[用生命科學看社會]
生物技術的確非常有用,但並不是事件的全貌,在技術的背後,伴隨而來的是科學。
人們卻將兩者歸納如一。電視報導的科學消息,往往指的是新的技術,技術指的是可隨時間而改進的事情,像是機器的發明、藥品的開發或環境的改善,使得我們生活得更舒適、更富裕。而科學則是對宇宙運行和所有生命現象的了解。兩者所追求的完全不同,也沒有絕對的關聯性。
技術的歷史與人類的歷史一樣悠久,像石器的使用就是一種技術。人們可以製造精巧的工具、武器、大教堂,而不需要了解像機械學、氣體動力學和流體動力學等基本的科學。相對而言,科學被定義成純粹的自然哲學,不牽扯技術的層面。但兩者總會共同合作,如果沒有科學,技術將永遠只是技術,「高科技」是由科學中發展出來的技術,就像生物科技是與生物學結合的高科技。科學的發展是很多元的,但一定要跟技術相輔相成,一旦與技術脫節,科學也就走入死胡同了。
大多數的科學家並非是高傲自閉的,他們只是有卓越的想法,並且能夠將這些想法付諸實現。
桃莉羊就是一個例子,崔西也是。崔西不是複製羊,但卻是遺傳工程的產物,也是最早具有商業價值的基因轉殖動物之一。崔西被轉殖了一個人類的基因,這個基因的產物是AAT,轉殖進去的基因會不斷表現,基因產物也就會不斷地分泌到乳汁中,因此崔西的奶水就會含有大量的AAT。AAT已經被用來治療一些肺部疾病,例如肺氣腫與纖維化囊腫。AAT取得不易,通常來源是人類血漿,因此數量稀少昂貴,還有遭受感染的疑慮。因此能從奶水中獲得大量AAT,一些具有療效的蛋白質都可以利用藥物繁殖pharming來獲得。而崔西的後代仍然可以不斷將這種酵素分泌到乳汁中。
#崔西是怎麼產生的呢?
培養中的動物細胞,加入DNA,再加入特別的脂肪包覆,使DNA易於通過同樣也是脂質的細胞膜進入細胞內。這些轉型成功的細胞可以在送回動物體內,以協助修補因遺傳缺陷而受損的組織,或是治療因遺傳缺陷引起的疾病。但這種轉殖的結果通常只會表現在特定組織,無法進入精子或卵子,因此就無法傳給下一代。我們要得到較令人滿意的成果,就是轉殖進去基因必須要有高度的單一效果,而且不會影響到被轉殖的動物正常生理作用。
其他藥物繁殖的例子,像是主要產自於真菌的抗生素等等,目前已知至少高過一百二十種以上的蛋白質可以被應用在人類的疾病治療上。通常這些複雜的化學物質都無法在實驗室中合成,只有少數幾種可以,但如果利用生物來製造這些複雜物質,就簡單而便宜多了。通常由於細菌和真菌的培養比較容易處理,而且比較不會有實驗安全的顧慮,生物技術專家因而比較喜歡利用這些微生物生產這些神奇的物質。像是胰島素就是一種較小且簡單的蛋白質,當微生物被轉殖入正確的人類胰島素基因後,就可以產生人類的胰島素這些胰島素將可以治療糖尿病。但有些蛋白質太大這些微生物無法生產,比較麻煩的是,由於蛋白質在合成後還需要經過適當的堆疊與修飾,才能進行正常的作用,但在微生物本身細胞內就缺乏這些修飾的能力( #因為微生物是原核生物),在這種情況下,這些供人類醫療用的蛋白質就必須在動物組織中製造。長久以來這些蛋白質來源有些是來自 #志願者的捐贈,例如血液中的凝血因子以及其他物質,必須由捐血人捐出之後來純化之。(胰島素傳統的來源是從豬的胰臟純化,因為豬的胰島素與人的胰島素比較相像。)
一般來說傷口見血凝血因子會發揮作用,而平時因血液需要保持流動,這些凝血因子就不會發揮作用,這種凝血與流血的平衡是很複雜的。當一個人缺乏因子八會導致A型血友病,缺乏因子九則會導致B型血友病或是克氏症。AAT在肺部正常的功能是與另一個酵素彈性蛋白酶互相拮抗counteract。
彈性蛋白酶可使肺部肌肉持續收縮,但若彈性蛋白酶該停止時沒停止,就會使肺部組織受到侵襲,在纖維性囊腫以及肺氣腫的患者身上此彈性蛋白酶都無法正常作用。這種病潛在病因是因為患者AAT基因的缺損。
因此探討疾病不只是看表現,要深入看內因以及源頭。
人也是,探討為何隨機殺人,他的過去任何階段,那些時候是可以從中適當的介入幫忙,或是那些時候旁人要如何接住這樣一個墜落的人。從教育的源頭開始探討,才有意義。
🌻生命教育《來不及說再見》:
https://youtu.be/Q6V3U62QpNY
#無知生恐慌
#科學的發展與進步需要許多人以及生物的努力
#走進生命科學了解人體奧妙
#走出生命科學運用在社會現象上
#最近很流行拿科學講解國家結構
#下次來講講對於阿北說apoptosis與政治的關聯我的感想
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酵素動力學實驗 在 國立臺灣大學 National Taiwan University Facebook 的最讚貼文
【農業化學系徐駿森教授團隊發現原核生物亦存在PAR修飾 榮登Nature Communications】
