氮的代謝(nitrogen metabolism): 降解反應(degradation) 胺基酸(amino acid)中的氮會經由脫氨反應(deaminatuon reaction)轉成氨(ammonia)因為氨是具有毒性的物質，動物體必需將其排出體外，排出方式依物種的不同，可分為三大類:

1 排銨離子(ammonotelic)的方式。水生動物: 魚等。 2 排尿素(ureotelic)的方式。陸生脊椎動物: 人、鼠等。 尿素在兩種情況下會大量合成: 一、食物中含大量的蛋白質 二、長期的饑餓導致蛋白質大量消耗 3 排尿酸(uricotelic)的方式。鳥類與陸棲爬蟲類。

氨(ammonia)溶於水會形成ammonium結構式NH4+ 尿素(urea)結構式 尿酸(uric acid)結構式

尿酸、尿素和氨是最常見的含氮廢棄物分子。

Amino acid catabolism(胺基酸的分解): 胺基酸除去胺基(amino group)後其碳骨架(carbon skeletons)會分解成七種代謝產物: acetyl-CoA、acetoacetyl-CoA、pyruvate、-ketoglutarate、succinyl-CoA、fumarate與oxaloacetate

1胺基酸(amino acid)分解產生acetyl-CoA、acetoacetyl-CoA者稱Ketogenic因為它們能轉成fatty acid 或ketone bodies。 2胺基酸分解能產生pyruvate 或檸檬酸循環的中間物(citric acid cycle intermediate)者稱Glucogenic因他們可以進行gluconeogenesis。

去胺作用(Deamination): 除去胺基酸的-胺基(-amino group –NH2)必需包含兩種生化反應: 1轉胺作用(transamination) 2氧化去胺作用(oxidative deamination)

Transamination:胺基酸上的-胺基經酵素催化轉給-keto acid。 肌肉細胞中: 一些胺基酸將-amino group轉給-ketoglutarate形成glutamate 反應式: 酵素為glutamate transaminase -ketoglutarate + L-amino acid L-glutamate + -keto acid 雙箭號表示此反應為可逆反應

Glutamate再將胺基轉給pyruvate形成alanine與-ketoglutarate 反應式: 酵素為alanine transaminase pyruvate + L-glutamate L-alanine + -ketoglutarate 經由alanine cycle，L-alanine擴散至血液，再由血液流至肝臟(liver)。

肝臟細胞中: 將血液送來的L-Alanine的胺基再轉給-ketoglutarate形成L-Glutamate與Pyruvate，催化酵素為alanine transaminase。 (二)氧化去胺作用(oxidative deamination) L-glutamate上的amino group經由氧化作用而除去，並產生ammonium。

In liver: 在肝臟細胞中的glutamate會經酵素作用形成NH4+與-ketoglutarate，NH4+經尿 素循環(urea cycle)合成urea排出。 反應式: 由L-glutamate dehydrogenase催化

In extrahepatic tissue: 在非肝臟組織中產生的NH4+會與glutamate作用形成glutamine。 反應由glutamine synthetase催化 Glutamine擴散出組織，再經血液流至肝臟，肝臟再將glutamine水解成glutamate與NH4+。反應 由glutaminase催化

總結: 非肝臟組織中，胺基酸分解所產生的amino group是透過L-alanine與L-glutamine輸送至肝臟，在肝臟中再轉成glutamate，然後再進行氧化去胺作用(oxidative deamination)產生-ketoglutarate與NH4+。

在組織中的一些酵素也可以產生NH4+ 1 L-amino acid oxidase:在肝、腎中可產生少量的NH4+ 。FMN是輔助因子 2 Serine與threonine dehydrogenase:這個酵素也位於肝臟中，同時需Vit B 6當輔助因子 3 Bacterial ureas:肝臟中的NH4+ 有25%是由大腸中的細菌產生。細菌的urease能水解食物代謝後產生的urea形成NH4+ 。

尿素循環(urea cycle): 發生在陸生脊椎動物的肝臟中，代謝NH4+的途徑(pathway)，是將NH4+轉成較低毒性的尿素(urea)然後排出。是由Hans Krebs與Kurt Henseleit發現。 總結:總結: NH4+經由urea cycle生成urea擴散至血液中，然後經腎臟排出尿中。在排尿素的動物中，尿素只在肝臟合成，因為arginase只大量存在肝臟中。

