老葉的植物王國

罌粟花。圖片來源： Wiki 我們在讀中國近代史的時候，一定會讀到「鴉片戰爭」！發生在1840年6月21日的「鴉片戰爭」，英國遠征軍僅僅以五艘戰艦、三艘汽船與21艘運輸船就打敗了有三億人口的中國。從此中國就落入了不斷割地、賠款的悲慘境地…究竟鴉片是什麼呢？ 鴉片是由罌粟花未成熟蒴果分泌出來的乳汁製成。黃昏時工人用刀片小心地把未熟蒴果從表皮輕輕割開幾道傷口，流出來的乳汁凝結在蒴果的外面，第二天一早再去採收，曬乾或陰乾後就是鴉片。 未成熟罌粟蒴果割破流出的乳汁。 圖片來源： Wiki 罌粟原產於地中海的東部，希臘人、羅馬人很早就會利用它了。文學作品「奧德賽」裡提到鴉片，醫學之父希波克拉提斯也提過它的療效。因為鴉片止痛效果非常好，所以在中古時代的歐洲，鴉片大量地被使用在醫療上。不過，醫生們很快地也發現了它的副作用：上癮。歷史上許多名人都曾經因為服用鴉片來治病，最後成為癮君子！如「雙城記」的作者狄更斯、浪漫派詩人雪萊等，都是鴉片的手下敗將呢！ 至於鴉片戰爭是怎麼一回事呢？我想大家在歷史課上應該都知道蠻多的，我們在今年初的「茶葉 改變中國命運」裡面也提到了一點。當時英國每年大量的向中國購買茶葉、瓷器、絲織品，但是中國卻幾乎不跟英國買任何貨物，為了平衡對中國的貿易逆差，便決定要賣鴉片給中國人；但是中國從明朝末年便已經知道鴉片的危害，早就禁止販賣鴉片了！於是他們就偷偷地從印度把鴉片賣進中國，使中國到了道光皇帝的時候，全國竟然有三百萬人吸毒！道光皇帝便派了林則徐去廣州查緝、沒收了許多鴉片運到虎門銷毀。可是當時的英國政府不甘心損失這麼多鴉片，便決定要向中國開戰。 雖然開戰的結果中國輸了，鴉片繼續源源不絕地輸入中國，可到了1906年，歐洲各國發現他們自己國內吸毒的人口也急速上昇，這時才發現害人害己，只好回過頭來跟中國聯手查緝毒品，從此鴉片在全世界都成了非法的物質，即使因為醫療上的用途要使用它，也需要申請。 當然，現在醫院裡並不是使用鴉片，而是它的主要成分：嗎啡。嗎啡是在1804年，由德國的科學家塞特內爾從鴉片裡面分離出來並命名的。為什麼命名為嗎啡呢？因為鴉片有止痛與鎮靜的效用，可以讓不舒服的病人睡著，所以就用了睡神（Morpheus）的名字來幫鴉片裡面的主要成分命名。 跟鴉片有關的毒品，除了嗎啡，還有可待因與海洛英。可待因也是罌粟果實的產物之...