徐駿森教授研究團隊以結構生化學解析並首度證實原核生物內具有poly-ADP-ribosylation之轉譯後修飾系統存在,顛覆教科書上與一般學界的認知。此研究成果於今(108)年4月2日,刊登於頂尖期刊<自然通訊> (Nature Communications)上。
蛋白質轉譯後修飾(Post-translational modification, PTM)是生物體依循中心教條(Central dogma)產生蛋白質後,經由在蛋白質上進一步化學官能基修飾,來增加此蛋白的功能性以及生理調節的多樣性。有一些病原體也會釋放特殊酵素並對宿主的蛋白進行轉譯後修飾,進而調控宿主代謝甚至造成危害。
腺苷二磷酸核糖基修飾(ADP-ribosylation)為酵素催化型,可將一個或多個ADP-ribose接到特定蛋白質上的重要轉譯後修飾。例如相當著名的白喉毒素(diphtheria toxin),具有ADP-ribose轉移酵素的活性,將宿主重要的EF-2 (elongation factor-2)蛋白進行ADP-ribosylation後,使得細胞的蛋白質合成受阻而死亡。而聚腺苷二磷酸核糖基修飾(poly-ADP-ribosylation, PAR)則是在蛋白質上合成出一串的ADP-ribose聚合物,在醫學上時常與DNA修復機制有關,因此也涉及到許多疾病與癌症的治療。由於PAR相對複雜,教科書以及目前學術界認為此轉譯後修飾只存在於真核系統,換言之,過去普遍認為細菌並無PAR修飾。
國立臺灣大學徐駿森教授研究團隊的研究主題有一部份在於辨識ADP-ribose的蛋白模組,其中一種蛋白質家族稱為macro domain,有一些macro domain 經演化後也發展出ADP-ribose相關酵素催化的功能。在一種名為抗輻射奇異球菌(Deinococcus radodurans)的嗜極微生物中,發現有此蛋白質家族成員存在,後續命名為DrPARG。此細菌在1956年於gamma射線滅菌處理過的肉罐頭中被發現,以可承受至少高於人類1000倍致死量gamma射線而著名。
在這項研究中,研究團隊利用蛋白質晶體學解析發現DrPARG蛋白折疊具有一典型的macro domain構造,然而進一步觀察與結構比對發現,在受質結合區域並不如目前認為是絕對外切糖水解酶的細菌型PARG,會有一個明顯的ribose cap存在。根據結構分析,整個DrPARG雖不像人類PARG來的龐大且複雜,卻同樣有機會可容納poly-ADP-ribose為受質,因此推測DrPARG可能具有內切糖水解酶的能力。
由於PAR經內切酵素處理若時間過久,仍可能變成單一的ADP-ribose,於是研究團隊設計了一個實驗使得被切下來的PAR可以與酵素分開,再加以生化與質譜方法確認。經過酵素動力學與活性分析,證實了DrPARG確實具有內切糖水解酶功能。接下來思考的問題為此細菌內是否因為具有PAR修飾,才需要有內切活性的酵素?又倘若PAR確實存在於抗輻射奇異球菌,這樣的分子機制是否和抗輻射等逆境有關?
為了獲得充份的證據來推翻過去教科書上的說法以及目前學界普遍認知,研究團隊開始著手利用特殊抗體與結合試劑用以測試PAR的存在,得到令人興奮的初步證明後,接下來需要提供更多與更仔細的證據。研究團隊將合成PAR所需受質NAD+ (Nicotinamide adenine dinucleotide) 額外添加至培養液中,菌體內 PAR也隨之增加。同時利用Biotin標定之NAD+證明,此外源受質可修飾加入在PAR上。此外將DrPARG的基因剔除掉後,也可觀察到PAR在菌體內累積。而DrPARG 基因剔除的突變株在輻射照射後,生長以及DNA修復能力都較野生型來得差。接著利用質譜的鑑定以及人類PARG酵素抑或DrPARG重組蛋白的降解處理,在在顯示抗輻射奇異球菌具有PAR的轉譯後修飾。
此基礎研究除了對於微生物轉譯後修飾開拓了新的領域外,也可能提供未來抗菌藥物開發的新途徑。論文全文現已發表在Nature Communications,由卓昭成、簡嘉佑、邱奕志、林孟萱及徐駿森教授共同完成。同時也獲Nature Research Microbiology Community 邀請撰文報導並為社群成員。徐教授也特別指出,要證明一件過去大家都不這麼認為的事實,需要提供更多證據以及利用跨領域的技術合作才能達成。因此除了感謝農業化學系/基因體與系統生物學學位學程/生化科學所長久以來的研究環境與人力儀器支持外,也特別感謝植微系在研究過程中的協助,使得這樣的嶄新觀點可以被頂尖期刊接受。同時也感謝臺大、以及科技部對此項研究的支持。
文章標題為「Structural and biochemical evidence supporting poly ADP-ribosylation in the bacterium Deinococcus radiodurans」。
