中正化學諮詢月刊

八十九年八月一日

歡迎投稿,來稿請以電子郵件寄至chewph@ccunix.ccu.edu.tw

內容:

[編者的話]    

[科學新知]

[科學教育專欄]     [科學網站介紹]

　

    這是本中心諮詢月刊的第二期. 在本期的科學新知中我們請到了中正大學化學系的朱延和老師為我們介紹最近國際上非常知名的Gnome Project 以及其重要性;我們也要特別感謝于淑君老師和她實驗室的同學所提供的仿曬化妝保養品的化學資訊;另外我們也請到了本系的吉凱明老師在科學教育專欄中和我們談一談教育部所倡導的碩士在職專班實施兩年後在化學系所面臨的一些問題與應改進的方向.

    本中心計劃將諮詢月刊內所有的內容永久保留在網路上.各位可由視窗左側點選瀏覽前期的內容.在接下來幾期當中,我們將為準備進入大學的同學提供修習化學相關課程的指引,1999 年諾貝爾化學獎的介紹,以及化學分子電腦模擬的簡介等,請各位拭目以待.

揭開人類基因革命的生命之書

謝銘隆 朱延和

國立中正大學化學系暨化學研究所

西元1969年七月，阿姆斯壯(N. Armstrong)在月球跨出了歷史性的第一步，「阿波羅登月計劃」象徵著人類進入太空新紀元；西元2000年六月，人類基因圖譜草圖問世，意味著基因革命時代的來臨，不僅是科學界重要的里程碑，勢必也將帶領著人類邁入另一個基因文明時代。

埋首百年的突破 「DECODING THE BOOK OF LIFE」解讀人類DNA（去氧核醣核酸，deoxyribonucleic acid）三十億個基因密碼，描繪出生命之書的草圖，是由美國國家衛生研究院所領導的跨國性研究集團「人類基因計劃」（Human Genome Project）與民間單位「瑟雷拉基因公司」（Celera Genomics）所共同宣佈的研究成果：解讀出人類百分之九十七的基因密碼，其中百分之八十五並已完成定序，繪出人類基因圖譜的工作草圖。這個成果預期將會改變人類對疾病的了解、預防與治療，使得醫療行為產生革命性的變化。人類對這個科技打造出來美麗新世界的想像也不斷的擴張，人類可能活到1200歲、遺傳疾病可在胚胎早期即可預知等美夢也隨之而來。然而人類企圖解析生命的奧秘迄今已經有很長的歷史：

遺傳訊息傳遞 人體約有六兆個細胞，染色體於細胞核內，人類的染色體有二十三對（每一對一半遺傳自生父，一半遺傳自生母），由雙螺旋的DNA纏繞而成。完整的DNA是由雙股互補而成的，形狀就像扭轉的梯子，因此稱為雙股螺旋，梯子中主架構由磷酸鹽及醣類所組成的長分子鏈，每一個階梯由含氮鹼基相互配對而成。含氮鹼基有：腺嘌呤adenine（A）、胸腺嘧啶thymine（T）、胞嘧啶cytosine（C）、鳥糞嘌呤guanine（G）四種，位於DNA雙股上以A－T、C－G配對，稱為鹼基對。含氮鹼基負責攜帶遺傳訊息，也就是說鹼基區段的排列順序表現出一個基因片段的遺傳密碼，每三個鹼基可以對應表現出一種胺基酸（人體共有二十種胺基酸），胺基酸再依排列順序方式連結起來，造出各式各樣不同功用的蛋白質。而人類基因計劃即在於破解四種鹼基所組成的遺傳密碼：先將染色體標示分成小段的區塊，每一小段加以複製，經過幾千次的定序試驗後，將鹼基對排成現型再與原版的DNA重複比對，然後逐段標示、重新組成小段，得到基因組。一個典型的基因大約包含數千個鹼基，一般估計人類基因組中大約擁有六萬至十萬個基因組，目前所熟知的約一萬組是能夠製造蛋白質的功能性基因，但目前能掌握的大約只有四百至六百個；此外，在三十億個鹼基中，只有大約百分之三負責控制生物體內的生化特性及製造生命的基本機構，其餘無用的DNA可能包含數十億年來的錯誤遺傳訊息。而接下來要再花費兩年左右的時間才能百分之百的完成人類基因圖譜並加以檢視，還必須繼續找出這些資料所代表的意義，找出這些基因製造出來的蛋白質，判斷這些蛋白質在人體內所控制的身體功能。

