跳到主要內容

不只會輸水的水通道蛋白(aquaporins)

 

圖片來源:維基百科

水通道蛋白(Aquaporins)是一類特殊的膜蛋白,存在於許多生物的細胞膜中。它們的主要功能是調節水分子在細胞膜上的快速通過,從而控制細胞內外水平衡。這種蛋白質對於維持細胞的正常功能非常重要,因為水分子的運輸對於許多生理過程都是必要的。

水通道蛋白具有高度選擇性,它們只允許水分子通過,阻止其他分子或離子穿越。這種選擇性確保了細胞內外的水分和離子濃度保持在合適的平衡狀態。除了水分,一些水通道蛋白還可以運輸其他小分子,比如某些氣體(如氨)或小分子(如尿素)。

在植物中,水通道蛋白的作用尤其重要,因為它們參與了從根部到葉片的水分運輸,有助於植物對環境刺激的反應,比如乾旱或鹽分逆境。

水通道蛋白是由美國生物學家彼得·阿格雷(Peter Agre)在1992年發現的。當時他注意到,有些細胞中水的擴散非常地快,並且可以被汞離子可逆地阻斷。這顯示可能有一種未知的蛋白質在掌控著水的擴散。最終,他發現並將這種蛋白命名為「水通道蛋白」。這一發現為理解細胞水分運輸的機制提供了重要的貢獻。因為他在水通道蛋白的研究上的開創性工作,彼得·阿格雷於2003年與羅德里克·麥金農共同被授予諾貝爾化學獎。

所以,過去的研究發現的水通道蛋白,大多只能運輸水分,只有少數可以運輸氣體或小分子;最近的研究發現了大麥中的一種特殊的蛋白質,稱為大麥類囊豆蛋白26型內在蛋白(HvNIP2;1)。這種蛋白質屬於水通道蛋白家族,所以當然會幫助水分穿越細胞膜。但是與其他類似蛋白質不同的是,大麥的HvNIP2;1還可以運輸多種其他物質,包括不同類型的糖和酸。

研究人員發現HvNIP2;1能運送水以外的物質,主要是透過在脂質體(liposomes)中重組HvNIP2;1並進行一系列的實驗。他們使用停流散射光譜術(stopped-flow light scattering spectrophotometry)和非洲爪蟾卵母細胞(Xenopus laevis oocytes)膨脹試驗來評估HvNIP2;1的水和溶質滲透性。這些實驗顯示了HvNIP2;1可以滲透多種物質,包括硼酸、鍺酸、蔗糖和乳糖,但不包括D-葡萄糖或D-果糖。此外,研究還通過分子對接實驗(molecular docking)探討了蔗糖在HvNIP2;1中的滲透機制,發現蔗糖可以在蛋白質通道中與多個胺基酸形成交互作用。

了解植物如何運輸營養物和其他分子對於改進農業技術和作物管理非常重要。透過對這種新型水通道蛋白的了解,我們對植物生理的認知又提升了,也讓我們知道生命的自由。

參考文獻:

Akshayaa Venkataraghavan, Julian G. Schwerdt, Stephen D. Tyerman, Maria Hrmova. Barley Nodulin 26-like intrinsic protein permeates water, metalloids, saccharides, and ion pairs due to structural plasticity and diversification. Journal of Biological Chemistry, 2023; 299 (12): 105410 DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105410

留言

這個網誌中的熱門文章

關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

蕃薯( Ipomoea batatas )從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料,最後在養生的風潮下,再度躍上餐桌,成為美食,可有人關心過,我們吃的蕃薯是什麼品種嗎? 圖片來源: 農委會 上面這張照片裡的蕃薯,中間的TN57與TN66,就是台農57號與台農66號,是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔! 台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種(Nancy hall)雜交育成。它黃皮黃肉,目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟,適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四~十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去,協助他們解決糧食問題呢! 至於台農66號呢,就是所謂的紅心蕃薯啦!台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出,1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣,幾乎全年皆可栽種,秋冬作五個月可收穫,春夏作四個月就可以收穫囉! 最右邊的台農73號,就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦!它是在1990年以台農62號(♂)x清水紫心(♀)雜交後,在2002年選拔出優良子代CYY90-C17,並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色,所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素,具抗氧化功用。 至於常吃的蕃薯葉,則是以桃園2號與台農71號為主,這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃,而且莖葉不易倒伏,方便農民採收喔! 如果您愛吃的是蕃薯的加工食品,如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥,其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔! 參考文獻: 蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。 行政院農委會。 甘藷主題館 。

