細胞生理

細胞之死－細胞凋亡（Apoptosis）上
台北市立建國高級中學生物科劉翠華老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

Apoptosis，在希臘文中是描述樹葉從枝頭掉落的狀態。1972年Kerr, Wyllie, 及Currie首先用細胞凋亡(apoptosis)來說明一種與細胞壞死(necrosis)不同的細胞死亡機制，細胞凋亡是指細胞按照生物體發育的劇本演出，在特定的時間點死去，又稱為「計畫性細胞死亡」(programmed cell death)。

細胞凋亡在生物體內扮演十分重要的角色，例如：
1.挑選出最適合的細胞(the fittest cells)：
胚胎在形成組織時，通常在一開始便製造數量過多的細胞，再依據特定的需求來選擇最適合的細胞。如只有少於50%的原始腦神經細胞、以及少於5%的原始胸腺細胞能生存下來發揮生理功能，其他的細胞則進行細胞凋亡。

2.塑造個體及器官形態：
例如人類胚胎中，位在手指和腳趾間的細胞須進行計畫性細胞死亡，才能形成健全的手指和腳趾。其他如人體腸管腔道的形成和昆蟲的蛻變等，也都涉及了細胞凋亡。

水如何進去細胞（Aquaporin，AQP）
臺中市雙十國民中學自然領域王淑卿教師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

1988年，阿格雷（Peter Agre）以實驗分離出紅血球細胞膜上一種控制水分子進出的水通道蛋白(aquaporin，AQP)。

水通道只允許水分子單一方向的通過，速度高達每秒傳輸十億個水分子。水通道中因部分蛋白質結構帶正電並且會發生結構的轉變（rotate），造成局部電場的改變，如此水分子以排列方式快速滾動通過水通道。

例如紅血球、腎臟、小腸和根部等許多器官甚至細菌的細胞膜上都具有許多水通道可以快速調節細胞的體積和滲透壓。

1998年麥金農（Roderick MacKinnon）則利用X光繞射，從鏈黴菌(Streptomyces lividans)的細胞膜分離出第一個三度空間的KcsA鉀離子通道蛋白，鉀離子通道是細胞膜上分布最廣的離子通道。

研究發現位於通道上方的選擇性濾嘴（selectivity filter）可允許鉀離子通過，但是鈉離子的體積雖然較小卻無法通過，因為鈉離子有較強的電荷密度，會被水分子圍繞而變得較巨大。這種完美的結構造成了離子通道（ion channel）蛋白對鉀離子的高選擇性並且以每秒通過一億個離子的超高速度傳輸。

2002年麥金農研究團隊又解離出的鈣離子活化型鉀離子通道MthK的三度空間結構–門控環（Gating Ring）聚合體，透過鈣離子和pH值來進行控制。鈣離子的結合會誘導通道中感應區（sensor domain）的構型變化(conformational change)而開啟通道，因此鈣離子可調控該通道的開關，而pH值可調節門控環的穩定性。

其他如內整流型鉀離子通道、氯離子通道等陸續被研究發現。離子通道的發現不僅提供神經、肌肉、心臟血管等的分子機制研究，對於疾病與藥物設計的發展開啟另一片天空。麥金農和阿格雷於2003年共獲諾貝爾化學獎。