人類與猩猩在基因組上相異之處約為二%，基因序列一個很重要的問題就是找出人與人之間的不同，而人類基因組彼此之間不同約為零點二%。譬如造成糖尿病(mellitus)或阿茲海默症(老年癡呆症，Alzheimer's Disease)的原因在於細微的密碼差異引起蛋白質生成的改變。這種不同稱為 single nucleotide polymorphisms (SNPs) 「單一核甘酸多態症」即單一系列字母拼組差異，只要多出現幾組拼湊差異就足以改變基因的功能，影響到所製成蛋白質，所以SNPs可以用來辨別每個人的不同，SNP組合可能是大多數常見基因疾病的原因。追蹤基因中造成人與人相互差異的微小變化，可以讓我們了解到為什麼有些人先天便容易罹患癌症(cancer)、糖尿病、關節炎(arthritis)、憂鬱症(melancholia)，有些人則不會。

基因革命 基因圖譜勢必引發醫藥革命，未來人類對基因組的了解將促成新藥的開發，對包含癌症、心臟病、糖尿病、帕金氏森症(Parkinson's disease)、阿茲海默症、禿頭(baldness)、氣喘(asthma)、聾啞(deaf-mutism)等與基因遺傳相關疾病的更先進治療方式，並發展出診斷疾病更佳的技術，甚至預期可將個人獨特的基因密碼紀錄在基因卡中，讓醫師能夠依病人的獨特基因模式來加以開立處方或施行治療，解開人類生老病死的迷團。

相對的，基因解碼的成果也衝擊了整個社會及經濟體系架構，引起各方面的充分討論，科學安全、商業、法律倫理、宗教、生態永續、隱私權等備受爭議的問題上無前例可循，如：政治、經濟基因利益衝突及基因資訊及健康政策的干預及操縱，對於個人的工作、保險、及基因階層歧視所引起的社會問題，甚至是基因篩檢所引發的道德爭議、基因改造引起的生態爭議等等。先進國家已經致力於ELSI(Ethical，Legal，Social Implications 倫理，法律，社會意涵)的科學與社會系統溝通整合，因應基因科學所帶來的基因革命文明時代衝擊。國內在這方面得盡早收集相關資料進行瞭解，期待能及時因應生物醫學發展對人類社會所造成的影響與變遷。

台灣的定位與發展 基因定序屬於技術的層次，基因功能的鑑定研究才是下一個重點，台灣的生物技術發展又該如何定位呢？今年五月份由國內榮總、陽明所組成的研究團隊公布了人類第四號染色體鹼基定序初稿，對於累積相當基礎的肝癌研究有很大的助益。當國外致力於基因研究且各有關注焦點的同時，台灣很難在有限的資源下談國際競爭力，必須進行朝向本土化疾病治療的方向邁進，對國人罹患率極高的鼻咽癌、胃癌、膀胱癌及肝癌等做深入、關聯性研究。此外，規劃投入結合化學、分子生物學、生物醫學、遺傳、資訊、生物晶片、材料等領域的整合性團隊，使資金、人力、資料的運用更有效率，結合產、官、學界，建立順暢的合作模式將研究成果落實在產業上，發展出具前瞻性的生物技術產業。

基因運作巧妙，並非掌握如今的基因解碼順序即可掌控全部的生命奧秘，「解碼」只是工作的第一步，重新的建構、瞭解、操作才是真正的挑戰，接下來的浩大基因工程預估還要一百年的時間才能完全破解。人類的基因科學向前邁進了一大步，而台灣這個正處於科技「開發中」的國家而言，如何保有自己領先的特色及技術？如何正確的規劃國家的生物科技政策？值得好好思考!

夏季美容新知 ──「仿曬」化妝保養品的染膚效果

譯自“Self-Tanners”by Linda Raber, C&EN June 12, 2000 Page 46.

