生化科技系杨启伸副教授的“结构与感光生物实验室”傅煦媛博士和中研院副院长王惠钧实验室的许敏峰博士，经多年努力终于解出了台湾第一个七穿膜的蛋白质结构。这除了是国立台湾大学参与解出的第一个膜蛋白质结构，也是台湾第二个多穿膜蛋白质结构，或第三个膜蛋白质结构。
杨启伸老师指出，这次解出此蛋白质让科学界第一次了解到，这种以单一光子为能量来源就能进行质子输送，间接生产生物能的膜蛋白质，如何可以克服外界的不利环境仍进行功能。此项重大成果在如何设计和利用这类蛋白质产生能量上，可以使产生能量的潜能提高预计达 2 至 10 倍，是此类蛋白质被发现四十年来重大的进展。
这一个紫色的蛋白质是大自然原生设计，用来将光能转成生物能的巧妙装置，现仍广泛存在于一些喜欢极端环境菌类中，包括台湾南部的盐田中的嗜盐古生菌。当有适合的光照波长（550 nm）菌体就会利用此光能来驱动此一蛋白质把胞内质子打出胞外，这些质子就会透过位于其旁的另一组蛋白质（ATP synthase）轻易地借着浓度差，让这些质子再度流入胞内。而在质子流入胞内的过程中，每三个质子就能促进一个 ATP 高能分子的合成，就像是推磨一般非常有效率、也令人赞叹。于是利用这类蛋白质，菌体可以高枕无忧地边享受阳光，边源源不绝产生 ATP。这类的感光蛋白质叫“菌型视紫蛋白质”（Bacteriorhodopsin, BR）。
在此一研究中发现有一个独特的此类的蛋白质（HwBR），其稳定性特别强，可以在别的同类蛋白质不再能产生能量的环境之下继续轻松产能。由结构中看到，原因是此蛋白质面对环境的那端多出一个特别设计的“盖子”，并且有两个氨基酸特别地将此盖子“粘”牢，借此将蛋白质内部和外在环境做出隔绝。
这个发现不仅解释了为何这个 HwBR 蛋白质可以比起其它同类的 BR 蛋白质，不怕外在环境已有高质子浓度（即酸性环境）却仍可以有效率地把质子打出胞外。也因为发现了这个盖子，为科学界在此类 BR 蛋白质分出一个新群组。这个发现也对往后在蛋白质的设计工程有深刻的启发意义。
菌型视紫感光蛋白质（Microbial rhodopsin）是有颜色的。每一个都会独钟于吸收某个光波长而被活化，也各自有不一样的生理作用。可在死海中唯一能幸存的嗜盐古生菌（Haloarcular marismortui）体内的六个感光蛋白质，由杨启伸老师实验室于 2010 年所发表。
本图为可在死海中唯一能幸存的嗜盐古生菌（Haloarcular marismortui）体内的六个感光蛋白质。由杨启伸老师实验室于 2010 年所发表。
事实上，任何一个独特膜蛋白质结构被解出都是科学上重大的突破。膜蛋白质之研究是高成本和高难度的。世界百年来至 2015 年 12 月 8 日为止已发表的十一万四千个左右的结构档案中，仅有 576 个不一样的膜蛋白质。膜蛋白质结构之研究难度可见一斑。
为何研究膜蛋白质结构此难呢？因为要解结构需要大量蛋白质，但七穿膜蛋白质很难大量取得。台大的杨启伸老师实验室和中研院王惠钧副院长实验室，对七穿膜的大量表达（用菌体生产纯化之意）有重大突破，因此才能解出其结构。并且其中的一个大量表达系统向台湾及美国申请专利，今年已获得两国专利局之批淮。
除此之外，为何解出七穿膜蛋白质这么重要？这是一个可能已在地球存在三十亿年的蛋白质。这类蛋白质至今仍广泛地为各式生物以及人类身体所利用，举凡视觉、听觉、嗅觉、脑神经以及甚多荷尔蒙的作用，都是这类七穿膜蛋白质来负责的。这可由目前市面上药物有一半以上都是针对七穿膜的 GPCR 看出。2012 年的诺贝尔化学奖的受奖人之一就是 Brian K. Kobilka，以表扬他在 GPCR 七穿膜蛋白质的研究贡献。
据了解，台湾目前尚有中研院马彻博士解出一个单穿膜蛋白质结构；清大孙玉珠老师则在 2012 年解出台湾第一个多穿膜蛋白质。但七穿膜蛋白质这次却是第一个。
这个结构恰巧将于今年（2015）圣诞节当天出版于著名的生物生理化学权威期刊 Journal of Biological Chemistry，供公众存取的版本已可下载。