怎麼辦到的?變形藤(Boquila trifoliolata)模仿塑膠植物

  左:原來的葉片。右:模仿的葉片。圖片來源: 期刊 之前我們提到過一種奇妙的植物「變形藤」( Boquila trifoliolata ),它原產於南美洲智利中、南部與阿根廷。在2014年就被發現它 為了減少自己被吃 ,發展出奇妙的變形能力:爬到誰身上就長得像誰。 後來在2021年 發現 ,它不只是形狀學得像,連人家身上一大半的細菌都搬過來了。這就奇妙了。 為什麼「變形藤」能夠學得這麼像呢?是寄主植物釋放了揮發性化合物?還是寄主植物跟它進行了基因的交換?還是它真的能「看」? 研究團隊這次用了塑膠植物給它模仿。塑膠植物沒有基因、也不會釋放揮發性化合物,這樣就可以排除前兩個因素了。 結果「變形藤」還是學得維妙維肖,而且,一個月以後,它還學得更像。 難道它真的會「看」嗎?只能說這棵藤本植物真是太奇妙了。 參考文獻: White J, Yamashita F. Boquila trifoliolata mimics leaves of an artificial plastic host plant. Plant Signal Behav. 2022 Dec 31;17(1):1977530. doi: 10.1080/15592324.2021.1977530. Epub 2021 Sep 21. PMID: 34545774; PMCID: PMC8903786.

光合作用(photosynthesis)釋放氧氣,氧氣來自於水

  圖片來源: 維基百科 說真的,我雖然有時候也會寫一些「老」發現,但是像這樣幾乎每一本生物教科書與植物生理學教科書都會提到的事情,我還真的沒有想過要寫。 事情是這樣開始的。 2024年的6月1日下午,我收到記者的信息,內容如下: 今天北市教甄題目出現「植物行光合作用釋放出氧,氧來自何者?選項有A二氧化碳、B水、C葡萄糖、D空氣中的氧。」但答案是A的爭議,想請問現在能就這個題目跟您進行簡短採訪釋疑嗎? 我一看之下大驚失色,答案怎麼會是A呢?當然是B。 但是,說話要有證據,於是我就去查了幾本書,再加上網友的協助,最後得到的答案如下: 在1931年時,當C. B. van Niel(1897-1985)觀察光合細菌(包括紫硫菌與綠硫菌)時,因為這兩種細菌利用硫化氫(H 2 S)與二氧化碳為原料,產生元素硫,所以他就提出「光合作用的氧氣來自於水」的假說。  他的假說,在1941年,由Ruben等人以同位素氧18標定的水或二氧化碳確認,光合作用放出來的氧氣是來自於水。 答案是B才對啊! 所以我就發了一篇短文說明。 沒想到,後來看到的新聞竟然是: 圖片取自顏聖紘老師臉書 只能說真的蠻失望的。然後我點進去看了一下幾個新聞,老師堅持不改,這讓我覺得很失望;但更好笑的是,教育局說他們「尊重專業」,所以老師說不改就不改。 什麼時候,「尊重專業」可以這樣用了?難道Ruben等人的實驗就可以不算? 於是我就去挖出了Ruben等人的論文。 Ruben等人 (1941) 使用氧的同位素 (O 18 ) 作為追蹤劑,探討了光合作用中氧氣的來源。他們把綠藻 (Chlorella) 懸浮在含有重氧水 (H 2 O 18 ) 和一般碳酸氫鉀 (KHCO 3 ) 的溶液中。實驗結果顯示,釋放出的氧氣中的 O 18 /O 16 比例與水中的比例相同。 另外,當藻類在含有O 18 標記的二氧化碳 (CO 2 ) 和一般的水 (H 2 O) 中進行光合作用時,釋放出的氧氣中並沒有檢測到O 18 。 所以,實驗結果顯示:氧氣來自於水,而不是二氧化碳。 我其實很好奇,北市教甄出題的老師不改答案的理由是什麼?難道他自己做實驗發現氧氣來自於二氧化碳嗎?如果這樣,那可真的是諾貝爾等級的發現,應該趕快聯絡Nature或Science來發表啊!為什麼只有在教甄的答案上發表呢? 如果是弄錯了,那改一...