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細胞是這樣防禦外敵的!

地球上有無數種我們看不到的微生物,其中有很多讓人類束手無策,比如埃博拉、艾滋病病毒等。為了保護人體不受侵害,細胞有一整套的防禦機制。我們就是靠這套機制,一次又一次的保護了自己。

【細胞膜一最活躍的胞器】

我們都知道中國有長城,用來抵擋游牧民族的入侵,實際上細胞也有長城,而且包裹的更為緊密,這就是細胞膜。它就像皮膚一樣包裹著人體,是細胞對外的疆界。

細胞膜上有數千個門房分子(蛋白質分子),包括受體、小孔、或離子通道等結構,每個門房負責迎接或送走特定的分子進出。比如排列在小腸壁上的細胞,它們的門房分子會決定哪些消化產物送至血流。當然,他們也有可能被聰明的病毒欺騙,從而放入一些敵人。比如艾滋病病毒的外套膜蛋白,可與免疫細胞上的受體結合而進入細胞。這樣就比較危險了,容易讓細胞防禦被打破,從而把細胞柔弱的內部暴露出來。

(圖為艾滋病病毒)

所有細胞的細胞膜,都控制著養分、荷爾蒙、以及其他分子進入細胞。同樣的細胞膜也調節代謝廢物或新合成的物質,然後輸出至鄰近區域。例如婦女乳房中的細胞在分泌乳汁到乳腺時,或是胰臟將胰島素釋放至血液時,都需要細胞膜的調控。

對細胞膜運作機制的了解,促成了醫學界數次重大的進展,包括研發治療心臟病的貝他阻斷劑。還有一種對抗艾滋病的新葯,同樣也是利用細胞膜的特性,將某種可殺死細胞的化學物,連接在專與被感染細胞結合的分子上。

需要提醒大家的是,很多營養專家建議少攝入的膽固醇,是細胞膜的重要成分,它嵌在細胞膜磷脂雙分子層之間,使細胞膜結構富有流動性,可以增加細胞膜的堅固性。

【門房分子—細胞的守衛】

門房分子相當於長城上的兵,他們專業而高效,透過不同的作用機制,控制著物質的流通環節,也把敵人抵禦於細胞之外。

在這些結構中,有些是由蛋白質構成的簡單通道,可以讓包括水分子在內的小分子滲入細胞;其他較複雜的,則有負責養分攝取的載入囗,或將帶電離子如鈉離子、鉀離子和鈣離子,載入或送出細胞的幫助。

當然,有些受體會將經過的分子猛然拉入,以供細胞之需。還有些受體會將遠道而來的分子,無情的拒絕於細胞外,但自身卻產生結構變化,以釋放或活化細胞內部的「次級傳訊物質」。因此,那些遠道而來的分子就扮演外來訊息的角色,而細胞膜上的受體則將外來訊息轉換成另一種形式,就好像麥克風一樣,將聲波放大轉換成電波訊息

細胞內次級傳訊系統的研究,已使我們了解流行於第三世界的霍亂的成因。當人們因誤飲污染的髒水而遭霍亂弧菌感染後,霍亂弧菌所製造的某種毒素,在進入小腸壁細胞後,會激起小腸壁細胞一連串的化學反應,細胞內某種次級傳訊物質將會維持在異常的高濃度狀態,最後使小腸壁細胞膜上某一受體,鎖定在「打開」的狀態,促使細胞將水分泌到小腸中。當霍亂病人的消化道細胞都同排水時,會造成嚴重腹瀉。病人將因血液中大量液體及溶解物質流失,引發電解質(例如鈉離子和鉀離子)過度失衡及脫水。最後導致死亡。

(圖為霍亂弧菌)

【因應受體特性而開發藥物】

了解了細胞膜的特性,醫學界當然不會放任微生物入侵我們的防線。

我們身體里有一種專門辨識腎上腺素的受體,這是一種稱為「非戰即逃」的激素,每當人體處在有壓力的狀況下,體內便會製造這種激素,以調整各器官的運作。腎上腺素的效能之一,是加快心搏速率,然而對罹患心臟病的人來說,加快心跳卻是一件相當危險的事。

於是,研究人員開發了一種化學結構類似腎上腺素的分子,它可以霸佔受體,使之無法與真正的腎上腺素結合,但卻不會啟動受體的次級傳訊系統。由於這種分子的作用對象為貝他腎上腺素受體(腎上腺素受體因胺基酸序列及化學特性的不同,可再細分成許多亞型,貝他即為其中一種),因此這藥劑就稱為「貝他阻斷劑」。

目前有上百萬人服用此種藥劑,除了心臟病人之外,也有些健康的音樂家、演說家、或其他表演者,當他們在台上時,可能會因分泌過多的腎上腺素而引發嚴重的怯場。若能用藥物阻斷腎上腺素受體的反應,表演者就可從容鎮定的完成演出。

另外,降低血膽固醇的洛伐他汀,也與細胞膜上的受體有關。細胞所需的膽固醇主要有兩個來源:細胞可經過一連串化學反應,自行合成膽固醇,也可吸收食物中的膽固醇,經由血流運送,再透過細胞膜上的受體進入細胞。

洛伐他汀則可阻礙細胞合成膽固醇的化學反應。當細胞感到自己所製造的膽固醇不敷使用時,便轉而生產較多可攝取膽固醇的受體,以抓取血流中的膽固醇,彌補細胞所需的量。如此一來,也就減少了血膽固醇堆積在動脈壁的機會。

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