遇見科學

綠豆糕、綠豆湯、綠豆粉……很難想像我們日常生活中常吃的食物「綠豆」，有朝一日也能成為台灣科學研究躍上國際期刊的幕後推手！歷經長期研究，清華大學生命科學院講座教授潘榮隆與結構生物研究所教授孫玉珠，共同帶領研究團隊從綠豆中解開焦磷酸水解（H+-pyrophosphatase）的膜蛋白分子結構，不只是國內第一個成功解析多重穿膜膜蛋白結構的研究，成果更刊登於國際頂尖期刊《Nature》，受到國際矚目，未來可應用於藥物研發、經濟作物改良、供應生質能源等多元領域。

為何會以綠豆做為研究主體？潘榮隆笑著說，以前在俄亥俄州立大學念書時，常聽到指導教授誇獎台灣農耕技術很出色。學成歸國後，他下定決心要以台灣本土植物為作為模式植物來進行基礎研究，但過程卻沒想像中順利。他說，自己曾試過牽牛花、番薯、菩提葉，但因這些植物容易分泌大量汁液，會對研究造成干擾而不適合，直到有一天他正好吃到綠豆芽，才靈光乍現想到不妨用綠豆來實驗看看，沒想到無心插柳柳成蔭，竟從綠豆中揭開科學的神秘面紗。

不過，一般人可能不太懂什麼是「焦磷酸水解」。對此，孫玉珠解釋， 焦磷酸水解主要存在於植物的液泡、以及牙周病菌、螺旋桿菌與破傷風桿菌等細菌的細胞表面，其功能是將植物代謝產生的副產物「焦磷酸」的化學能轉化為其他酵素所需要的能量。孫玉珠表示，這個反應機制近似於「焚化爐」的運作過程，能將人類生活中製造的廢棄物轉化為電能。換句話說，焦磷酸水解就如同是「生物焚化爐」，可以進行細胞內能源回收再利用。

不過，儘管已知道焦磷酸水解具備的功能，但要解開焦磷酸水解的膜蛋白分子結構卻不是件易事。潘榮隆表示，由於其構造十分複雜，加上膜蛋白本身不容易從細胞膜中萃取出來，這也使得各國科學家長期以來，都難以建立出膜蛋白高解析度的分子結構。

有鑑於此，研究團隊特別利用X光晶體繞射方法，以及台灣國家同步輻射研究中心所提供的光源，歷經多次嘗試，終於順利建立出高解析度的氫離子傳輸焦磷酸水解的立體結構，了解氫離子通道的運作機制。

研究團隊表示，焦磷酸水解是由兩個相同的蛋白質分子組成，每個分子穿越細胞膜來回十六次，且每個蛋白分子都具有一條獨特通道來進行氫離子的運輸。

潘榮隆說，由於焦磷酸水解也存在於傷風桿菌、牙周病菌等細菌的細胞表面，因此也可以應用於生醫發展領域，協助特定標靶藥物的研發，藉此抑制牙周病菌等細菌的活性，達到殺菌功能。