從母雞的尿裡面找到的鳥胺酸（ornithine）

鳥胺酸。圖片來源：Wiki

鳥胺酸是由M. Jaffe在1877年從吃了苯甲酸（benzoic acid）的母雞的尿裡面，以鳥尿酸的形式（ornithuric acid，鳥胺酸的氧化）分離出來的。它的結構在1901年由埃米爾·菲舍爾（Emil Fischer，1852–1919）經過化學合成確認。應該是因為從母雞裡面分離出來，所以用了希臘文的鳥（ornithos）來命名。

鳥胺酸與瓜胺酸（citrulline）一樣，是尿素循環（urea cycle）的產物之一。我們用尿素循環將體內的氨轉變為尿素，然後再排出體外。在尿素循環的最後一個反應裡，精胺酸（arginine）被精胺酸酶（arginase）水解，產生鳥胺酸與尿素。然後鳥胺酸被回收，而尿素則排出體外。

參考資料：

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Wikipedia. Ornithine. Arginase.

Bioetymology. Ornithine.

瓜胺酸（citrulline）與西瓜（watermelon）

瓜胺酸。圖片來源：Wiki

瓜胺酸（citrulline）的名稱來自西瓜（watermelon），因為它是由Koga 與 Odake首先在1914年從西瓜裡面分離出來的。到了1930年，M. Wada再次確認，因此就用了拉丁文的西瓜「citrullus」給瓜胺酸命名了。

瓜胺酸雖然不是必需胺基酸，也不是標準蛋白質胺基酸，但是它是肝臟中的尿素循環（urea cycle）的中間產物，而尿素循環是很重要的代謝途徑。我們經由尿素循環將體內的氨轉變為尿素，然後再排出體外。除此之外，瓜胺酸可以由精胺酸（arginine）產生；精胺酸被一氧化氮合酶（nitric oxide synthase）分解，產生瓜胺酸與一氧化氮（nitric oxide，NO）。這個反應是細胞用來產生一氧化氮、使血管擴張的重要反應。

2 L-arginine + 3 NADPH + 1 H⁺ + 4 O₂ <-->  2 citrulline +2 nitric oxide + 4 H₂O + 3 NADP⁺

有些蛋白質（如組蛋白histone）含有瓜胺酸，但是這些瓜胺酸是在轉譯（translation）完成後再經過精氨酸脫亞胺酶（peptidylarginine deiminases，PADs）將精胺酸瓜氨酸化（citrullination，或稱為脫亞胺化deimination）而產生的。類風濕性關節炎（rheumatic arthritis）的患者常可測到抗瓜胺酸抗體，雖然不知道為何會產生，但因為常可以偵測到，所以已經成為這個疾病的診斷標準之一了。

參考資料：

Wikipedia. Citrulline.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

一百九十七年的胺基酸發現之旅

從1806年到2002年，整整一百九十七年，科學研究找到了27個不同的胺基酸，其中有21個是出現在各種生物的蛋白質裡面，有些則只出現在特別的地方；大家看看吧！

圖片來源：老葉

以下是它們的故事連結：

1806 天門冬醯胺（asparagine）
1810 半胱胺酸（cysteine）：（胱胺酸  cystine）
1819 白胺酸（leucine）
1820 甘胺酸（glycine）
1827 天冬胺酸（aspartic acid）
1846 酪胺酸（tyrosine）
1850 丙胺酸（alanine）
1856 纈胺酸（valine）
1865 絲胺酸（serine）
1866 穀胺酸（glutamic acid）
1877 鳥胺酸（ornithine）
1879 苯丙胺酸（phenylalanine）
1883 穀胺醯胺（glutamine）
1886 精胺酸（arginine）
1889 離胺酸（lysine）
1896 組胺酸（histidine）
1900 脯胺酸（proline）
1901 色胺酸（tryptophan）
1902 羥脯胺酸（hydroxyproline）
1904 異白胺酸（isoleucine）
1922 甲硫胺酸（methionine）
1925 蘇胺酸（threonine）
1930 瓜胺酸（citrulline）
1964 N-甲酰甲硫胺酸（N-formylmethionine）
1976 硒半胱胺酸（Selenocysteine）
2002 吡咯離胺酸（pyrrolysine）

還沒被發現就被合成出來的胺基酸：丙胺酸、脯胺酸。
只有一個遺傳密碼的胺基酸：甲硫胺酸、色胺酸。
不屬於標準蛋白質胺基酸：N-甲酰甲硫胺酸、鳥胺酸、羥脯胺酸、瓜胺酸。
由植物來源分離出的胺基酸：蘇胺酸、苯丙胺酸、異白胺酸、穀胺醯胺、穀胺酸、精胺酸、天門冬醯胺、瓜胺酸。
由動物來源分離出的胺基酸：羥脯胺酸、絲胺酸、脯胺酸、甲硫胺酸、離胺酸、白胺酸、甘胺酸、半胱胺酸、丙胺酸、纈胺酸、酪胺酸、色胺酸、鳥胺酸。
由細菌來源分離出的胺基酸：N-甲酰甲硫胺酸、吡咯離胺酸。
地球上含量最高的前五胺基酸：穀胺酸/穀胺醯胺、絲胺酸、丙胺酸、天門冬醯胺/天冬胺酸。
陸生生物中含量最高的五胺基酸：穀胺酸/穀胺醯胺、天門冬醯胺/天冬胺酸、丙胺酸、甘胺酸。
水生生物中含量最高的前五胺基酸：絲胺酸、丙胺酸、天門冬醯胺/天冬胺酸、纈胺酸。

