化學系

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國立臺灣師範大學化學系座落於公館校區理學院大樓。本系成立於民國五十一年,最初僅設大學部。之後於民國六十三年、七十八年陸續成立化學研究所碩士班和博士班。本系教育目標旨在培養化學專業人才與中等學校自然及化學專業師資,授課著重理論及應用性。本系所現有師資為專任教授25人,另外尚有與中央研究院合聘教授3位,在分析、有機、無機及物理化學四個學門的基礎上發展跨領域之教學研究合作計畫。此外,本系另有助教13位,職技員工1位,協助處理一般學生實驗及行政事務。學生方面,大學部現實際共322人,碩士班現實際就學研究生共174人,博士班現實際就學共55人。

本系一向秉持著教學與研究並重,近年來為配合許多研究計畫的需求,研究設備亦不斷的更新。本系所的研究計畫大部分來自國科會的經費補助。此外,本系提供研究生獎助學金,研究生可支領助教獎學金(TA)、研究獎學金(RA)和部分的個別教授所提供的博士班學生獎學金(fellowships)。成績優良的大學部學生也可以申請獎學金。

本校圖書館藏書豐富,除了本部圖書館外,分部理學院圖書館西文藏書現有13萬餘冊,西文期刊合訂本有911餘種期刊,將近約3萬冊。此外,西文現期期刊約450種,涵蓋化學、生化、生物科技、材料及其他科學類等領域。目前本系各研究室連接校園網路,將館藏查詢、圖書流通、期刊目錄轉載等功能,納入圖書館資訊系統中,並提供多種光碟資料庫之檢索及線上資料庫如Science Citation Index,Chemical Citation Index,Chemical Abstracts,Beilstein,MDL資料庫與STICNET全國科技資訊網路之查詢。

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    GGCCTG 六核苷酸重複髮夾結構的構型多樣性與精胺的特異性結合研究
    (2023) 劉彥妤; Liu, Yen-Yu
    串聯重複DNA序列的異常擴張是神經退行性疾病的主要原因之一。脊髓小腦性共濟失調症第36 型 (SCA36) 是一種遺傳性神經退行性疾病,由 Nop56 基因中 GGCCTG 六核苷酸重複序列的擴張引起,具有肢體不協調和小腦萎縮等症狀。由串聯重複 DNA 形成的二級結構被認為在複製、修復和重組過程中的不正常擴張有關連。多胺為許多細胞過程中,包括 DNA 複製和轉錄,不可缺少的多價陽離子,先前的結晶學研究顯示自然界中豐富的精胺與GGCCTG具有特異性的結合。因此,我們使用單分子螢光共振能量轉移光譜研究 GGCCTG 重複序列的構型動態學以及精胺的影響。我們發現奇數重複的 (GGCCTG)n 折疊成兩個可相互轉換的髮夾結構,分別為具有2-nt與8-nt的垂懸的髮夾結構,而偶數重複的 (GGCCTG)n 折疊成一個穩定的 2-nt 懸垂髮夾。利用滯留時間分析得到在8-nt垂懸髮夾狀態具有兩種FRET無法區分的構型。在精胺的存在下,其中一種滯留時間較長的構型,會形成了緊湊的結構。而在其互補序列 (CAGGCC)5 髮夾構型中未觀察到類似行為,表明精胺與 (GGCCTG)5 髮夾構型具有獨特的結合。
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    利用單分子螢光共振能量轉移光譜觀察蛋白脂質體中鈉離子依賴性膽酸轉運蛋白 (ASBT) 結構研究
    (2022) 林辰蔓; Lin, Chen-Man
