新聞中的科學～破解細胞刺激反應關鍵
國中學生對於[糖尿病患者為何會有糖尿病?]的認知通常是:
因為患者無法分泌胰島素，因此無法有效降低血糖濃度。
在閱讀完這篇之後，自然教師可以試著用更專業、更新的研究成果來解釋：
(1)『糖尿病患者是因為細胞感應器（又稱受體），沒有接受到賀爾蒙或血糖濃度異常的訊 號，所以沒有分泌胰島素，因此無法降低血糖濃度。』
(2)甚至可以讓學生去解釋看看為何有些人的體質會對咖啡因有較明顯的反應，
例如：心悸、難以入眠。
也是因為不同體質的人，有人可以有和咖啡因結合的蛋白，一旦此蛋白與咖啡因結合，
就會在比較短時間將咖啡因代謝出去，所以不會產生心悸、難以入眠的興奮狀態。
如果身體內沒有可以和咖啡因結合的蛋白，則咖啡因會停留在身體內較久的時間，
因此人也會比較長時間趕到有難以入眠的興奮狀態。
(3)瘦肉精（萊克多巴胺Ractopamine）就是貝他-腎上腺受體激動劑的其中一種。
在動物體內會影響骨骼肌、脂肪組織的生長和代謝，可以增進瘦肉比率。
善用的話，可以治療人體的呼吸道疾病如哮喘、支氣管炎。
挪威畫家孟克（Edvard Munch）1893年的作品「吶喊」（在諾貝爾化學得獎原理圖中的左方），
像是描述了今年諾貝爾化學獎：
你是夜歸的人，從偏遠的公車站走回家。
突然，你聽到背後有腳步聲，而且越來越近。
雖然你告訴自己不要害怕，那只是另一個夜歸人士，但是心裡越來越毛……
你忍不住開始拔腿狂奔，打開家門跑進去，渾身發抖、心跳加速、猛喘大氣。
雷夫科維茲（左）與柯畢爾卡（右）同獲本屆諾貝爾化學獎。 （路透）
諾貝爾化學獎得主柯畢爾卡（左）的妻子田東山是華裔，也在他的實驗室任職，是標準的賢內助。 （路透）
為什麼會這樣？
美國科學家雷夫科維茲（Robert Lefkowitz）、柯畢爾卡（Brian Kobilka）
深入研究細胞如何回應外來刺激，說明受到刺激時，人體如何反應，
也就是告訴你為什麼會這樣。他們共同獲得今年諾貝爾化學獎。
人體的眼睛、鼻子、嘴巴等器官可以感受外界的光和氣味，人體內的細胞也一樣；
人體細胞大多有特定功能，例如貯存脂肪、製造荷爾蒙等。
如果人體要發揮應有的功能，細胞之間必須合作無間，
感受目前的環境，也掌握周圍的動態；
所以細胞需要感應器，細胞表面的感應器又稱「受體」。
雷夫科維茲與柯畢爾卡因為研究「G蛋白耦合受體」（GPCRs）中的「β－腎上腺素受體」結構，以及它們在人體內的運作機制而獲獎。
GPCRs是一個很大的「家族」，中央大學生命科學系副教授孫維欣指出，
以人體為例，GPCRs是700多種受體的統稱，它們接受了包括腎上腺素、多巴胺、血清素、光線、口味與嗅覺等受體物質。
許多生理作用都與GPCRs有關，目前也大約有一半的藥物例如抗組織胺、精神疾病藥物等透過GPCRs受體物質發揮作用。
GPCRs幾乎參與了每一項生理功能，義守大學醫學院副院長黃士哲解釋，
受體蛋白質在細胞膜上，
它偵測抵達細胞表面的賀爾蒙、神經傳導化學物質、氣味與其他訊息分子，
然後活化細胞內的G蛋白，進而誘發影響知覺、行為、及心跳速率和血壓等基礎功能。
