2015年9月30日 星期三

反丁烯二酸(fumarate)說:我是好人!

反丁烯二酸。圖片來源:wiki
今天一早就被一個大新聞給洗版,大致上就是有人發現團膳的飯裡面有添加保鮮劑,然後化學不好的記者就開始炒了。

團膳就是沒辦法避免要加保鮮劑,一次煮幾百人上千人的飯,還要用車送過去,還要到的時候熱騰騰的,如果不加保鮮劑,就是在製造細菌的培養基!

當然也可以不加,只要不要交給團膳業者,各校餐廳自己煮飯就好了!但是接下來要有廚房、要有廚師、營養師....所以,您說呢?

只要使用的保鮮劑是合法的、用量沒有超過標準、殘留量也合法,沒有什麼不能用的。

不過今天筆者不是要來說這件事。在這一堆新聞裡,筆者聽說有人只要一聽到「丁烯二酸」這幾個字,不管是順丁烯二酸還是反丁烯二酸,就打下去了。

但是,反丁烯二酸(fumaric acid,fumarate,又稱為富馬酸、延胡索酸)是細胞內檸檬酸循環(citric acid cycle)的中間產物,是細胞呼吸(cellular respiration)的一部份(請見下圖),我們每天都在產生啊!如果它有毒,我們早都死光了。

反丁烯二酸在檸檬酸循環中的位置(綠色圈)。
圖片來源:wiki

維基百科裡面也說,反丁烯二酸是無毒的(practically nontoxic),但是大量食用吃久了可能會有腎毒性... 啊食鹽吃多了腎也會壞掉啊!那麼氯化鈉大量長期服用也有腎毒性! 可以不要看到黑影就開槍嗎?快去複習生化!

2015年9月24日 星期四

袋鼠都是左撇子?

人類是慣用右手的人多,慣用右手與左手者大約是九比一。過去的許多研究發現,族群的多數有同一慣用手(handedness)似乎是侷限於靈長類。

但是,在俄羅斯的聖彼得堡國立大學(Saint Petersburg State University)的Yegor Malashichev教授卻不認為如此。他在過去已經花了不少時間觀察青蛙、蜜袋鼯等動物,發現青蛙在走路的時候也會有慣用腳,但是跳躍的時候就看不出來。

最近,他的研究團隊公佈了過去幾年觀察不同種類的袋鼠,發現有好幾種袋鼠都是左撇子。 大部分的紅袋鼠(Macropus(Osphranter) rufus)、紅頸小袋鼠(Macropus(Notamacropus) rufogriseus)、以及東方灰袋鼠(Macropus(Macropus) giganteus)都有慣用左手的現象;尤其是紅袋鼠與東方灰袋鼠,不管是四足、二足或是兩足站立以尾巴支撐(稱為tripedal stance),都是左撇子。

紅頸小袋鼠。圖片來源:Curr. Biol.

相對來說,紅頸小袋鼠在以四足站立時就看不出左撇子或右撇子多;而當牠們以兩足站立加尾巴支撐時,反而慣用右手的多了。

但是古氏樹袋鼠(Goodfellow's tree-kangaroo,Dendrolagus goodfellowi)在任何狀況下都看不出來族群中慣用左手或慣用右手的袋鼠比較多的現象。

古氏樹袋鼠。圖片來源:wiki

研究團隊也發現,袋鼠的慣用手,與牠們之間的親緣關係並不相關。如東方灰袋鼠與紅袋鼠都是慣用左手的較多,但紅袋鼠與紅頸小袋鼠的親緣反而比較接近。

蜜袋鼯。photocredit:葉綠舒

而同是有袋類的蜜袋鼯(Petauridae breviceps,sugar glider),並不存在著族群慣用手的現象。但是另一種有袋類Bettongia penicillata就有族群慣用手。整體看來,似乎有無族群慣用手,應該與這種動物平常習慣以兩足或四足站立有關。古氏樹袋鼠與蜜袋鼯都是四足站立,也都看不出有族群慣用手的現象;另一種有袋類負鼠(Monodelphis domestica,Gray short-tailed opossum)也是四足站立,同樣看不出有族群慣用手。而Bettongia penicillata就是平常以兩足站立。

當然,雖然說有些動物有族群慣用手,但這些動物沒有任何一種是真正如人類一樣,清醒的時間都是以兩足站立的。不過也蠻有趣,不是嗎?

