Nitrogenous Compound Metabolism
胺基酸的分解途
Tyrosine 和 Phenylalanine 的代謝途徑與衍生物
Tryptophan(色胺酸)
口訣:3T 2L I P 為生酮性
(20 種胺基 酸裡就只有 3 個 T 開頭的，2 個 L 開頭 的，1 個 I 開頭的，2 個 P 開頭的，
記得生酮性的 P 是 phenylalanine)，
沒有在口訣裡的就是生醣性
20 種氨基酸會藉由六個不同的中間產
物進入檸檬酸循環，
生酮性:代謝產物為 Acetoacetyl-CoA或 Acetyl-CoA，
會再轉變為 Ketone bodies
生醣性:代謝產物為 α-Ketoglutarate、
Succinyl-CoA、Fumarate、Oxaloacetate、 Pyruvate 五種形式，經 TCA cycle 形成 Glucose
胺基酸按照最後分解之後的走向形成了兩大類，
一種是產生醣類(Glucogenic)，
一種是產生酮 類(Ketogenic)
[重要]
20 種胺基酸的含碳骨架
會利用 6 種中間物
(Acetoacetyl-CoA 或 Acetyl-CoA、α-Ketoglutarate、 Succinyl-CoA、Fumarate、Oxaloacetate、Pyruvate)
進入檸檬酸循環
*這 6 個中間物，20 種胺基酸分別是利用哪一個中間物進入檸檬酸循環代謝，要做好配對記好
Glucogenic:
從 tryptophan 變成 alanine，之後再進一步變成 pyruvate
Ketogenic:
從 tryptophan 變成 acetoacetyl-CoA 之後再進一步變成 acetyl-CoA
衍生物
Indoleacetate(吲哚乙酸)
Nicotinate(Niacin)
Serotonin（tryptophan-BH4-PLP-serotonin）
維他命 B3
為製造 NAD+和 NADP 的原料
若缺乏菸鹼酸，則會造成 Pellagra(癩皮病)
食用太多可能造成 homocysteine 增加，增加動脈硬化的機率
能抗壓力與情緒管理能力
快樂荷爾蒙
黑暗下可以轉變成 Melatonin(褪黑激素)
是 pineal gland(腦內松果腺體)所製造的荷爾蒙
黑色素(Melanin)
兒茶酚胺(Catecholamines)
甲狀腺素(Thyroxine)由 Tyrosine 和碘組合而成
Tyrosine 和 Phenylalanine 結構只差一個 OH，因此代謝路徑相同
生醣性(Glucogenic):
Phenylalanine → Tyrosine → Fumarate
生酮性(Ketogenic):
Phenylalanine → Tyrosine → Acetoacetyl-CoA → Acetyl-CoA
Tyrosine → Dopa → Melanin，
這裡 Trp 轉 Dopa 使用酵素為 Tyrosinase，只存在於黑色素細胞
缺乏會造成白化症(Albinism)
一種先天遺傳疾病，患者因為缺乏 Tyrosinase 導致 Tyrosine 無法生成黑色素
對光線十分敏感，容易得皮膚癌
反過來說，攝取 Tyrosine 或 Phenylalanine 含量高的食物(如九層塔、青醬)再去曬太陽更容易變黑，因為有較多的黑色素生成
前驅物為 Tyrosine 跟 Phenylalanine
人體內共有四種:
多巴(Dopa)，多巴胺(Dopamine)，正腎上腺素(Norepinephrine)，腎上腺素(Epinephrine)
合成順序:Dopa → Dopamine → Norepinephrine → Epinephrine
合成過程中牽扯到三種輔酶:BH4、PLP、AdoMet
能將 Tyrosine 轉成 Dopa 的有兩大酵素:
Tyrosinase、Tyrosine hydroxylase
a. Tyrosinase 存在於黑色素細胞，用於 Tyrosine → Dopa → Melanin 的過程
b. Tyrosine Hydroxylase 出現在神經類細胞，用於Catecholamines 的合成
代謝路徑
苯酮尿症(PKU, Phenylketonuria)
缺乏 Phenylalanine Hydroxylase
會導致苯酮尿症(Phenylketonuria)
缺乏 Homogentisate 1,2-dioxygenase 會導致黑尿症(Alkaptonuria)
黑尿症(Alkaptonuria):皮膚有黑斑、眼睛有黑點、背痛、關節炎
Tyrosine 代謝路徑的異常疾病，
都會導致高酪胺酸血症(Tyrosinemia)(除了黑尿症)
例如缺乏 Tyrosine aminotransferase、p-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase、 Fumarylacetoacetase
HGD 基因異常導致
因缺乏 Homogentisate 1,2-dioxygenase 而導致的 Tyrosine 代謝異常疾病
造成黑尿酸(Homogentisate)堆積，若溶在尿中，會造成黑色的尿液，所以名為黑尿症
病因:
Phenylalanine 轉換到 Tyrosine 的過程中缺乏特定酵素，
導致過多的 Phenylalanine 無法被正常代謝，
轉而生成有神經毒的物質
關鍵酵素:
