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    台大、中研院破解細菌存活30億年之謎

    台大生化科技系副教授楊啟伸(右)、博士傅煦媛(左)。(台大提供)

    台大生化科技系副教授楊啟伸(右)、博士傅煦媛(左)。(台大提供)

    2015/12/18 06:00

    〔記者吳柏軒/台北報導〕卅億年來,地球上有些細菌利用感光蛋白,只要吃到「光」,就可以產生生物能,在極端險惡的環境中維生,台灣大學生化系博士傅煦媛、中研院博士許敏峰,找出感光蛋白存有可控制的特殊「CAP」(蓋子),讓細菌無畏強酸強鹼,不僅突破科學界四十年來無解之謎,也使生物能電池研究往前邁出一大步。

    利用「感光蛋白」控制生物能量

    指導傅煦媛的台大生化科技系副教授楊啟伸解釋,此一蛋白質屬於學界定義的「七穿膜」蛋白結構,由大自然原生,普遍存在古生菌、根菌、藻類等,古生菌內的七穿膜蛋白一旦有光線照射後,就會產生ATP(三磷酸腺苷),就是細胞活動所需的生物能量。

    可適應強酸強鹼環境

    楊啟伸說,學界四十年前就知道有細菌靠光維生,卻不了解它如何在極酸環境中運作?傅、許二人發現該蛋白結構會附著在細胞膜上,用一個特殊的「蓋子」控制,光照射到細胞,蓋子會在極快速的五毫秒內(即二百分之一秒鐘)打開,並釋放細胞內的質子(H+),質子會因濃度差,自動經由細胞膜上的ATP合成酶回收到細胞內,再轉化產出ATP,整個機制就宛如自動發電的水車一般,不斷滾動、製造細胞所需能量。

    有助生物能電池研究

    楊啟伸說,這蓋子解釋了南台灣鹽田中的「嗜鹽古生菌」,為何能在極端酸鹼環境中,「靠光吃飯」就能存活,而且這些質子打出去再回收,會產生電位差,若適當運用,可達到六十五毫伏特,串聯三個生物電能機制,就有可能製造出一般電池的一.五伏特電壓,有機會達到實際應用強度,讓生物能電池的夢想前進了一大步。

    楊啟伸表示,傅、許二人的研究,是台灣首次破解七穿膜蛋白機制,市面上更有一半以上藥物須與七穿膜蛋白配合,相信對未來生科醫藥也能有嶄新研發。

    台大與中研院合作,破解細菌利用感光蛋白製造生物能的秘密,圖中紅色為「七穿膜」蛋白結構,黑色為細胞膜,膜上頭的「蓋子」,會在五毫秒內開關釋放質子,使之來回細胞膜產生生物能(ATP),讓細菌無畏強酸強鹼環境,持續靠光維生。(台大提供)

    台大與中研院合作,破解細菌利用感光蛋白製造生物能的秘密,圖中紅色為「七穿膜」蛋白結構,黑色為細胞膜,膜上頭的「蓋子」,會在五毫秒內開關釋放質子,使之來回細胞膜產生生物能(ATP),讓細菌無畏強酸強鹼環境,持續靠光維生。(台大提供)

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