胺基酸與丙酮酸形成(amino acid and pyruvate formation)

1.Cysteine（半胱胺酸）
A.胱胺酸（Cystine）在許多蛋白質的結構中扮演重要角色，它主要由兩個半胱胺酸（Cysteine）以雙硫鍵連接，是一個二聚體（dimer）結構。因此，胱胺酸可藉助還原酶（Cystine Reductase）的催化將其雙硫鍵打斷，還原成兩個半胱胺酸
B.Cysteine轉化為丙酮酸（pyruvate）主要透過兩種途徑：直接氧化作用和轉胺作用。倘若其中任一種代謝路徑受阻，對人體的影響並不大，因為共有兩種途徑都能獲得Pyruvate
a.直接氧化作用：Cysteine在Cysteine dioxygenase(雙加氧酶)的催化形成Cysteine sulfinate（此為cysteine的主要代謝物形式），之後再經轉胺作用和脫硫作用(desulfination)得到最終產物Pyruvate

b.轉胺作用：Cysteine可利用轉胺酶（transaminase）催化形成thiolpyruvate(側鏈帶-SH的丙酮酸，在尿液中的含量高），之後再將側鏈上的硫氫基脫去就形成Pyruvate，至於另外一個產物3-Mercaptolactate並沒什麼生理上的重要性！

【補充】其實Cysteine的代謝路徑有很多種，並非只有上述兩種情況，個體會視細胞當下的需要而進行不同類型的代謝。例如：大致而言，Cysteine sulfinate是Cysteine最主要的代謝物形式，但Cysteine sulfinate除了可轉化為亞磺醯丙酮酸之外，也可以轉變成次牛磺酸（Hypotaurine）和牛磺酸（Taurine）。牛磺酸對於腦部發育很重要，也可能在解毒、免疫、調節胞內鈣離子等作用時扮演抗氧化劑的角色。
C.與半胱胺酸有關的遺傳性疾病：主要需靠飲食控制獲得改善，無法根治
a.胱胺酸尿（Cystinuria）
I.為一體染色體隱性遺傳的代謝疾病
II.由於基因受損導致一些鹼性或帶正電的胺基酸（如Lysine、Arginine、Ornithine）無法適當地再吸收回到血液。Cysteine的再吸收也會受阻，故這些胺基酸及其衍生物（如Cystine──由兩個Cysteine組成）於尿液中的含量會遠超過正常值，一般來說患者尿液中的Cystine含量約為正常人的30倍
III.且Cystine會大量積聚在腎臟（腎小管）、膀胱、集尿管等處形成胱胺酸結石
b.胱胺酸症（Cystinosis）
I.因溶小體（lysosome）失調所造成的體染色體隱性遺傳疾病
II.由於受損的溶小體無法將Cystine運入溶小體內部進行分解，造成過多Cystine堆積，過多的Cystine會形成結晶而傷害細胞，導致組織、器官的毀損，若不慎引起急性腎衰竭，會有致命危險
c.同胱胺酸症（Homocystinuria；又稱為高胱胺酸尿症）
I.為一體染色體隱性遺傳的代謝疾病
II.主要和Methionine的代謝異常有關，因Methionine代謝異常導致Homocystine會在血液中積聚，並使得尿液中的排放量提高（300mg/天）
III.此疾病會影響人體的結締組織、肌肉、中樞神經系統、心血管系統，患者可能產生如骨質疏鬆症、心智遲滯等狀況
2.Serine（絲胺酸）
A.Serine有多種降解途徑（degradative pathways），它會隨著不同的生理需求進行不同的代謝
B.Serine和四氫葉酸（H4 folate）可透過絲胺酸羥甲基轉移酶（Serine hydroxymethyltransferase）催化合成甘胺酸（Glycine），為一可逆反應。
C.Serine可藉由絲胺酸脫水酶（Serine dehydratase）與其輔酶Pyridoxal phosphate（PLP；維生素B6）催化去除胺基（-NH4+），形成Pyruvate

資料來源：醫學生物化學網頁
3.Threonine（酥胺酸）
A.代謝路徑
a.Threonine à Glycine + Acetyl-CoA
b.而Glycine可進一步產生Pyruvate：Glycine à Serine à Pyruvate
【複習】Pyruvate經由丙酮酸去氫酶複合體（Pyruvate Dehydrogenase Complex；PDC；PDH complex）催化可再形成Acetyl-CoA，Acetyl-CoA可進入TCA Cycle
B.Threonine的主要代謝路徑為生成甘胺酸（Glycine）和乙醯輔酶A（Acetyl-CoA），偶爾可能直接代謝變成丙酮酸（Pyruvate），但這種狀況較少見à儘管如此，由於主要路徑中的產物Glycine可進一步形成Pyruvate，因Threonine可被視為生酮（Acetyl-CoA）兼生糖（Pyruvate）的胺基酸
【問題】既然Pyruvate可經由pyruvate dehydrogenase轉變為Acetyl-CoA，為何Serine、Glycine等生成pyruvate之胺基酸不能歸類為生酮兼生糖性？
【答案】生酮性與生糖性主要以代謝後最終產物來判斷，pyruvate雖然可生成acetyl-CoA，但這反應為糖解作用，在此我們不加以討論。若以此前提來判斷，Threonine的最終確實可生成pyruvate與acetyl-CoA兩種，而Serine、Glycine的最終產物應為pyruvate而已。

4.Hydroxyproline（羥基脯胺酸）
A.代謝路徑
a.脯胺酸（Proline）可經由轉譯後修飾羥化（hydroxylation）形成羥基脯胺酸（Hydroxyproline），羥基（-OH）可接於第三或第四號碳上，形成3-Hydroxyproline或4-Hydroxyproline
b. Hydroxyproline代謝後，最終生成丙酮酸（Pyruvate）和乙醛酸（Glyoxylate）
B.疾病：
高羥基脯胺酸血症（Hyperhydroxyprolinemia）：主要成因在於缺乏Hydroxyproline轉為Pyruvate代謝路徑中的酵素的緣故，這類患者因為沒有羥基脯胺酸脫氫酶（Hydroxyproline dehydrogenase，存在粒線體內），導致過多的Hydroxyproline無法被代謝掉而積聚在體內。不過此疾病對人體的影響並不大。