    鈉離子依賴性膽酸轉運蛋白 (Apical sodium-dependent bile acid transporter; ASBT) 利用鈉離子濃度梯度來驅動運輸膽酸 (bile acid),在腸肝循環中扮演著回收膽酸的重要角色。當前開發藥物以抑制 ASBT 功能使其減少膽酸的回收,進而降低膽固醇水平被視為具有治療高膽固醇血症(hypercholesterolemia)的潛力。目前對於 ASBT 的了解僅有三種已知的靜態晶體結構,分別為一個與兩個鈉離子及受質結合的向內開口型 (inward-facing),兩個沒有任何鈉離子及受質結合的向內開口型及向外開口型 (outward-facing)。然而,這些靜態結構不足以提供一個完整的運輸機制。我們利用單分子螢光共振能量轉移光譜觀察蛋白脂質體與微胞中 ASBT 的構型轉變。我們在 1:20000 蛋白脂質體的實驗中觀察到在三種條件(鉀離子;鈉離子;鈉離子與牛黃膽酸)下 EFRET 值的分布變化與交替通透機制 (alternating access mechanism) 的推測相近。透過分析不同條件下的跳動種類可以發現,鉀離子以頻繁跳動為主要的行為模式,可進一步證明 ASBT 會在兩種構型之間做轉換,但可能存在著一道屏障;而在鈉離子與同時含有牛黃膽酸的情況下則是以傾向於向內開口為主要的行為模式,此現象可以證明鈉離子與牛黃膽酸主導著構型轉變關鍵,這些研究結果提供了 ASBT 更詳細的運輸機制。
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    hRPA以不同方向性解開三核苷酸重複序列髮夾結構的機制研究
    (2022) 匡玉琪; Kuang, Yu-Chi
    三核苷酸重複序列的異常擴張容易引發許多神經退化性疾病,這些序列容易折疊成二級結構,導致 DNA 在複製、重組及修復時發生滑動,進而造成不正常擴張。人類複製蛋白 A (human replication protein A, hRPA) 是真核生物中含量最豐富的單股 DNA 結合蛋白,其功能在於幫助 DNA 保持在單股的狀態以維持基因組的穩定性,而其亦具有解開部分二級結構的能力並傾向從 5’ 端往 3’ 端解開。在本論文中,我們以 CTG 重複序列所形成的髮夾型結構作為模型系統,並利用單分子螢光共振能量轉移技術探討 hRPA 在不同方向性上對於 CTG 重複序列之解旋機制,首先我們發現人類複製蛋白 A 難以解開對齊髮夾型結構,因此我們將CTG 重複序列的髮夾結構末端,加上一段 10 個核苷酸的單股 DNA,形成突出型髮夾結構 (overhang hairpin),以利 hRPA 的初始結合,而結果顯示 hRPA 只能部分解開 CTG 重複次數較多的髮夾型結構。我們進一步發現當一顆 hRPA 結合 CTG 重複序列後,髮夾型結構會發生滑動重組,導致形成 hRPA 難以解開的對齊髮夾型結構。然而,在單點突變抑制滑動的實驗中,我們卻發現了與 DNA 方向性有關的結果:當 hRPA 從 3’ 端的突出 DNA 入侵時,單點突變會使其更容易形成完全解開結構;但當 hRPA 從 5’ 端的突出 DNA 入侵時,卻發現其結果有著更低比例的完全解開結構。因此,我們提出了一個模型:在hRPA 從 3’ 端往 5’ 端解開 CTG 髮夾型結構,第二顆 hRPA 便會結合上另一股以 5’ 端往 3’ 端的方向進行更進一步的入侵並解開整個髮夾型解構。然而,在另一個相反的方向性中,第二顆的 hRPA 則不傾向結合上另一股以 3’ 端往 5’ 端的方向解開 CTG 髮夾型結構,進而降低完全解開的效率。因此,我們可以總結在不同的方向性中,hRPA 具有不同的解旋機制。
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    精胺對 GGCCTG 重複序列之髮夾型結構的滑動重組動態學的影響
    (2022) 王思蓓; Wang, Si-Bei
    很多神經退化性疾病都是由重複序列異常擴張所引起,包含脊髓小腦萎縮症 36 型 (Spinocerebellar ataxia 36, SCA36)。他是由位於 Nop56 基因中的 GGCCTG 六核苷酸重複序列擴張所造成的,會造成一些神經功能障礙,像是肢體不協調及小腦萎縮等症狀。此類重複序列通常會折疊成二級結構,而這些二級結構被認為是在複製、修復或重組過程中造成不正常序列擴張的原因。