洪加政、林玉雲、黃永吉、于淑君

中正大學化學系暨研究所

由於美容醫學常識的普及化，大多數的人都已知道過度曝曬於陽光下是不健康的，因為過度曝曬陽光會造成曬斑、皮膚過早老化甚至嚴重者導致皮膚癌，所以在盛夏季節追求時尚者，想藉由曬太陽使皮膚達到自然古銅色澤而不使肌膚受到紫外光的傷害是不可能的事情。 因此具有「仿曬」成效的美容護膚及化妝保養品便成為時下的流行聖品。而在歐美等國專責提供「仿曬」的美容醫學或護膚中心更是隨處可見。除此之外在藥局、百貨公司或沙龍中心各式各樣的「仿曬」DIY面霜、幕絲和噴霧劑也是琳琅滿目。這些產品不論是專業用或是DIY式，皆具備相同「仿曬」功用，因為它們含有同樣的有效「仿曬」成分－DHA。

DHA 是一種無毒性的簡單醣類分子。事實上，在高等植物或高等動物體內，DHA 是碳水化合物新陳代謝過程的一種中間產物，而且它代謝的速度比葡萄糖還要迅速。這個含三個碳的酮醣是生物體進行糖酵解時的一種產物。而使用於「仿曬」產品中的DHA通常是利用 Acetobacter suboxydans 將甘油發酵而製成的。

DHA 對皮膚的古銅色染色效應是一個意外的發現。在西元 1950 年中期，美國辛辛那提大學的附屬兒童醫院裡，研究員Eva Wittgenstein，當時正在研究給予患有肝醣儲存不良疾病的孩童大量口服DHA的療效。這些病童必須服用大量的 DHA，並且必須依照體重而服用，每公斤體重施予一公克口服劑量。有時候頑皮的孩童們在服用時會把這些類似糖漿的高濃度DHA口服液吐出來，而不小心濺到皮膚上。數小時之後，濺到藥物的皮膚，產生了古銅色且無法擦拭掉的斑點。Wittgenstein並沒有因此責怪於病童，反而在好奇心的驅駛下，準備了多種 DHA濃度的水溶液，塗抹在自己的皮膚上作測試。結果她將自己的皮膚染成古銅色。然而這些現象是如何發生的呢？

事實上DHA對皮膚的染色現象可以由Maillard 反應求得解答。此反應早被廣泛地應用於食品化學工業裡，其反應過程在 1912 年由 Louis-Camille Maillard 首先發現，因此以其姓氏而命名。該反應主要說明胺基酸在和糖作用之後會產生棕色或金棕色的化合物。這種化學反應常發生於食物加工和儲存過程之中。例如啤酒釀製過程所產生的金棕色澤即是Maillard 反應的結果。

DHA對皮膚產生「仿曬」著色效果的過程是經由DHA和皮膚蛋白質鏈的頭端胺基反應所產生，特別是 DHA 和皮膚蛋白質 arginine的 guanido group 的結合（人類表皮上的蛋白質具有高含量的胺基酸 arginine、lysine、 和 histidine）。在相對的實驗中， Wittgenstein 發現 arginine具有較佳反應性，它在三十分鐘之內就會出現深棕色， DHA 和 glycine、lysine及histidine同樣也會產生棕色至黃色之間的色素，這樣行成的變色物質稱為 melanoidins。Melanoidins 是以 lysine 的側鏈連接至角質層中的蛋白質而形成的聚合化合物，而角質層是人類皮膚最外面且無生命的表層。

DHA 並不會侵入比角質層更深層的地方。藉由膠帶測試 Wittgensten 指出她在自己皮膚塗抹上 DHA溶液之後，並且在未產生變色之前，她在皮膚上貼上一些膠帶再撕下來，她發現在膠帶脫落的地方並沒有被染色的物質生成。

市面上所販售的「仿曬」產品中的DHA濃度大約介於 2 ~ 5 % 之間，而「仿曬」的染色效果與DHA濃度有關，通常越深的染色效果，所需的DHA濃度也就越高。這些藥品在 pH值 4 ~ 6的環境下較為穩定的，當pH 值高於 7時，棕色化合物就會在溶液中生成，所以沒有染色的效果。因此市售的「仿曬」產品多將pH 值調整為 5左右，並且必須保持在陰涼處。因為長時間的加溫即使其溫度僅是略高於體溫，都會影響DHA的穩定性。