圖15.1 尿素循環

Krebs bicycle: Urea cycle與Citric acid cycle是相接的，在urea cycle中fumarate的合成是非常重要的，因為它使得兩個循環接連在一起。

圖15.2 克氏雙循環

尿素循環的調控(control of the urea cycle) carbamoyl phosphate synthetase I is also allosterically activated by N-acetylglutamate. N-acetylglutamate是acetyl-CoA與Glutamate合成的產物。是細胞中glutamate(NH4+是由glutamate去胺基產生)濃度的指示劑。

尿素循環的遺傳性缺陷會導致高氨血症及腦部的損害。 精胺琥珀酸酉每缺乏: 膳食中提供過量的精胺酸，及限制總蛋白質的攝取量。以精胺琥珀酸代替尿素排出。 胺基甲醯磷酸合成脢和烏胺酸轉甲醯脢的治療。會造成glycine與glutamine大量累積。補充大量苯甲酸代謝甘胺酸。補充大量苯乙酸代謝glutamine。

胺基酸碳架的分解(catabolism of amino acid carbon skeletons)

1生酮性的胺基酸(ketogenic amino acid) 生酮性胺基酸 isoleucine 異白胺酸 leucine 白胺酸 tryptophan 色胺酸 lysine 離胺酸 phenylalanine 苯胺基丙酸 tyrosine 酪胺酸

2生糖性的胺基酸(glucogenic amino acid) (一)形成pyruvate: alanine 胺基丙酸 glycine 甘胺酸 cysteine 半胱胺酸 serine 絲胺酸 threonine 酥胺酸 tryptophan (二)形成fumarate: tyrosine 酪胺酸 phenylalanine 苯丙胺酸

圖15.4 酥胺酸、甘胺酸、絲胺酸、半胱胺酸和丙胺酸之異化路徑

圖15.5 離胺酸、色胺酸、酪胺酸、苯丙胺酸和異白胺酸的異化路徑

(三)形成succinyl-CoA: isoleucine 異白胺酸 methionine 甲硫胺酸 threonine 酥胺酸 valine 纈胺酸 (四)形成-ketoglutarate: glutamate 麩胺酸 glutamine 麩胺酸醯胺 histidine 組織胺酸 proline 脯胺酸 arginine 精胺酸

圖15.6 轉換苯丙胺酸至酪胺酸

圖15.7 精胺酸、脯胺酸、組胺酸、麩胺酸和麩醯胺酸異化代謝路徑

(五) 形成oxaloacetate: aspartate 天門冬胺酸 asparagine 天門冬醯胺 總結:20個胺基酸中 純生酮性: leucine 具生酮性與生糖性: isoleucine、lysine、phenylalanine、tyrosine與tryptophan。 純生糖性: 其餘14個胺基酸。

圖15.8 甲硫胺酸、異白胺酸和纈胺酸之異化代謝路徑

圖15.9 轉硫作用路徑

細胞內蛋白質以不同的速度分解 蛋白質的分解與再合成，稱為蛋白質轉換(turnover)。 例如調節代謝的蛋白、訊息傳遞路徑的蛋白分解速率快。 有幾種疾病與蛋白質聚集有關。如Parkinson diasease、Huntington disease。

蛋白質的轉換受到嚴格的調控 泛素(ubiquitin)是一個存在於所有真核細胞內的小蛋白(8.5 Kda), 其作用是標記須要被摧毀的蛋白。 三種酵素參與了泛素與目標蛋白間的連結。E1、E2、E3。 細胞質蛋白的半衰期很大程上取決於其胺基端殘基。例PEST

E3蛋白對於細胞正常運作的重要性 E3的缺陷，會導致蛋白的累積，會造成一些疾病。 例幼兒或早發性的帕金森症、Angelman綜合症，嚴重的神經疾病。 E3的缺陷，會導致一些蛋白的摧毀，會造成一些疾病。 例HPV的一個編碼蛋白，能激活某個特定E3蛋白。

蛋白酉每體消化被泛素標籤的蛋白 一個稱為proteasome或26S的proteasome大型蛋白酵素體。 消化泛素化的蛋白質，由ATP趨動的多次單元蛋白酉每。

圖15.A 蛋白質之泛醌化作用

Diseases of amino acid catabolism:胺基酸分解異常的疾病 1尿黑症(Alcaptonuria): 是phenylalanine與tyrosine分解途徑中的一個酵素homogentisate oxidase缺乏所引起，造成中間產物homogentisate堆積，是黑尿的元兇，但並無致命性。