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參考文獻:

Elisabetta Versace and Giorgio Vallortigara. 2015. Forelimb preferences in human beings and other species: multiple models for testing hypothesis on lateralization. Frontiers in Psychology. doi:10.3389/fpsyg.2015.00233

Andrey Giljov, Karina Karenina, Janeane Ingram, Yegor Malashichev. 2015. Parallel Emergence of True Handedness in the Evolution of Marsupials and Placentals. Current Biology. doi:10.1016/j.cub.2015.05.043

2015年9月12日 星期六

老鼠的情歌對唱

圖片來源:wiki
看過「美國鼠譚」(An American Tail)的人,應該都還記得裡面的小老鼠們唱歌的鏡頭。過去大家應該都認為老鼠唱歌只存在於卡通裡面,但其實在1970年代的研究,已經發現雄鼠在找尋配偶時會「唱歌」。

雄鼠聞到雌鼠的尿液的氣味會唱歌,而雌鼠也會停下來聆聽(「山姆,再來一次。」?)。

不過,最近的研究發現,其實小鼠在交配前的互動,比較像情歌對唱。

當雄鼠展開追逐的時候,牠同時也開始「唱歌」;而雌鼠會有不同的反應。有些雌鼠會維持原來的速度繼續奔跑,有些則會慢下來。那些慢下來的雌鼠,其實也同時會開始歌唱來回答。

過去為什麼沒有發現呢?因為人的聽覺範圍只能達到20千赫(kilohertz),但老鼠發出的聲音可達到35-125千赫,所以我們無法聽到他們的歌聲。

最近德拉華大學(University of Delaware)的Joshua Neunuebel教授,開發了可以接收到超音波的麥克風,而且還能夠辨別超音波的來源。這套超音波收音與辨別系統,幫助了他們進一步的了解小鼠在交配時的互動。

當然,我們無法了解小鼠們對唱的內容;或許是「無盡的愛」、也或許是「我終於找到了你」,不管是什麼,我們可以確知的是,對於其他動物,我們了解得還不夠多。

參考文獻:

Neunuebel J.P. et. al., 2015. Female mice ultrasonically interact with males during courtship displays. eLife, 2015; 4 DOI: 10.7554/eLife.06203

2015年9月10日 星期四

果糖加速你的心臟衰竭

人類從吃樹葉、吃果實,到現在吃加工食品,對於糖的喜愛始終有增無減。完全不愛甜食的人並不是沒有,但畢竟是極少數。

只是,隨著時間過去,我們吃的糖有了變化。吃樹葉、吃果實的時代,我們主要攝取的碳水化合物是蔗糖、澱粉與果糖;而以蔗糖與澱粉為大宗。少數的水果(如荔枝)含有較高量的果糖,由於果糖的甜度為蔗糖的1.73倍,所以我們會覺得荔枝特別甜。

但是,水果畢竟不是我們的正餐。不過,從1960年代開始,由於食品加工技術的進步,我們得以把玉米的澱粉轉化成為高果糖糖漿(HFCS,high-fructose corn syrup,俗稱豐年果糖)。高果糖糖漿其中大約55%是果糖、42%是葡萄糖。由於價錢便宜、使用方便,高果糖糖漿開始大量出現在我們的飲食中,使我們的飲食由攝取雙糖與多醣為主的型態改為攝取單糖為主。在美國,1970年時平均每人每年食用230公克的高果糖糖漿;到了1997年是28公斤(1)。而2013年更增為53.6公斤(2)。

果糖(fructose)。圖片來源:wiki

攝取單糖有什麼問題呢?主要是因為它不需消化分解就可直接吸收利用,造成我們在食用含有高果糖糖漿的食品之後,血糖會上升得很快。最近這幾年的許多研究都發現,攝取大量的單糖,尤其是果糖,對我們有害無益。而最新發表在「自然」期刊上的論文,進一步地告訴我們果糖跟心臟衰竭有關(3)。