論文連結: https://www.nature.com/articles/s41467-019-09153-6
#NTU #農業化學系 #徐駿森 #科技部
#基因體與系統生物學學位學程 #生化科學所
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生物技術的確非常有用,但並不是事件的全貌,在技術的背後,伴隨而來的是科學。人們卻將兩者歸納如一(電視報導的科學消息,往往指的是新的技術)。技術指的是可隨時間而改進的事情,像是機器的發明、藥品的開發或環境的改善,使得我們生活得更舒適、更富裕。而科學則是對宇宙運行和所有生命現象的了解。兩者所追求的完全不同,也沒有絕對的關聯性。技術的歷史與人類的歷史一樣悠久,像石器的使用就是一種技術。人們可以製造精巧的工具、武器、大教堂,而不需要了解像機械學、氣體動力學和流體動力學等基本的科學。相對而言,科學被定義成純粹的自然哲學,不牽扯技術的層面。但兩者總會共同合作,如果沒有科學,技術將永遠只是技術,「高科技」是由科學中發展出來的技術,就像生物科技是與生物學結合的高科技。科學的發展是很多元的,但一定要跟技術相輔相成,一旦與技術脫節,科學也就走入死胡同了。
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崔西被轉殖了一個人類的基因,這個基因的產物是AAT,轉殖進去的基因會不斷表現,基因產物也就會不斷地分泌到乳汁中,因此崔西的奶水就會含有大量的AAT。AAT已經被用來治療一些肺部疾病,例如肺氣腫與纖維化囊腫。然後AAT取得不易,通常來源是人類血漿,因此數量稀少昂貴,還有遭受感染的疑慮。因此能從奶水中獲得大量AAT,一些具有療效的蛋白質都可以利用藥物繁殖pharming來獲得。而崔西的後代仍然可以不斷將這種酵素分泌到乳汁中。
崔西是怎麼產生的呢?
培養中的動物細胞,加入DNA,再加入特別的脂肪包覆,使DNA易於通過同樣也是脂質的細胞膜進入細胞內。這些轉型成功的細胞可以在送回動物體內,以協助修補因遺傳缺陷而受損的組織,或是治療因遺傳缺陷引起的疾病。但這種轉殖的結果通常只會表現在特定組織,無法進入精子或卵子,因此就無法傳給下一代。
我們要得到較令人滿意的成果,就是轉殖進去基因必須要有高度的單一效果,而且不會影響到被轉殖的動物正常生理作用。
其他藥物繁殖的例子,像是主要產自於真菌的抗生素等等,目前已知至少高過一百二十種以上的蛋白質可以被應用在人類的疾病治療上。
通常這些複雜的化學物質都無法在實驗室中合成,只有少數幾種可以,但如果利用生物來製造這些複雜物質,就簡單而便宜多了。通常由於細菌和真菌的培養比較容易處理,而且比較不會有實驗安全的顧慮,生物技術專家因而比較喜歡利用這些微生物生產這些神奇的物質。像是胰島素就是一種較小且簡單的蛋白質,當微生物被轉殖入正確的人類胰島素基因後,就可以產生人類的胰島素這些胰島素將可以治療糖尿病。但有些蛋白質太大這些微生物無法生產,比較麻煩的是,由於蛋白質在合成後還需要經過適當的堆疊與修飾,才能進行正常的作用,但在微生物本身細胞內就缺乏這些修飾的能力(因為微生物是原核生物),在這種情況下,這些供人類醫療用的蛋白質就必須在動物組織中製造。長久以來這些蛋白質來源有些是來自志願者的捐贈,例如血液中的凝血因子以及其他物質,必須由捐血人捐出之後來純化之。
胰島素傳統的來源是從豬的胰臟純化,因為豬的胰島素與人的胰島素比較相像。
一般來說傷口見血,這些凝血因子會發揮作用,而平時因血液需要保持流動,這些凝血因子就不會發揮作用,這種凝血與流血的平衡是很複雜的。當一個人缺乏因子八會導致A型血友病,缺乏因子九則會導致B型血友病或是克氏症。AAT在肺部正常的功能是與另一個酵素彈性蛋白酶互相拮抗counteract。
彈性蛋白酶可使肺部肌肉持續收縮,但若彈性蛋白酶該停止時沒停止,就會使肺部組織受到侵襲,在纖維性囊腫以及肺氣腫的患者身上此彈性蛋白酶都無法正常作用。這種病潛在病因是因為患者AAT基因的缺損。
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先感謝各位大大解答。
我最近再測酵素動力學時
算出來的Vmax 達7百多mM/min
Km為 2百左右mM
這樣的數值大到有點嚇到我覺得我實驗是否有問題......
酵素的比活性為39 U/ML
請問各位,Vmax 及Km 的數字,有一定的範圍嗎?
再請問如果酵素有稀釋的話,在做計算時,需要把稀釋因子乘回去嗎?
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06/11 18:28
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