金茲伯格
提供理論架構,開啟超導體應用的決定性作用
 
阿布里科索夫
發現高臨界磁場的超導物質之存在
 
萊吉特
提出可能的實驗求驗氦三超流是的有序態
 
麥金農
開啟離子通道的原子機制研究
 
阿格雷
研究水通道、水通透機制與結構的領導者

科技網
藝文村
文/ ☉謝如姬(中研院生醫所副研究員)
 「2003年諾貝爾獎系列•化學之旅  
溝通高手: 細胞膜上的通道
2003.11.2 中國時報

2001年麥金農的團隊作出更佳解析度的KcsA channel結構,並探討鉀離子如何迅速通透。圖二顯示能量最低的二種鉀離子在通道的分佈。當細胞內側(左)進入一個鉀離子,如同牛頓鋼球玩具一般在篩子部位的鉀離子被"彈出"細胞外側(右)(圖二a)。

此時鉀離子的分佈變成圖二b所示,但因其能量與圖二a相似,所以約有一半會再變成圖二a的分佈。於是當細胞內再進入一個鉀離子,下一個通透循環就開始。此研究指出鉀離子在通道各個接合點類似被水包覆,使得它們能以近似在水中擴散(diffusion)的速度通行無阻。

圖二 由結構推測鉀離子通透的示意圖 (取材自 Miller, Nature 2001, 414: 23-24)。
有些鉀通道有電壓感應區,能因電壓改變而移動此區的電荷,使得通道的形狀改變,最後導致通道開啟。2003年麥金農解出一個可被電壓開啟的鉀通道結構,並對其電壓感應區的機制作出說明。不過由於結構的決定過程與功能實驗狀況差異甚大,有關於通道開啟的結構變化尚需更多的研究。

麥金農多年來致力於鉀通道的分子動力機制研究有成,而其最近五年來在離子鉀通道結構的研究,更是打開了研究離子通道進入原子領域的大門。他的貢獻為大家推崇。

阿格雷
研究水通道、水通透機制與結構的領導者

水是生物體內最大量的組成物質,早期一直被認為是以擴散的方式通透細胞膜。1950年代才有人預測細胞膜應該另有讓水快速通過的管道。然而水通道的存在卻一直到1991年才由阿格雷的團隊率先證實。目前學界咸認為擴散及水通道同時存在,而後者對水的通透度是前者的10~100倍。

另外水通道有相當高的選擇性,它可以讓水分子(H2O)卻不讓氫離子(H3O+)通透。這個性質很重要,因為酸鹼值的改變會影響許多生理作用。水通道每秒可以通透約20億個水分子。許多生理功能如腎臟水份的回收、臟器水腫時的排水作用、新生兒肺部水分的清除、及腺體的體液分泌等,都與水通道有密切的關係。由於水通道的研究時間不長,預料將來會發現更多其它的生理功能。

跟離子通道研究的發展不同,水通道的蛋白質是先被分離出來(1988年由阿格雷團隊找到),之後這個蛋白質的功能才被確定。1994年其粗略的立體結構也由阿格雷及其合作者率先解出,2000年更佳解析度的結構也由他們完成。十多年來水通道的研究幾乎是濃縮離子通道五十多年的研究智慧,在功能、分子與原子機制研究上平行發展。

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