化學技術與應用

化學工程、生物化學、綠色化學、環境化學、核化學

RNA聚合酶(RNA Polymerase)(I)

RNA聚合酶(RNA Polymerase)(I)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

RNA聚合酶(縮寫為RNAP或RNApol)為合成RNA所需的酶。在細胞中,以DNA基因做為模板,製造RNA鏈的過程稱為轉錄,RNAP為轉錄必需的酶。RNA聚合酶是生命必需的物質,在所有生物及許多病毒中均存在此種酶。以化學術語來說,RNAP是一種核苷酸轉移酶(nucleotidyl transferase),在RNA轉錄本的3’端進行核糖核苷酸的聚合反應。

歷史
在1960年,懷斯(Sam Weiss)、史帝文斯(Audrey Stevens)和何威茲(Jerard Hurwitz)三人各自發現RNAP。不過,1959年諾貝爾醫學奬頒給了歐秋雅(Severo Ochoa)和亞瑟‧科恩柏格(Arthur Kornberg),表彰他們發現了RNAP,不過事後證實他們發現的是聚核苷酸磷酸解酶(polynucleotide phosphorylase.)。
在2006年,諾貝爾化學奬頒給羅傑‧科恩柏格(Roger Kornberg),以表彰他建立了轉錄過程的各個步驟中,RNA聚合酶的詳細分子影像。

轉錄之操控
操控基因轉錄的過程,會影響基因表現的模式,因此,使細胞能適應變遷中的環境,在生物體內發揮特殊的功能,維持生存所需的基本代謝反應。
RNAP可以受特定的DNA序列影響,啟動轉錄,這段特定的DNA序列就稱為啟動子。接下來,合成RNA鏈,與做為模板的DNA股互補。在RNA股上增加核苷酸,稱為延長。在真核生物中,RNAP可以合成兩百四十萬個核苷的長鏈(肌肉萎縮蛋白(dystrophin)基因的全長)。RNAP會受特定的DNA序列影響,釋出RNA轉錄本,這段特定的DNA序列位於基因末端,稱為終止子(terminator)。

RNAP的產物包括:
傳訊RNA(mRNA)──在核糖體合成蛋白質時,做為模板。

生物陶瓷(Bioceramics)

生物陶瓷(Bioceramics
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

生物陶瓷是指具有特殊生理行為的一類陶瓷材料,主耍用來構成人類骨骼和牙齒的某些部分,甚至可望部分或整體地修復或替換人體的某些組織、器官或增進其功能。作為生物醫學組織材料,一般來說需滿足以下基本特性。

生物學條件:1.生物相容性好:對機體無免疫排斥反應,種植體不致引起周圍組織產生局部或全身性反應,最好能與骨形成化學結合,具有生物活性;2.對人體無毒、無刺激、無畸、過敏、致突變和致癌作用;3.不會產生溶血、凝血反應。

防彈纖維:克維拉與迪尼瑪纖維

防彈纖維 (Bullet Proof Fabric):克維拉 (Kevlar)與迪尼瑪 (Dyneema)纖維
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、克維拉纖維:

在1975年聖誕節的前兩天,美國西雅圖有位執勤警察在遭受一位竊賊在距離不及1公尺正前方的槍擊而能保命,其秘密在於穿著杜邦公司生產的《KEVLAR-29》纖維所做的防彈衣,此種纖維成份是芳香族聚醯胺(Aromatic polyamide),這種材料是1965年偶然發現的。

美國聯邦商業委員會為了與一般的脂肪族聚醯胺(Aliphatic polyamid)即尼龍區別,對於含量85 %以上苯環單位的芳香族聚醯胺另稱為阿拉米德(Aramid)。

DNA的結構(DNA-Structure)

DNA的結構(DNA-Structure)
台北市立第一女子高級中學三年級許佳蓁/台北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

DNA是一個複雜的雙螺旋結構分子,攜帶了遺傳密碼。下圖是一小片段的DNA結構,後文將依序介紹結構中各部份的構造和其鍵結構成的方法。

DNA鏈
主鏈上的醣類

DNA的主鏈是由醣類和磷酸根的模型重複堆疊而成。由DNA的全名去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid)可得知DNA中的醣類是去氧核糖。去氧核糖是由核糖脫去一個氧原子後所得到的醣類,而核糖則是構成RNA(ribonucleic acid,核醣核酸)主鏈的醣類。下圖分別是去氧核糖和核糖的結構式。

在去氧核糖和核糖的結構中,我們將碳原子編號,在碳環上位於氧原子右邊的碳原子我們將其編號為1,接下來依序編號至接有CH2OH的碳原子為5。如下圖。

醣類的組成與分類

醣類的組成與分類 (Composition and Classification of Saccharide)
臺北市立第一女子高級中學三年級陳怡蓁/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

醣類主要的組成化學元素是碳、氫、氧。基本化學結構式為C6(H2O),由於氫與氧的比例是2:1,與水的化學式相同,故俗稱「碳水化合物」(Carbo-hydrates)。而醣與糖的區別,在於「醣」即泛指所有的碳水化合物,如肝醣、纖維質、澱粉等;「糖」則是指具有甜味的醣類,如葡萄糖、麥芽糖等。

醣類的消化與吸收

醣類的消化與吸收 (Digestion and Absorption of Saccharide)
臺北市立第一女子高級中學三年級陳怡蓁/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

醣類的功能

1. 提供熱量:腦、神經系統以及紅血球細胞所需要的能量主要由葡萄糖的代謝來提供。完全氧化代謝4.1 kcal/g,但消化過程損失2 ℅而消化率98 ℅ → 生理熱量值4 kcal/g。

2. 保護體組織蛋白質(蛋白質節省作用):為使腦與神經系統獲得充足的葡萄糖,必須維持血糖濃度,正常值約為每100毫升血漿含有70-150毫克葡萄糖(70-150 mg/100 ml)。血糖降低時,若體內沒有醣類的儲存,就會分解組織的蛋白質,代謝轉化成葡萄糖以維持血糖和重要器官功能,因此攝取充足的醣類可以保護組織蛋白質免於被分解消耗。

3. 避免酮酸中毒:當體內葡萄糖不足時,許多細胞改用脂肪酸為主要能量來源。可是脂肪酸的氧化代謝需要少量的葡萄糖,若葡萄糖不足,脂肪酸氧化不完全,其產物就是大量的酮酸(keto-acids)與酮體(ketone bodies),大量堆積對身體有不良的影響。為了使脂肪酸充分利用,每天至少需要醣類70-100公克。

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