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