CO2mmon Sense

題目:CO2mmon Sense
作者:Wolf B. Frommer
來源:Science 15 January (2010) 327(5963), pp. 275 - 276.
這是Stanford的學者在這一期2010／01／15 所寫的一篇文章。
主要討論生物對二氧化碳的感受機制是什麼。
由於植物的氣孔會在二氧化碳增加時關閉，蚊子會利用二氧化碳的濃度差找尋食物，但是相關的感受機制仍然未能確定. 最近兩個相關於植物 (Hu et al.)和哺乳類 (Chandrashekar et al.)的相似感受機制和之前所發現的有些不同.


Chandrashekar et al. 測試二氧化碳在舌頭上的感受, 包括物理性和化學性的感覺. 二氧化碳泡泡會刺激舌頭上的感覺受體. 二氧化碳提供了一個伴隨著碳酸化的酸性反應. 在小鼠上測試發現, 只有酸味味蕊受體消失才會造成對二氧化碳感受的消失. 失去的基因是碳酸脫水酶 (carbonic anhydrase), 這個是偵測二氧化碳所必需的酵素. 這個酵素是一個"感酵素 (senzyme)".
對植物而言, 感受大氣中的二氧化碳含量也是必需的. 氣孔衛細胞感受二氧化碳濃度來開闔以避免水份流失. Hu et al. 發現阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana) 的碳酸脫水酶 (carbonic anhydrase) 可以作為二氧化碳偵測受體, 缺少此基因的的物, 其氣孔在二氧化碳上升時關得比較少.令人異的是 Hu et al. 發現, 在缺此基因的植物中重新轉殖入哺乳的碳酸脫水酶 (carbonic anhydrase)會重新獲得對二氧化碳的感受能力. 而他們還進一步發現, 細胞內由衛細胞所釋出的碳酸會允許離子流動來促進氣孔的閉闔.

Transponder or senzyme ?(轉訊器還是感酵素?) 酸脫水酶 (carbonic anhydrase) 作為哺乳類細胞 ({alpha}-carbonic anhydrase) 及植物細胞質和葉綠體(β-carbonic anhydrases) 表面的感受器. 這是感受二氧化碳昇高或降低的兩個機制. 以轉訊器而言, 這個酵素把二氧化碳轉化成碳酸和水, 而其訊號就是碳酸或是氫離子的酸性, 而酵素直接結合二氧化碳造成蛋白結構的改變會造成下游的訊號傳遞.
CREDIT: Y. GREENMAN/SCIENCE
http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/327/5963/275

雖然人類和植物在十億年前就已經演化出不同, 但仍用同樣的機制來感受二氧化碳.

植物為何演化出這個機制很明顯是因為他們必需減少水份損失, 而在人類, 這個機制可以協助辨識腐敗的食物, 或者是享受碳酸飲料. 這個碳酸脫水酶 (carbonic anhydrase)仍然可以在昆蟲的味覺和嗅覺胞中找到, 可以協助牠們找到食物.