果糖怎麼會跟心臟衰竭扯上關係呢?這就要從心臟說起了。

當我們有高血壓時,心臟要把血液打出去就會越來越困難,於是心肌就會開始生長,長多點肌肉好多點力氣把血液打出去;這就造成了心臟肥大。

但是,長大的心臟需要更多氧氣;當肌肉長了,血管卻沒有跟著長,於是長大了的心臟氧氣更不夠。這時,心臟就會開始進行厭氧醣解作用(anaerobic glycolysis,醣解作用與乳酸發酵的合併稱呼),最後導致心衰竭。

我們的心臟在氧氣不夠的狀況下,會產生一個稱為HIF1α的蛋白質。在這篇論文中,研究團隊發現,HIF1α會造成另一個蛋白質SF3B1產生。果糖就是在這裡跟心臟衰竭扯上關係的。

怎麼說呢?原來SF3B1這個蛋白質是一個切割因子(splice factor),它會把Khk基因所轉錄出來的RNA切成Khk-C mRNA,產生KHK-C蛋白。

過去的研究已經知道,代謝果糖的酵素有只出現在肝臟的fructokinase(KHK-C蛋白),以及出現在其他組織的KHK-A。這兩個酵素雖然特性相差很大,卻是由同一個基因經過不同方式切割所產生,KHK-C對果糖的專一性高、反應速率高,KHK-A對果糖的專一性低,反應速率差。

在這篇論文裡發現,在心肌缺氧時所產生的HIF1α,竟然可以透過SF3B1讓心肌也可以產生KHK-C,這下子心臟就獲得了利用果糖的能力。

KHK-C的產生不光是讓心肌對果糖代謝的能力上昇,也會使得醣解作用(glycolysis)的活性上昇,造成心臟肥大得更快,走向心臟衰竭的速度就更快。 怎麼會這樣呢?

我們先來看KHK催化的反應:

ATP + D-fructose → ADP + D-fructose-1-phosphate

這反應會消耗能量(ATP),而產生的F-1-P還要經過進一步的切割,才能被完整的代謝。但是,由於KHK反應會消耗ATP,而負責醣解作用的關鍵反應的酵素phosphofructokinase-1(PFK-1)會受到ATP的抑制。

當ATP被KHK反應消耗掉以後,對PFK-1的抑制就減輕了。於是醣解作用加快,但供應給心肌的氧氣還是不夠,於是心肌繼續無氧醣解作用,等到產生的代謝物(乳酸,lactic acid)超過細胞本身所能負荷時,心肌細胞便開始死亡...心臟衰竭。

另一方面,研究團隊也發現KHK-C的反應,可能也提供了心肌細胞合成脂肪所需要的碳骨架。由於過去便已經觀察到當心肌發生缺氧時,肥大的心肌細胞內會出現脂肪累積的現象;於是在這篇研究裡,研究團隊便把KHK-C或是SF3B1關掉,結果脂肪累積的現象就不會出現了;但是,如果關掉的是KHK-A的話,對脂肪累積與否卻毫無影響。由於脂肪的合成對於粒線體的細胞呼吸作用有抑制的效果,因此KHK-C反應也會使得心肌細胞更加依賴無氧醣解作用,加速心臟衰竭的發生。

有意思的是,當研究團隊把KHK-C的基因關掉以後,除了果糖代謝速率不會上昇之外,心臟肥大的現象也觀察不到了。雖然整個研究所有的實驗都是使用小鼠做為實驗模型,但研究團隊在人的心臟病患者的心肌切片中,也發現有HIF1α、SF3B1以及KHK-C上昇的情形,顯示在人裡面可能也有類似的狀況發生。

由於果糖主要來自飲料,研究團隊也提醒大家,吃水果OK(筆者認為特別甜的水果還是要淺嚐即止就好),但是飲料能不喝就不喝。即使現在您的血壓很正常、心臟好得很,吃下去的果糖到肝臟還是會轉成脂肪,讓我們的肝臟有鵝肝醬的感覺。(對,鵝肝醬就是鵝的脂肪肝喔。)

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

1. 2015/6/17. Fructose powers a vicious circle. Science Daily.

