚乳中分離出來,這種腺嘌呤 (adenine) 的衍生物可促使細胞進行分裂,屬於細胞分裂素 (cytokinins, CK) 的一種。常應用於促使側芽生長、果實生成、種子發芽,防止蔬菜葉片變黃等。椰漿中所含的細胞分裂素亦為玉米素,現在也有以人工合成白色粉末的玉米素。玉米素雖然是植物生長激素,但是科學家們發現玉米素也會影響動物細胞的生理反應!

細胞構造
細胞內測量長度的蛋白質

細胞內測量長度的蛋白質

細胞內測量長度的蛋白質(A nanometer ruler determines the repeat length)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源:細胞内で長さを測るタンパク質を発見A molecular ruler determines the repeat length in eukaryotic cilia and flagella

你是否能測量奈米大小的長度呢?奈米是毫米的百萬分之一,比頭髮尖端更微細,無法徒手測量。在人類細胞內,具有無數固定長度或大小的構造,細胞合成這些構造時,究竟是如何測量它們的長度呢? 有研究者提出「奈米分子尺規」假說,認為存在固定長度的蛋白質作為奈米分子尺規(簡稱奈米尺),來調控這些構造的長度。雖過去研究指出較為原始的原核生物如細菌或病毒等具有奈米尺,但仍不知高等生物如人類是否也有奈米尺。

染色體結構捕捉技術

染色體結構捕捉技術 (3C, Chromosome Conformation Capture)
國立臺灣大學動物所碩士陳政儀

自從人類開始使用顯微鏡觀察細胞以來,細胞核內的絲狀染色體構造一直為科學家所好奇。隨著逐步建構的遺傳學與生物化學概念,包括:由四個鹼基構成密碼的DNA是生物體內的主要遺傳物質,影響性狀表現的基因位在染色體上,DNA是由雙股螺旋分子所構成,強化子 (enhancer) 影響啟動子 (promoter) 對其所屬基因的表現調控等。

G蛋白質耦合受體-2(G protein couple receptor)

G蛋白質耦合受體-2(G protein couple receptor)
國立臺灣大學生命科學系岳威廷碩士

G蛋白耦合受體是細胞表面種類上最多的一類受體,透過名為G蛋白的嘌呤核苷酸結合蛋白(guanine nucleotide-binding protein)作用將外來訊息傳遞進入細胞。目前有將近1000種G蛋白耦合受體已經被發現,可分別與類花生酸(eicosanoid)、多種神經傳導物質(neurotransmitter)、神經胜肽(neuropeptide)和胜肽荷爾蒙(peptide hormone)等的訊息分子結合。再者,感光細胞中的視紫紅質也是一種G蛋白耦合受體,可以被光所激活。由於G蛋白耦合受體參與很多生理反應,目前已知,大約40%的現代藥物都與G蛋白耦合受體有關。

G蛋白耦合受體的研究最早建立在研究荷爾蒙如何調控環形ATP(cyclic ATP)。例如:當嗅神經的纖毛接收氣味分子時,會活化腺苷酸環化酶(adenylyl cyclase)及增加環狀腺苷單磷酸(cAMP),除此之外,這些反應的進行被發現是需要鳥苷三磷酸(GTP)的參與,這些結果指向氣味分子會經由活化細胞膜上的G蛋白耦合受體活化腺苷酸環化酶導致環狀腺苷單磷酸的增加,而環狀腺苷單磷酸的增加則會開啟鈉離子通道(Na+ channel),開啟神經訊號傳導。

G蛋白

G蛋白 (guanine nucleotide-binding protein)
國立臺灣大學生命科學系岳威廷碩士

G蛋白是鳥苷酸結合蛋白 (guanine nucleotide-binding protein) 的簡稱,是由三個不同分別被命名為α、β及γ的次單元所構成,所以G蛋白也被稱為異源三質型G蛋白(為了和其他嘌呤核苷酸結合蛋白做區別)。α次單元會透過和嘌呤核甘酸結合來調控G蛋白的活性:當α次單元和鳥苷雙磷酸 (GDP) 結合時,會和β及γ次單元形成耦合體,此時G蛋白呈現未活化狀態;當G蛋白耦合受體接上訊號分子後,會造成α次單元的GDP被GTP置換而活化α次單元,接著使α次單元和β/γ次單元分離,活化後的α次單元和β/γ次單元會各自開啟下游的訊息傳遞機制。

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G蛋白耦合受體作用機制示意簡圖。(岳威廷繪圖)

分子與細胞
【2014諾貝爾生醫獎特別報導】大腦GPS導航位置與網格細胞系統

【2014諾貝爾生醫獎特別報導】大腦GPS導航位置與網格細胞系統

John M. O’Keefe、May-Britt Moser、及Edvard I. Moser三位科學家,因發現大腦神經細胞能建立方位感與導航能力,共同榮獲2014 年諾貝爾生理學或醫學獎桂冠。此開創性的發現,對大腦如何呈現心智功能(mental function)及如何計算複雜的認知功能與行為,提供嶄新的觀點。 辨識與記憶所處環境及執行導航,大腦需具備環境的內在圖像及方向感。導航能力是大腦最複雜的功能之一,需整合多種感覺訊息、運動執行、記憶能力。這三位諾貝爾獎得主,徹底改變我們對大腦這些功能的理解。 O’Keefe發現海馬迴位置細胞(place cells),它能發出位置訊號及提供大腦空間記憶能力。Moser夫婦則發現緊鄰海馬迴(hippocampus)-內嗅皮質內側(medial entorhinal cortex)的網格細胞(grid cells),提供大腦內在座標系統(internal coordinate system)以執行導航。海馬迴位置細胞及內嗅皮質網格細胞,共同形成相連的神經細胞網絡,在空間地圖的計算及導航工作,扮演重要的角色。他們三者的工作攻變我們對基本認知功能的了解,且提供新的想法來解釋空間記憶的形成。

內噬作用

內噬作用 (Endocytosis)
國立臺灣師範大學生命科學系胡琬琳學士

內噬作用又可稱作胞吞作用,$$\mathrm{endo-}$$在胞內之意,$$\mathrm{-cytosis-}$$吞食之意,顧名思義大抵可解釋為吞入胞內。胞吞作用是一種物質不需穿越細胞膜而進入細胞內的運輸過程,因為大部分的重要物質(例如:蛋白質)為大分子且具有極性,無法任意穿過親水性的細胞質或是細胞膜運輸進入細胞內。藉由細胞膜的內凹以及細胞膜的融合使膜內產小囊泡,不同的產生囊泡運輸機制決定其為何種類型內噬作用。

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