另一個與苯丙胺酸分解代謝有關的遺傳疾病是黑尿症（alkaptonuria），此病症是尿黑酸雙加氧酶（homogentisate dioxygenase）有缺陷（圖18-23）。雖然有大量的尿黑酸排出，且氧化後會使尿液變黑，但與苯丙酮尿症相比，黑尿症的影響較不嚴重，產生的不良影響也較少。 黑尿症患者容易產生某種關節炎。黑尿症有特殊的歷史定位。Archibald Garrod 在 19 世紀初期發現這種症狀是具遺傳性的，追查其原因發現是由於單一酶的缺乏。 P.740 第 18 章 胺基酸氧化和尿素的生成

表18.2 P.736 第 18 章 胺基酸氧化和尿素的生成

圖 18.23 苯丙胺酸和酪胺酸的分解代謝路徑。 在人體中，這些胺基酸通常會轉變成乙醯乙醯輔酶 A 和延胡索酸。這些酶若其基因缺陷會導致人類之遺傳疾病（黃色陰影）。 P.738

2苯酮尿症(phenylketonuria): 一種先天phenylalanine代謝異常的毛病，是phenylalanine hydroxylase缺乏或缺少所引起。未先治療通常都有嚴重的智能低下，因此早期診斷是必需的，對苯酮尿症患者的治療是供給低phenylalanine的食物。

白化症(albinism): 酪胺酸脢的缺陷所致的結果。黑色素是在數種細胞中從酪胺酸轉變而成。因缺乏黑色素造成個體通常為白子，對日光敏感。皮膚易晒傷與得皮膚癌，視覺常較差。

3 楓糖蜜尿症(maple syrup urine disease)又稱branched chain ketoaciduria會造成leucine、isoleucine與valine大量在血液中，具致命性。

圖 18.28 三個支鏈胺基酸：纈胺酸、異白胺酸、白胺酸的分解代謝路徑。 圖 18.28 三個支鏈胺基酸：纈胺酸、異白胺酸、白胺酸的分解代謝路徑。 這三個在肝臟以外的組織發生的代謝路徑，共用前兩個酶。支鏈α-酮酸去氫酶複合體是丙酮酸及α-酮戊二酸去氫酶複合體的類似物，且需要相同的五種輔因子（有些未示於本圖中）。楓糖尿症患者的支鏈α-酮酸去氫酶有缺陷。 P.743

有一種較為罕見的遺傳疾病，此三種支鏈α-酮酸（以及它們的前驅胺基酸，尤其是白胺酸）會在血液中累積及「溢入」尿液中，這種病症稱為楓糖尿症（maple syrup urine disease），因為有缺陷的支鏈α-酮酸去氫酶複合體導致α-酮酸過多而出現在尿液中，使得尿液具獨特的氣味。 此病症若未加以治療，會造成腦部發展異常、智能障礙以及幼兒死亡。治療必須伴隨嚴格的飲食控制（限制纈胺酸、白胺酸以及異白胺酸的攝取），以確保正常生長發育。 P.742 第 18 章 胺基酸氧化和尿素的生成

Nucleotide degradation 在人類與鳥類 Purine(AMP、GMP)分解的終產物是uric acid Pyrimidine被分解成-alanine或-aminoisobutyric acid cytidine、uridine -alanine thymine -aminoisobutyric acid

圖15.12 嘌呤核苷酸之異化作用

圖15.14 嘧啶鹼基之分解

Purine分解途徑缺陷的疾病 1 痛風(gout)是一種purine catabolism異常的疾病，造成血液高濃度尿酸。因uric acid的溶解度不高，易造成尿酸鹽在關節上堆積，引起關節發炎。 2 Adenosine deaminase deficiency:酵素缺乏的先天性疾病，造成幼兒易受感染而死亡。體液免疫損害，是一種先天免疫不全症。 3 Purine nucleoside phosphorylase deficiency: 高濃度的dGTP易造成T cells損害，也是一種先天免疫不全症。

圖15.15 膽紅素之合成

圖15.16 膽紅素之共軛作用