催芽劑、氯乙醇(Ethylene chlorohydrin)與檸檬酸循環(citric acid cycle)

今年可以被定義為台灣的食品安全元年，從DEHP到南投四人食物中毒、到後來的幾個事件，無不引起大家對食品安全的注意。

不過，最後發現除了DEHP以外，後來一連發生的幾件事都與食物中毒/食品安全無關，反而與藥物的相關性比較高。

最近才偵破的南投四死案，從原以為的肉毒桿菌中毒，到最後案情急轉直下，原來是氯乙醇中毒，而且是毒殺。兇嫌因為怨恨昔日女友另嫁他人，竟然將非法催芽劑氯乙醇加入米酒中餽贈昔日女友夫婦，導致四人死亡（新聞連結, 1）。

從當初死者的家屬就懷疑是催芽劑時（那時候是七月），筆者就做了一點搜尋。印象中可以促進植物長芽的東西都是植物賀爾蒙，不應該有劇毒。

從一篇新聞上知道這個催芽劑叫做「氯乙醇」，用中文名字去搜尋發現國內的資料其實很少，只有柳居豐醫師(2)的網站上提到他曾經治療過十幾位中毒病患，死亡率極高（超過40%）(3)。

不過也從重億興業的網站(4)上找到氯乙醇的全名：Ethylene chlorohydrin，由chlorohydrin與ethylene混合於水形成，一般來說是作為有機溶劑使用（註1）。但是在農業上，由於氯乙醇可以強迫葡萄同步發芽，甚至連冬季非萌芽期也可以強迫催芽，讓葡萄一年可以收穫兩次（這實在是令人非常心酸的一件事），所以廣受民眾歡迎。雖然也有替代的用品(5)如「氫胺」或「氫氨基化鈣」，但是因為價格略高且催芽效果不如氯乙醇好，所以農民仍然不顧危險繼續使用氯乙醇。

氯乙醇的毒性是怎麼來的呢？原來它的毒性是來自於代謝物chloracetaldehyde。Chloracetaldehyde抑制succinate-cytochrome C oxidoreductase (6)，並干擾磷酸根的傳遞；由於succinate-cytochrome C oxidoreductase 為電子傳遞鏈(electron transport chain/oxidative phosphorylation)的第二個複合體(complex II)，也是檸檬酸循環(citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle)的第六個酵素(7)，可想而知chloracetaldehyde的毒性有多強，也就難怪氯乙醇中毒死亡率如此高了。

對於不瞭解檸檬酸循環以及電子傳遞鏈對我們有多重要的讀者，可以簡單看一下下面這個代謝總圖：

圖片來源：Lehninger Principles of  Biochemistry

中央下方的那個藍色的圈圈就是檸檬酸循環，左下角的紫色小結構，寫著 "Energy Metabolism"就是電子傳遞鏈。我們所有吃進去的食物，最後都會送到檸檬酸循環去進行氧化，而所有吃進去的食物氧化後，如果要放出能量，都要送到電子傳遞鏈去，否則就不能變成能量（ATP，腺口票呤核苷三磷酸）。食物的能量，我們是不能直接使用的，要經過許多複雜的步驟進行氧化代謝（如上圖）轉化為ATP後，才能使用；而檸檬酸循環跟電子傳遞鏈則是這整個氧化代謝的樞紐。

所以，一旦succinate-cytochrome C oxidoreductase被抑制，檸檬酸循環跟電子傳遞鏈都受到影響，病人就會出現全身性的症狀，包括噁心、嘔吐、心跳加快、血壓下降、抽筋、昏睡、呼吸衰竭等(3)，由於氯乙醇的代謝物不易驗出，造成這整個案件，光是要釐清中毒的毒物為何就已經相當困難。


目前據說沒有專用的解毒劑(3)，但筆者在國外網站(8)上查到可以用甲基藍(methylene blue)Evans Blue 或 Gentian Violet，或許可以參考一下。


註1：文章於泛科學新聞網(http://www.facebook.com/PanSci)刊出後，接獲讀者反映氯乙醇應是2-chloroethanol 由ethylene在水中氯化製備, 或是在水跟與次氯酸反應, 但是沒有直接叫 chlorohydrin的。由於這一段文章是直接取自柳居豐醫師網站，加上筆者的化學程度不夠好，當時也
覺得有點怪，感謝更正。接獲讀者反映後，筆者查了一下英文網站，得到的資訊是ethylene chlorohydrin可由ethylene oxide與hydrochloric acid製備而成，在此補充。

參考資料：
1. 南投4死逆轉 轉向情殺下毒. 2011. 中央社. (http://news.chinatimes.com/society/130503/132011082200716.html)
2. 氯乙醇(Ethylene chlorohydrin)-葡萄催芽劑的急性中毒. 柳居豐醫師.(http://www.pcc.vghtpe.gov.tw/old/docms/50105.htm)
3. 葡萄催芽劑 無專用解毒劑. 2011/8/22. 中央社. (http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/110822/5/2xbqd.html)
4. 氯乙醇(Ethylene chlorohydrin)-葡萄催芽劑的急性中毒.2008/2/28.重億興業股份有限公司網站(轉載柳居豐醫師資料http://cy-nec.idv.tw/zh-TW/node/204)
5. 農婦觸劇毒催芽劑枉死 農改場推動無毒藥劑. 2008/2/18. 環境資訊中心(http://e-info.org.tw/node/30496)
6. M Mohrmann, A Pauli, H Walkenhorst, B Schönfeld, M Brandis Effect of ifosfamide metabolites on sodium-dependent phosphate transport in a model of pro. Ren Physiol Biochem (0) 16: 285-98.( http://www.mitochondrial.net/showabstract.php?pmid=7506438)
7. Curehunter.com. 2011. Succinate-cytochrome C oxidoreductase (http://www.curehunter.com/public/keywordSummaryD013384-Succinate-Cytochrome-c-Oxidoreductase.do)
8. Chacha.com. 2011. What is an alternative treatment for chloracetaldehyde toxicity other than methylene blue?(http://www.chacha.com/question/what-is-an-alternative-treatment-for-chloracetaldehyde-toxicity-other-than-methylene-blue)