2. 林杰樑。少吃玉米果糖

3. Peter Mirtschink et. al. 2015. HIF-driven SF3B1 induces KHK-C to enforce fructolysis and heart disease. Nature.

青黴素(penicillin)與弗萊明

在1928年9月28日,弗萊明度假回來,進實驗室看到培養基發黴了。

發黴的培養基我們都遇到過,通常它的下場就是:打開感染性廢棄垃圾桶,往裡面一丟了事。

但是,那天弗萊明注意到,發黴的培養基發生了些特別的事。在黴菌的周圍,看不到細菌的生長。


接續的研究,發現原來青黴(Penicillum)之中含有青黴素,可以抑制格蘭氏陽性菌的生長;其他人的研究使得青黴素可以應用在醫學上,讓細菌性肺炎的致死率從一次世界大戰的18%降到二次世界大戰的1%。也因此,弗萊明與其他兩位科學家在1945年同獲諾貝爾生理醫學獎。

至於那個培養皿呢?大家可能會猜它應該早就被扔進感染性廢棄物垃圾桶了,但其實它還存在著。今年七月,在倫敦的拍賣會上,有人把它拿出來拍賣。

90年後弗萊明的培養皿。圖片來源:Sci. Am.
真的很難想像吧,不過,那個培養基其實一直都存在著。在1928年的發現之後,弗萊明一直都保存著它;而1955年,弗萊明的家被搶劫,當時有位鄰居幫忙趕走了強盜,為了感謝這位鄰居,弗萊明讓管家把那個培養皿送給了他,還附上一封信:「別把它當成了古岡左拉起司(Gorgonzola cheese)!」。

猜猜看這個培養皿賣了多少錢?二十三萬兩千七百二十元!(4,649英鎊)

參考文獻:

Kat Long. 2015/8/18. Fleming's Original Penicillin Culture Sold at Auction. Scientific American.

2015年9月5日 星期六

冷壓果汁是什麼?為什麼那麼貴?真的有那麼棒嗎?

圖片來源:wiki
最近有某位名人因為在網路上推銷一種冷壓果汁,但是被發現那種冷壓果汁喝一天就要花一千多元而備受質疑。

冷壓(cold-press)是  在低溫(攝氏四度到十度之間)以高壓 (300–600MPa/43,500-87,000psi) 在水中把物質壓碎的方法。在低溫壓碎可以有效抑制微生物的生長,同時也不損害物質的內含物,因此在坊間都是說可以保留蔬果的酵素以及微量元素等等。

至於說為什麼冷壓果汁那麼貴,據說(但是無法查證)是因為每16盎司的果汁要使用6磅的蔬果去冷壓。這個數字,是得自於最昂貴的冷壓果汁品牌Blueprint's;至於其他的品牌,好像沒有那麼濃縮。相對來說,一般的果汁大概只需要1.75磅而已。加上冷壓技術本身就相當昂貴,所以冷壓果汁貴其實是技術與原料(如果真的有使用那麼多的蔬果的話)的雙重原因,提高了製作的成本。

筆者找到的資料提到,冷壓果汁的概念其實是從「生食主義」(raw foodism)來的,不過,根據網頁上的資料,「生食主義」似乎並不能容許均質化(homogenization),製作果汁不也是一種均質化的過程嗎?從臺灣的冷壓果汁的網頁上也可以看到「冷壓製作、不含麩質、無防腐劑或人工添加物、嚴選食材、無高溫殺菌」等,這些大約除了「不含麩質」這一項以外,都合乎「生食主義」的條件。不過,在「無高溫殺菌(No Pasteurization)」這一項上面,其實巴氏滅菌法(Pasteurization)並不是高溫殺菌(攝氏63度到72度之間),雖然跟冷壓相比溫度是高了許多。通常在食品加工上,只要低於一百度就被認為是低溫了。

至於強調不含麩質,其實蔬果中原本就沒有麩質。麩質(gluten)來自於小麥、大麥、燕麥等穀物,只要不加入這些,當然不會有麩質;而最近的研究顯示,在認為自己對麩質過敏的人之中,其實只有三分之一的人真的對麩質過敏。所以,無麩質真的這麼重要嗎?