我們使用單分子螢光共振能量轉移 (single-molecule fluorescence resonance energy transfer, smFRET) 研究重複次數為 3 ~ 8、11 及位於預突變 (premutation) 範圍的 17 的 (GGCCTG)n 重複序列的結構動態學,以及在精胺 (為與 GGCCTG 具有特異性結合的多電荷胺類) 影響下的動力學。我們發現偶數重複的 (GGCCTG)n 會穩定形成 2 個核酸 (2-nt) 突出髮夾結構 (2-nt overhang hairpin);而奇數重複的 (GGCCTG)n 會在 2-nt 突出髮夾結構與 8-nt 突出髮夾結構 (8-nt overhang hairpin) 之間做轉換,且平衡利於 2-nt 突出髮夾結構。精胺的添加使平衡傾向於 2-nt 突出髮夾結構,使其可能具有更高的重複序列擴張的趨勢。
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    利用單分子螢光共振能量轉移光譜觀察鈉離子依賴性膽酸轉運蛋白(ASBT)的動態變化
    (2021) 古芝綺; Ku, Chih-Chi
    鈉離子依賴性膽酸轉運蛋白(Apical sodium-dependent bile acid transporter; ASBT)利用膜內外的鈉離子濃度梯度驅動運輸膽酸(bile acid),被認為是腸肝循環(enterohepatic circulation)中膽酸回收的第一步。抑制ASBT功能會減少膽酸的回收,導致膽酸的合成增加和降低膽固醇,可用於治療高膽固醇血症(hypercholesterolemia)。目前已有三種ASBT晶體結構被解出,分別為含有兩個鈉離子與一個受質結合的向內開口型(inward-facing),與沒有任何離子與受質的結合時,向內開口型及向外開口型(outward-facing)。然而,這些靜態結構不足以提供一個完整的運輸機制,我們利用單分子螢光共振能量轉移光譜觀察蛋白脂質體與微胞中ASBT的構型動力學。我們在實驗中觀察到可互相轉換的三種構型,其狀態轉變之動力學受溶液中的離子與膽酸濃度影響,可以提供膜蛋白更詳細的運輸機制。
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    三核苷酸重複序列之髮夾型結構阻礙 hRPA 蛋白的解旋能力
    (2021) 陳思妤; Chen, Szu-Yu
    三核苷酸重複序列與許多神經退化性疾病有關,其容易摺疊成二級結構,常會造成DNA滑動,進而導致DNA的異常擴增。人類複製蛋白A (human Replication Protein A, hRPA)為真核生物當中最豐富的單股DNA結合蛋白,在複製、修復、重組期間,可以避免瞬時存在的單股DNA重新黏合回雙股DNA,或是形成二級結構。hRPA亦有能力解開髮夾型結構與G-四聯體結構等二級結構,以維持基因組的穩定性。我們使用CTG重複序列之髮夾型結構作為模型系統,以單分子螢光共振能量轉移(single-molecule fluorescence resonance energy transfer)技術來探討hRPA對三核苷酸髮夾型結構的解開能力。我們的結果顯示hRPA可以接近完全地解開長度為可容納一顆hRPA的CTG重複序列之髮夾型結構。但出乎意料地,當髮夾型結構的長度越來越長,hRPA只能部份地解開髮夾型結構。因此我們推測CTG重複序列之髮夾型結構會快速地發生滑動,並且重新構型,形成阻礙hRPA進一步入侵的對齊髮夾型(blunt-end hairpin)結構。而當我們使用抑制髮夾型結構滑動的突變方法進行實驗後,發現hRPA可以完全地解開CTG重複序列之髮夾型結構。因此證明三核苷酸重複序列的滑動阻礙了hRPA的結構解旋能力,而可能導致此類序列的基因不穩定性。
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    建立以單分子螢光顯微技術研究Shugoshin-1蛋白與潛力治療用胜肽間動態交互作用的平台
    (2021) 陳彥霖; Chen, Yan-Lin