從Sialyl Lewis X 想到 Sialic acid

上生化課講到醣類基本結構時，同學光看著一堆帶有OH基的醛(aldehyde)或酮(ketone)就已經頭昏腦脹，常常都抱怨說很像有機化學，但我也一直強調醣類在最近的研究上的重要性日增，從以為只是單純的能量、儲藏功能，現在已經知道對於細胞之間的辨識上非常重要。

在講到醣類對細胞之間辨識的角色時，總是會提到的分子就是sialic acid (N-acetylneuraminic acid, Neu5Ac, NANA)。

 Sialic acid, 圖片來源：維基百科

在Lehninger Principle of Biochemistry 5th ed.中的第258頁舉例，ceruloplasmin這個含銅的血清醣蛋白，上面有好幾個oligosaccharide鏈的末端都是sialic acid（構造見上圖）；當這個sialic acid被移除時，ceruloplasmin也會很快的被肝細胞上面的asialoglycoprotein辨識後從血液中移除。


通常在上課的時候，筆者都會舉上面的這個例子來講；最近有一個有趣的新發現也跟sialic acid 有關，倒是十分有趣，在這裡整理一下。


Sialic acid也是有名的Sialyl Lewis X的一部份，這個oligosaccharide的結構如下：

Sialyl Lewis X, 圖片來源：維基百科

它總共由四個單糖構成，NeuAcα2-3Galβ1-4(Fucα1-3)GlcNAc（構造見上圖），最左邊那個糖就是sialic acid。


Sialyl Lewis X過去已經知道對細胞間的辨識非常重要，缺乏這個oligosaccharide可以導致免疫缺失(leukocyte adhesion deficiency type 2，病徵包括不斷發生的細菌感染，以及無膿性的蜂窩組織炎；筆者認為應該是影響到白血球的附著，畢竟白血球附著(leukocyte adhesion)對於感染的清除是非常重要的<參考Lehninger p.259>)，最近發現這個oligosaccharide與受精時精卵間的辨識非常相關。


以密蘇里大學為首的跨國研究團隊（包括了中研院的邱繼輝教授）發現，人類的卵子上也有非常多的Sialyl Lewis X；由於這個oligosaccharide過去只知道和免疫有關，於是他們合成了一些Sialyl Lewis X並將之加入到含有人類精子與卵子的液體中，發現額外加入的Sialyl Lewis X可以干擾精卵的結合。


從這裡可以看出，醣類不只是我們最基本的能量所需，也不只是提供我們的衣著、家具、燃料，從「人之初」醣類就扮演著重要的角色啊！


參考資料：


1. Nelson D.L. and Cox M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 5th ed. Chapter 7 Carbohydrates and Glycobiology.
2. 逆旅. 2011. 生命的第一場邂逅.  泛科學探索實驗空間. (http://pansci.tw/archives/6324)
3. Mitch Leslie. 2011. The Sweet Meeting of Sperm and Egg. Science Now (http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/08/the-sweet-meeting-of-sperm-and-e.html)
4. Poh-Choo Pang,, Philip C. N. Chiu, Cheuk-Lun Lee, Lan-Yi Chang, Maria Panico, Howard R. Morris, Stuart M. Haslam, Kay-Hooi Khoo, Gary F. Clark, William S. B. Yeung, Anne Dell. 2011. Human Sperm Binding Is Mediated by the Sialyl-Lewisx Oligosaccharide on the Zona Pellucida. Science DOI: 10.1126/science.1207438.
5. Wikipedia. 2011. Congenital disorder of glycosylation type IIc (http://en.wikipedia.org/wiki/Leukocyte_adhesion_deficiency-2)
6. Wikipedia. 2011. Sialyl Lewis X (http://en.wikipedia.org/wiki/Sialyl_lewis_x) 

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第二個檔案開始，並不是每一個畫面都有題目，如果沒有題目的，就直接按next跳過就好囉！(2011.8.5更新)

第一個檔案：Basic Concept
這個App是給還沒上過生化，也就是說大一要升大二的學生，複習一下看看國中跟高中學的還記得多少。如果你已經學過生化，請不要下載，或是如果你堅持要玩玩看，老葉也不反對，但請不要跟嗆我說我在莊笑維啦、題目太簡單啦這些，我已經說了，這是給還沒上過生化的學生用的！

第二個檔案：L跟D糖的命名
糖有L糖跟D糖，但是糖的L跟D到底跟左右旋有沒有關係呢？

第三個檔案：如何找到1號碳
1個糖少說也有3個碳，多的有7個碳，上面可以加一堆官能基，但是同樣的官能基加在不同的碳上面就是不同的分子，在生物化學上面也有不同的意義，所以要給單糖上面的碳編號，在描述的時候才能講得更清楚。那麼，要怎樣編號呢？編號的規則是什麼？