可能也有朋友認為,為什麼不能用果汁機打呢?用果汁機打,因為摩擦會產生熱,所以過程中對於物質會有一定的損害。如果加冰塊打當然會有降溫的效果,但是蔬果的成分就被稀釋掉了。

至於說,喝這麼濃的果汁是不是真的對身體有好處?筆者是非常懷疑的。現在的育種技術,培育出的水果甜度都很高,飲用太多很容易造成糖份攝取過量。對於糖尿病或是有血糖代謝問題的人,筆者真的不建議嘗試。在國外的冷壓果汁網站上,他們強調,依照他們所排定的飲用法,一天可以攝取20磅(9.08公斤)的蔬果,但是攝取這麼多的蔬果所含的糖份,對身體會造成不小的負擔;而未經烹調的食物比較不好吸收,或許這是為什麼建議攝取這麼多果汁的原因?筆者不清楚冷壓之後是否會去掉渣滓,如果去掉渣滓,那麼攝取的纖維素就會不夠;但冷壓的過程會將食材本身壓到很細碎,即使攝取,對於腸胃蠕動應該也沒有幫助。

最後提到排毒。不論是國外或臺灣的冷壓果汁的網站,都特別強調排毒的功效,而且也規劃了排毒療程。但這部分筆者是相當存疑的。大部分飲食中吃到的有害物質,水溶性的在代謝前後應該可以經過排泄或排遺排出;如果是脂溶性的就比較麻煩,但是脂溶性物質要經過排毒應該是沒有可能,否則戴奧辛中毒的患者就全部去參加排毒療程就好了不是嗎?

2015年9月1日 星期二

撒鹽在路上會污染海水?

在下雪前,預先灑上鹽的道路。圖片來源:wiki

前幾天在網路上有朋友提到有這麼一說:在寒冷的國家,冬天為了降低雪融化的溫度,會在馬路上灑鹽;而這些鹽被認為會污染海洋。

真的會嗎?讓我們先來考慮一下海水的成分。

海水的成分除了96.5%是水之外,鹽分的部分氯(Cl)佔 55%,鈉(Na+)30.6%,硫酸根(SO2−4) 7.7%,鎂(Mg2+)3.7%,鈣(Ca2+)1.2%,鉀(K+)1.1%,其他0.7%.。

所以,如果灑的真的是「鹽」(氯化鈉,NaCl),應該是不會造成污染;不過前提是這些鹽可以一路流到海裡去,如果道路在內陸、附近沒有河流或湖泊,要流到海裡,真的有點遠。

當然,第二個部分要考慮到的是:各國灑在道路上的「鹽」真的是氯化鈉嗎?

這個連結提到98%的國家灑鹽時使用的就是氯化鈉,氣溫太低時還會加入氯化鈣(CaCl2)。不過如果參考海水的成分,不管是氯化鈉還是氯化鈣,要污染海洋是不可能的。

除非,使用的鹽有污染到其他的、海水裡面沒有的成分。

在路上灑鹽真正要考慮的部分,應該是可能會造成附近的土地鹽化,以及如果剛好附近有濕地會影響到兩棲類的成長研究原文)。

筆者查了美國國家醫學圖書館(NCBI-PubMed),用以下的關鍵字:

road salt treatment contamination sea water:0篇

road salts treatment contamination sea water:0篇

road salts treatment contamination :6篇,但只有第一篇是相關的,不過沒有討論到海水的問題,而是討論到附近的池塘。

road salt treatment contamination :10篇,但只有第二篇是相關的,而且跟上面的「road salts treatment contamination」搜尋結果重複(同一篇)。

當然,沒有文獻並不代表沒有影響,人作任何事情,都會對環境造成影響。其實灑鹽也是不得已的,畢竟除雪需要時間,來不及的時候先灑鹽,以免出人命...