Phenylalanine Hydroxylase 和 Dihydrobiopterin Reductase
缺乏 Phenylalanine Hydroxylase 或 Dihydrobiopterin Reductase 的代謝路徑
Phenylalanine Hydroxylase:
在 Phenylalanine 上加上 OH 轉變成 Tyrosine，
需要 BH4 當作輔酶
Dihydrobiopterin Reductase:將用完的 BH4 重新還原回活化態
只要缺乏上述兩種缺任何一種酵素就會導致 PKU
Phenylpyruvate 及衍生物 Phenylacetate 和 Phenyllactate
皆具有神經毒性
這些產物都有苯環，讓尿液散發有機液體的味道
代謝物進入大腦會造成智能障礙(Mental Retardation)，
治療方式為減少攝取 Phenylalanine
Phenylalanine 會被轉胺(輔酶 PLP)，
剩下含碳骨架 Phenylpyruvate
Amino Acids to α-Ketoglutarate
Histidine 代謝成 Glutamate 過程中的
N5-Formimino H4 folate 會參與 nucleotide 合成
衍生物
Arginine 藉由 arginase 形成 Urea 與 Ornithine。
Ornithine 亦可變回 Glutamate
Arginine、Glutamine、Histidine、Proline
會轉成 Glutamate，
再變成 α-Ketoglutarate 進行檸檬酸
循環(如左下圖)
Glutathione
γ-aminobutyric acid(GABA)
Polyamines
Nitric Oxide:Arginine 的衍生物
Histamine(組織胺)
結構(必考)
重要功能
為一個 tripeptide
Glu-Cys-Gly
去除自由基(ROS)
在鹼性條件下協助蛋白質形成雙硫鍵，且不需要酵素
去毒性
γ-glutamyl cycle功能:把細胞外的胺基酸帶到細胞內
抑制性的神經傳遞物
肌張力(muscle tone)的調節
glutamate 在 PLP 協助下脫去一分子的 CO2 形成
Glutamate 本身也是一個神經傳導物質。
在腦創傷時分泌，使創傷更嚴重
人體內主要的 Polyamines 有 Spermidine 與 Spermine 兩種。
前驅物為 Ornithine，
Ornithine 由Glutamine 或 Arginine 轉變而來
由 S-adenosylmethionine 提供碳骨架(其通常提供甲基，此為例外)
功能:穩定 DNA 結構
補充:Spermidine 常見於精子中，被認為可能有抗氧化、消除皺紋的功能
含有大量 Arginine 的食物
有巧克力、花生、核桃或，瘦肉牛排
Sildenafil(Viagra，威而鋼)
透過 NO synthase(NOS)
形成 citrulline 與 Nitric oxide
血管擴張機制
Viagra 就是抑制 PDE5 作用，維持 cGMP 的濃度，使血管擴張
GC 將 GTP 轉成 cGMP
cGMP 使血管擴張
NO 進入平滑肌細胞，活化 GC (guanylyl cyclase)
過多的 cGMP 會被 PDE5 水解成 GMP，血管恢復原狀
血管內皮細胞中的 Arginine 藉由 NOS 產生 NO
Histidine 在 PLP 的協助下脫去一分子的 CO2 形成
代謝成 Succinyl-CoA 的胺基酸
Propionyl-CoA 經過 propionyl-CoA carboxylase
(輔酶:Biotin)形成 Methylmalonyl-CoA
Methylmalonyl-CoA 經過 methylmalonyl-CoA mutase
(輔酶:Vit B12)形成 Succinyl-CoA
四種胺基酸分解代謝皆會形成 Propionyl-CoA
甲基丙二酸血症
(Methylmalonic acidemia，簡稱MMA)
可以變成 Succinyl-CoA 的四種胺基酸分別為
Isoleucine、Methionine、Threonine、Valine(口訣: IMTV）
體染色體隱性遺傳的疾病
病患體內缺乏 methylmalonyl-CoA mutase
或是此酵素的輔酶 Vit B12
四種胺基酸(IMTV)代謝異常，
導致體內甲基丙二酸堆積
缺乏 B12 的患者可用注射 B12 治療;
若為methylmalonyl-CoA mutase 缺乏，要靠飲食控制
代謝成 Fumarate 的胺基酸:Phenylalanine、Tyrosine
代謝成 Oxaloacetate 的胺基酸:Asparagine、Aspartate
分支鏈狀胺基酸
(Branched-Chain Amino Acids，簡稱 BCAA)的代謝
Isoleucine、Leucine、Valine 為 BCAA
BCAA 代謝異常
(缺乏 branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex)會導致楓糖漿尿症Maple syrup urine disease(MSUD)
BCAA 不在肝臟分解
BCAA 大多分子小且非極性，
可自由穿過細胞膜。
因此 MSUD 會因為神經系統被破壞導致智能障礙，
甚至在嬰兒時期死亡
人體無法自行合成 BCAA