    蛋白質-蛋白質交互作用(Protein-Protein interactions, PPIs)促進大部分生物機能,蛋白質區域與區域之間的交互作用(Domain-Domain interactions, DDIs)引導功用性蛋白在特定區域作用,交互作用必須通過蛋白質的二級結構進行,二級結構中螺旋結構穩定且單純,探討螺旋結構之間的交互作用能夠得到更精確的結果。Shugoshin 1 (Sgo1)和蛋白磷酸酶2A (PP2A)之間的結合研究說明Sgo1募集PP2A在保護姊妹染色體中有重要的作用。為了發展一系列抗微生物胜肽,我們擷取Sgo1-PP2A交互作用的片段,將目標Sgo1胜肽和DNA交聯,並經由與生物素標記的互補DNA結合而固定在單分子檢驗平台上,並在緩衝溶液中添加螢光標記的游離潛力治療用胜肽進行交互作用,利用單分子螢光顯微鏡研究胜肽-胜肽交互作用動力學。和傳統的方法比較,需要的胜肽濃度相對較低(< 100 nM),使我們可以對潛力治療用胜肽進行更廣泛的篩選。
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    AGG 插入對於導致 X 染色體脆折症的 CGG 三核苷酸重複序列形成的髮夾型結構與結構動態學的影響
    (2020) 鄭凱駿; Cheng, Kai-Chun
    染色體脆折症是一種常見的遺傳神經性疾病,其發病原因與人體中 FMR1 中 CGG三核苷酸重複序列不正常擴張有關。在正常個體中,CGG 重複次數低於54次,並會穩定地傳給子代;發病的個體中,CGG 重複次數大於200次,造成 FMR1 基因啟動子甲基化區域過多,使腦部無法正常生成 FMRP (Fragile X Mental Retardation 1 fusion protein),進而影響智力上的發展。 正常人體中,每8到11個CGG序列存在著1個 AGG 的中斷,且約 65%個體中的 FMR1 5’UTR 的 CGG 重複序列中含有兩個AGG的中斷,但AGG 序列對於 CGG 重複序列的影響仍尚未釐清。因此我們利用單分子螢光共振能量轉移光譜,配合圓二色性光譜,對於 CGG 重複序列與插入 AGG 的 CGG 重複序列做一系列的結構與結構動態學的研究。研究結果顯示富含 CGG 的重複序列在生理相關鹽類濃度下,難以形成鳥嘌呤四聯體,CGG 重複序列的主要構型為接近對齊之露出1個核苷酸的突出的髮夾型結構,透過時間解析發現奇數重複次數的CGG 重複序列存在髮夾型結構的滑動現象,但以後的序列以露出1個核苷酸的突出髮夾型結構為主。當插入一組 AGG 後的序列以露出1個及3個核苷酸的突出髮夾型結構兩種構型為主,與 CGG 重複序列相同都有髮夾型結構的滑動,但平衡向露出3個核苷酸的突出髮夾型結構偏移。插入兩組 AGG 後依中間的 CGG 重複次數分成奇數間隔組與偶數間隔組,奇數間隔組以露出3個核苷酸的突出髮夾型結構為主,偶數間隔組則有露出1個及3個核苷酸的突出髮夾型兩種主要結構,但無論是奇數間隔組或是偶數間隔組皆沒有觀察到構型之間的轉換。 根據本實驗室先前提出的擴張理論,CGG 重複序列傾向形成對齊或接近對齊髮夾型結構,較易進行不正常的擴張而變成更長的序列,而髮夾結構的滑動重組可使序列在擴張後回到對齊或接近對齊髮夾型結構而繼續擴張形成循環。而本篇論文發現,插入一組 AGG 後序列構型由長突出髮夾型結構轉變成接近髮夾型結構的速率降低,減緩了序列的擴張,插入兩組 AGG 後序列的構型則是穩定不易產生滑動的,使序列在複製時更不會被擴張,因此我們認為 AGG 插入對於結構動態滑動至利於擴張的對齊髮夾型結構動態平衡影響,是抑制 CGG 重複序列擴張的可能原因。
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    鹽類濃度對神經退化性疾病相關的 CAG 與 CTG 重複序列之DNA髮夾結構動態轉換的影響
    (2020) 王鴻仁; Wang, Hong-Ren