近幾年消費大眾對於含有DHA成分的化妝品的接受度有逐漸增加的趨勢，而化妝品工業亦不斷對「仿曬」產品所能提供的染色的色澤進行研發的工作。目前自然棕色或金黃色的色度的產品已被製造出，而這些新產品對於中階膚色的消費群眾可呈現出較為自然的「仿曬」效果。而舊有的產品所呈現的暗橙色系則較適合於皮膚黝黑或白皙的人。而使用更高純度的DHA、並改良DHA的運送媒介，使其對人體皮膚層具有更好的滲透能力、更洽當的pH值適用範圍，以及提高DHA活性使其在低劑量之下，即能快速變顏色等，都是目前「仿曬」產品業者急於改良的目標。

雖然DHA與人體表皮上蛋白質的胺基酸結合後所產生的 melanoidins和曬太陽後皮膚上自然生成的色素成分物質 melanin不同，但是它們卻具備許多相近的性質，例如它們具有非常相似的吸收光譜。這表示 DHA有阻隔太陽光對皮膚造成傷害的功能，然而其防曬效果並不十分顯著，最多相當於SPF（陽光保護係數）2或3的隔離霜，所以消費者仍需塗抹足夠或更高SPF係數的防曬乳液、並使用洋傘或是帽子等遮蔽陽光的東西，以確切保護皮膚免於曬傷。因此在大太陽下消費者若只有使用DHA「仿曬」產品，皮膚曬傷的機率將仍是百分之百。因此想在夏季擁有一身漂亮的古銅色肌膚的時髦追逐者，便可利用含有DHA成分的「仿曬」產品將自己皮膚染成流行顏色，但是千萬記著，「仿曬」過後的皮膚仍是需要的「防曬」。

「碩士在職專班」等於「終身學習」嗎 ?

吉凱明

國立中正大學化學系

「終身學習、繼續教育」是近年來我國教育改革的重點，
也是前教育部長林清江先生一貫的教育理念。因此，兩年前林先生接任部長後，立即推動開辦「碩士在職專班」，中正大學為響應林前校長的政策全力配合，去年幾乎所有的研究所均開辦此項學程。化學系與化工系遂合作開辦「化學與化工碩士在職專班」，筆者亦奉命開授一學期高等無機化學的課，於是有機會親身參與，在此政策實施滿一年之際，提出個人的一些看法。

開辦碩士在職專班政策立意良好，然而宥於台灣的現實環境，實施以後出現一些問題:

一、匆忙開辦，規劃草率 -- 正常的情形，大學科系申請開辦學士、碩士及博士等學程至少需時兩年。碩士在職專班政策從教育部公佈、各大學提出規劃申請到核准實施歷時不到一年，顯得有些過於草率，以致於有許多相關規定不夠周延，例如: 在職專班與一般的碩士獲得相同的畢業證書，因此專班生畢業時必須提出碩士論文，然而專班生以兼職的身份修習30學分的課 (碩士一般生僅需修約20學分)，已經是忙的不可交開，如何再有時間去從事論文研究?

二、學分費高的嚇人 -- 公立大學由於近年來實施校務基金的制度，部份經費需由學校自籌，所以視碩士在職專班為財源籌措的一個途徑。就讀專班所繳的學分費極高(一學分在五千到八千元)，專班學生成為學校的財神，使授課教師在給成績或考慮是否當人時有不小的壓力，相對的也
使得一些有志向學而財力不足的人無法進修。

三、課程與教材規劃不易 -- 首先因為匆忙又是第一次開辦此學程，不少系所對課程並沒有長遠周詳的規劃，一切可說是且戰且走。再者由於專班學生大多數年紀較長，離開學校有很長的一段時間，且年齡層分佈較廣，因此教師授課時不易準備教材。此外，專班學生又各有不同的工作領域，所希望學習的知識有異，這更增加準備適當教材的難度。

四、文憑主義破壞終身學習的美意 -- 由於台灣學位和文憑至上的觀念仍然存在，有些專班學生的唯一目標就是碩士學位，以便在其工作上獲得加薪或升遷，所以只求所修的課程及格，並不重視是否真正學到所需要的知識，完全違背了終身學習的理念。其實並非每個系所都適合開辦在職碩士專班，而且開設專班時應針對相似背景的同學招生及規劃課程，使專班同學既獲得學位又充實了所從事工作相關的知識。以化學系為例，可以為中學及專科教師開設一專班，除了開授化學領域的進階課程外，並針對實驗和電腦教學的設計以及最新化學相關領域(如:材料科學、生物技術、環境科學等)的知識規劃課程，使這些中學及專科教師能提升他們的教學品質，這樣或許能達到終身學習的目的。