鴉片罌粟。圖片來源： wiki 上次我們提到兩個團隊已經幾乎把合成鴉片所需的酵素放到細菌與酵母菌中（見「 在家合成鴉片可能嗎？ 」 ），最近發表在Sciencexpress的研究論文，更已經突破了這一點！ 先前的研究已經進展到，可以由( R,S )-Norlaudanosoline合成到（ S ）-reticuline；而（ R ）-reticuline到嗎啡也已經完成，就獨獨從（ S ）-reticuline到（ R ）-reticuline沒辦法。 加拿大的研究團隊當初推想認為：由（ S ）-reticuline到（ R ）-reticuline需要三個酵素；不過，也有其他科學家認為只需要兩個酵素。到底是三個還是兩個呢？最近，這個問題被由英國與澳洲組成的研究團隊解答了！原來從（ S ）-reticuline到（ R ）-reticuline所需要的酵素只有「一」個（1）！ 不過，這一個酵素其實同時具備有細胞色素P450（cytochrome P450）與氧化還原酶（oxidoreductase）活性，所以可以說原先推想認為是兩個酵素的科學家，也沒猜錯啦。 為什麼英國與澳洲的研究團隊這麼厲害，可以找到加拿大團隊找不到的基因呢？原來他們手上有一個突變種鴉片罌粟。這個突變種體內的reticuline濃度特別高，因為它無法把（ S ）-reticuline轉為（ R ）-reticuline。 但是，這個突變種過去就已經有了。只是，當時研究它的人並不認為它是少了把（ S ）-reticuline轉為（ R ）-reticuline的能力；因為當時他們使用了干擾RNA的技術製造了突變種，使它產生了codeinone reductase這個基因的缺失。奇妙的是，雖然這個基因位於整條代謝途徑的下游，它的缺失卻使得（ S ）-reticuline累積（2），中間相差了八個步驟。 當時他們認為，這個現象應該是回饋抑制（feedback inhibition）的緣故；不過當時他們也發現，中間的幾個酵素表現量都很正常。有鑑於此，英國與澳洲的研究團隊認為，一定還有其他的酵素有問題。 進一步研究後發現，原來這個突變種還少了另一個基因「 STORR 」，而這個基因是一個同時具備有細胞色素P450與氧化還原酶活性的蛋白質。只要有它在，鴉片合成的最後一哩就...

鴉片（opium）是鴉片罌粟（ Papaver somniferum ）蒴果的分泌物乾燥後的成品。 鴉片罌粟的花。圖片來源： wiki 或粉紅、或白的罌粟花，花瓣落盡後蒴果形成；工人一般在黃昏採收（1），用刀子割破蒴果。蒴果的乳白色汁液在夜晚滲出、凝結，因氧化作用轉為褐色。 鴉片罌粟的蒴果與乳汁。圖片來源： wiki 第二天，工人小心的剝下褐色乾燥的片狀物，曬乾或陰乾後，就是鴉片。 鴉片是混合物，裡面的主要成分是嗎啡（morphine），另外還有可待因（codeine）與蒂巴因（thebaine）。 嗎啡。圖片來源： wiki 嗎啡在十九世紀初（1803-1805年間）由賽特內爾（Friedrich Sertürner）分離出來；在1827年由默克（Merck）將它商品化。嗎啡的出現，加速了醫療上這類的產品的使用。過去只有鴉片可用的時代，因為容易摻混、造假，造成在治療上使用的困難；現在有了純物質，醫生在控制劑量上變得容易許多。等到1853年伍德（Alexander Wood）發明皮下注射嗎啡後，嗎啡的使用量與範圍變得更廣。 從十九世紀到現在，化學合成技術的進步已經使許多天然化合物可以在實驗室中合成；但是，鴉片中的任何成分，嗎啡也好、可待因、蒂巴因也好，還是都要依賴鴉片罌粟為我們生產。合成它們，是那麼的困難嗎？ 其實在1952年，嗎啡的化學合成便已經由Marshall D. Gates, Jr.完成了。要合成嗎啡，總共需要31個步驟，總產量大約只有0.06%。後來在1980年，由Kenner C. Rice以不同的化合物為原料，只用了14個步驟就合成了嗎啡，總產量達到30%（2）。 後來也有許多不同的實驗室想要改進製程。由於不論是Gates、Rice或是其他的研究團隊，都找不到方法由簡單的化合物開始合成，造成在實驗室中合成嗎啡的成本，比種植罌粟後提取要高；因此這些年來，還是無法放棄罌粟的種植。 既然化學合成這條路似乎不大通，有些研究團隊就開始想利用單細胞生物（細菌、酵母菌）了。過去對罌粟的研究發現，植物可以由酪氨酸（tyrosine）先合成多巴胺（dopamine）與4-HPAA，再進一步合成( S )-Norcoclaurine，接著往下合成（ S )-reticuline，然後產生蒂巴因、可待因與嗎啡。 ...