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Nitrogenous Compound Metabolism - Coggle Diagram
Nitrogenous Compound Metabolism
胺基酸的分解途
Tyrosine 和 Phenylalanine 的代謝途徑與衍生物
黑色素(Melanin)
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
兒茶酚胺(Catecholamines)
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
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
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
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
苯酮尿症(PKU, Phenylketonuria)
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
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
缺乏 Phenylalanine Hydroxylase 或 Dihydrobiopterin Reductase 的代謝路徑
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
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
Tryptophan(色胺酸)
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)
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
Serotonin(tryptophan-BH4-PLP-serotonin)
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
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
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
Glutathione
結構(必考)
為一個 tripeptide
Glu-Cys-Gly
重要功能
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
γ-aminobutyric acid(GABA)
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
Polyamines
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
Nitric Oxide:Arginine 的衍生物
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)
血管擴張機制
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
Viagra 就是抑制 PDE5 作用,維持 cGMP 的濃度,使血管擴張
透過 NO synthase(NOS)
形成 citrulline 與 Nitric oxide
Histamine(組織胺)
Histidine 在 PLP 的協助下脫去一分子的 CO2 形成
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)
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)
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
可以變成 Succinyl-CoA 的四種胺基酸分別為
Isoleucine、Methionine、Threonine、Valine(口訣: IMTV)
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