    三核苷酸重複序列 (Trinucleotide repeats; TNR) 的不正常擴張會引發多種神經退化性遺傳疾病,其中有許多疾病是由 CAG/CTG 重複序列不正常擴張引起的,例如亨丁頓舞蹈症 (Huntington’s Disease)。由於 TNR 會形成髮夾結構且具有構型間滑動重組的特性,使 DNA 在複製、修復和重組過程中發生錯誤而造成序列擴張。本研究利用單分子螢光共振能量轉移光譜,以氯化鈉濃度為操縱變因,探討奇數重複次數 (CAG)n 與 (CTG)n 序列之動態結構轉換。在低氯化鈉濃度下,可觀察到 (CAG)n 序列傾向形成尾端單組 CAG 序列突出、由四個核苷酸組成環的懸垂髮夾結構,且可能因髮夾結構尾端不穩定而造成其部分打開,但並未觀察到兩端對齊、由三個核苷酸組成環的鈍端髮夾結構。而在較高氯化鈉濃度下,除了使 (CAG)n 序列髮夾結構局部打開之速率常數明顯下降,還出現類似於 (CTG)n 序列之懸垂與鈍端髮夾結構動態結構轉換。我們認為鈉離子可以中和 DNA 磷酸根的負電荷,使鹼基配對作用力更穩定,因此氯化鈉濃度越高,(CAG)n 序列髮夾結構越不容易打開。另外由於 A-A 錯誤配對較 T-T 錯誤配對不穩定,在低氯化鈉濃度下 CAG-CAG 配對無法支撐由三核苷酸組成且較不穩定的環狀結構,因此較不傾向形成鈍端結構,而隨著氯化鈉濃度越高,CAG-CAG 配對穩定性越高,使其有機會生成鈍端結構,因此可觀察到類似於 (CTG)n 序列的動態結構轉換,且在 (CTG)n 序列中亦觀察到當氯化鈉濃度增高,構型間的平衡偏向鈍端結構的現象。因此我們結論 TNR 髮夾結構的莖 (stem) 穩定性可由氯化鈉濃度調控,而影響其動態髮夾構型重組。
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    以單分子螢光顯微術研究C9ORF72基因中連續六核苷酸重複序列與其轉譯產物毒性聚二肽間具專一性的交互作用
    (2020) 連冠豪; Lien, Kuan-Hao
    人類第九對染色體第72閱讀框架(C9ORF72)內含子中的GGGGCC六核苷酸序列重複擴增是最常見導致肌萎縮性脊髓側索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS)與額顳葉失智症(Frontotemporal dementia, FTD)的原因,正常個體中通常只具有2~23個GGGGCC重複擴增,而此二種疾病的患者卻具有上千個GGGGCC重複擴增。此類重複序列常引起重複序列關聯非AUG轉譯(Repeat associated non-AUG translation, RAN translation),可在缺少AUG起始密碼子的情況下,由有義股與反義股的全部閱讀框架轉譯出聚二肽產物。由於在無AUG啟始密碼子下易發生框架轉移(Frameshifting),因此GGGGCC可轉譯出(GA)、(GP)、(GR)三種聚二肽,而其反義股亦可轉譯出(PA)、(PR)、(GP)三種聚二肽。聚二肽中若含精氨酸(R)的具有生物毒性,為毒性聚二肽,且(GR)與(PR)皆可藉由精氨酸殘基穿透細胞膜。外源添加的(GR)、(PR)毒性聚二肽可被培養細胞吸收,引起RNA轉錄過程產生缺陷,進而導致細胞凋亡。亦有證據顯示(GR)、(PR)可進入細胞核與DNA作用造成DNA損傷。因此瞭解此二種聚二肽分子與其編碼股的交互作用成為重要的議題。 本實驗室先前研究利用單分子螢光能量共振轉移光譜發現poly-GR可使其編碼股(GGGGCC)3形成的髮夾結構在初加入時瞬間部分解開。在本論文中我們藉由單分子螢光能量共振轉移技術發現poly-PR亦可導致其編碼股CCCCGG形成的髮夾結構瞬間部分解開,此二交互作用皆具有DNA序列專一性。為了瞭解poly-GR與(GGGGCC)3發生何種交互作用,我們利用螢光標記的(GR)25即時觀測其交互作用。我們發現螢光標記的(GR)25立即與(GGGGCC)3結合,且在數十分鐘後觀察到高亮度的螢光聚集。而由時間解析圖譜中發現總螢光強度呈階梯狀上升,發現poly-GR具特異性地聚集在(GGGGCC)3上。 關鍵字:肌萎縮性脊髓側索硬化症、額顳葉失智症、C9ORF72、重複序列關聯非AUG轉譯、單分子螢光共振能量轉移、毒性聚二肽