這些訊息傳導途徑若出現功能異常，則會導致糖尿病、視覺障礙、氣喘、憂鬱症及癌症等疾病。
科學家們在19世紀末就發現腎上腺素可以讓人體產生心跳加速、血壓升高等影響。
但是，當時的科學家還不了解細胞內部如何從外界接收訊號，進而產生反應。
這一切的祕訣由美國科學家雷夫科維茲（Robert Lefkowitz）、柯畢爾卡（Brian Kobilka）研究「G蛋白耦合受體」（GPCRs）中的「β－腎上腺素受體」結構，
以及它們在人體內的運作機制而解開。
雷夫科維茲、柯畢爾卡共同獲得今年諾貝爾化學獎。
中央大學生命科學系副教授孫維欣指出，β－腎上腺素受體結構是科學家們第2個破解的GCPRs結構，目前還沒有第3個。
孫維欣表示，GPCRs和人體數百種受體有關。
2000年左右，科學家解開GPCRs家族中第1個受體；它叫「視紫紅質受體」（rhodopsin receptor），存在於視網膜桿狀細胞，是一種呈玫瑰紅色的視網膜色素，它可以讓視網膜變色，也是動物感知光線的最主要物質。
孫維欣說，β－腎上腺素受體是GPCRs家族中，第2個被破解的蛋白質結構。
雷夫科維茲是第1個發現、並詳細研究β－腎上腺素受體在人體內傳遞訊息的機制，也找到了一些調整、控制人體反應的蛋白質。β－腎上腺素受體的結構則由雷夫科維茲、柯畢爾卡以X光結晶學方法合作解出。
義守大學醫學院副院長黃士哲解釋，受體蛋白質在細胞膜上，它接收外界訊號後，傳到細胞裡的G蛋白，再引發細胞反應。β－腎上腺素受體可以接受腎上腺素和正腎上腺素等，在某些情況下控制人體心跳快慢、腸胃蠕動、應付緊急狀況等。
孫維欣指出，這些和人體內的神經傳導、荷爾蒙都有關，可以引發「生病」反應，
了解了它的機制和結構，才能「對症下藥」，或直指症狀開發藥物。
義守大學醫學院副院長黃士哲指出，今年諾貝爾化學獎頒給「G蛋白耦合受體」（GPCRs）的研究，這在醫療技術的發展上，的確是非常重要的突破。
目前世界上大約50％的藥物都因為這項研究才得以開發，國內相關的研究，也以藥理和生理學領域學者參與最多。
黃士哲解釋，人體細胞有細胞膜與外界隔絕，細胞膜外的訊息主要靠GPCRs接收、傳遞到細胞膜內，進而引發細胞內器官甚至是身體神經、腺體做出反應。
他形容，如果GPCRs主導的訊息傳遞途徑發生異常，就可能導致糖尿病、視覺障礙、氣喘、憂鬱症及特定癌症等疾病。
今年的諾貝爾獎評審在公布的文件提到，科學家們要了解「受體」，才能研發副作用較少的更好藥物。
美國科學家雷夫科維茲（Robert Lefkowitz）、柯畢爾卡（Brian Kobilka）因為研究GPCRs中的「β－腎上腺素受體」結構而獲獎。其實，前一陣子在台灣社會引發不小爭議的「瘦肉精」也與此有關。
「瘦肉精」其實是中國大陸的用語，早期台灣稱作「健健美」，它就是一種β－腎上腺素受體「激動劑」。前陣子很「紅」的另一個名詞「萊克多巴胺」（Ractopamine）就是β－腎上腺素受體激動劑的其中一種。
β－腎上腺素受體激動劑包含了一系列化合物，類似腎上腺素和正腎上腺素，如果善用的話，可以治療人體的呼吸道疾病如哮喘、支氣管炎。
另一方面，在動物體內會影響骨骼肌、脂肪組織的生長和代謝，可以增進瘦肉比率。