參考資料：

Moura A, Savageau MA, Alves R (2013) Relative Amino Acid Composition Signatures of Organisms and Environments. PLoS ONE 8(10): e77319. doi:10.1371/journal.pone.0077319

吡咯離胺酸（pyrrolysine）：第二十二個標準蛋白質氨基酸？！

吡咯離氨酸。圖片來源：Wiki

這個世界一直在變動，改變我們過去在教科書上的認知；九大行星變成八大行星、十二對腦神經現在成了十三對、而硒半胱氨酸（selenocysteine）的發現，也讓標準蛋白質氨基酸由二十個增加到二十一個。

但是，2002年在古菌（archaea）以及一些細菌裡發現的吡咯離氨酸（Pyrrolysine），再度挑戰到底標準蛋白質氨基酸的組成。有些科學家據此認為吡咯離氨酸應該是第二十二個氨基酸，有些科學家則不認同；畢竟，只有產甲烷的古菌以及一些細菌（包括大腸桿菌）會使用吡咯離氨酸。

在2002年，科學家們在巴氏甲烷八疊球菌（Methanosarcina barkeri）的甲基轉移酶（methyl-transferase）的活化位址發現了吡咯離氨酸。後來發現許多的甲基轉移酶都可以找到吡咯離氨酸；它在酵素裡的功能可能是協助酵素把甲基的位置調整好，好讓輔因子可以跟甲基反應。

與羥脯氨酸（hydroxyproline）不同的是，吡咯離氨酸是有遺傳密碼的，它的遺傳密碼是UAG。讀者看到這裡可能會說：等一下！UAG不是終止密碼之一嗎？是的。不過，就像硒半胱氨酸使用UGA一樣，吡咯離氨酸使用UAG也需要有特別的裝備。能使用吡咯離氨酸的微生物們都帶有一個特別的轉移RNA（tRNA，transfer RNA），這個轉移RNA帶有吡咯離氨酸、且它的反密碼就是用來辨認UAG的。而且，這麼特別的轉移RNA，它也有專屬的氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase，簡稱aaRS）來負責把吡咯離氨酸加上去。

吡咯離氨酸是由兩個離氨酸合成的，因為含有吡咯烷（pyrrolidine）的結構（請參考脯氨酸 proline），所以名字裡面加上了pyrro-這個字首。

微生物是個奇妙的世界，我們在實驗室能養出來的微生物，大概只佔全體微生物的小部份；或許未來對微生物以及深海生物有更多的了解後，我們會找到更多不一樣的氨基酸，也或許標準蛋白質氨基酸的名單會變得更長也不一定喔！

參考資料：

Wikipedia. Pyrrolysine.

Srinivasan, G; James, C. M.; Krzycki, J. A. 2002. Pyrrolysine encoded by UAG in Archaea: charging of a UAG-decoding specialized tRNA. Science. 296 (5572): 1459–1462. doi:10.1126/science.1069588

酪胺酸（tyrosine）與起司（cheese）

酪氨酸。圖片來源：Wiki

酪氨酸（tyrosine）是德國化學家李比希（Justus von Liebig，1803-1873）在1846年從起司裡面分離出來的，所以他用了起司的希臘文 tyros 為酪氨酸命名。中文名稱應該也是因此而來的。

酪氨酸為非必需氨基酸，哺乳動物可以由苯丙氨酸（phenylalanine）經過苯丙氨酸羥化酶（phenylalanine hydroxylase）來合成它。不過苯丙氨酸是必需氨基酸，所以苯丙酮尿症患者會因為不能攝取苯丙氨酸而造成酪氨酸無法合成；因此苯丙酮尿症患者要從飲食中補充酪氨酸。

酪氨酸是合成左多巴（L-DOPA）的原料。在大腦中負責合成多巴胺的細胞，將酪氨酸經由酪氨酸羥化酶（tyrosine hydroxylase，簡稱TH）合成左多巴，這個反應是合成多巴胺（dopamine）的速率限制反應。除此之外，酪氨酸也是甲狀腺素T₃（triiodothyronine）與T₄（thyroxine）的原料，黑色素（melanin）也是來自於酪氨酸，所以苯丙酮尿症的患者，若飲食中酪氨酸不足，會出現淡褐色髮。苯醌（benzoquinone ）的合成也需要酪氨酸，而苯醌構成了我們電子傳遞鏈裡面很重要的成分：Q10（泛醌）。

酪氨酸在許多信息傳導途徑中扮演非常重要的角色。許多激酶（kinase）使用酪氨酸作為磷酸根的接受者，這些受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases）的酪氨酸，在其羥基被磷酸化以後，活性會改變，造成後續信息傳導途徑的啟動或關閉。磷酸化酪氨酸可以由抗體來辨認，所以在研究上很容易可以辨別出這個蛋白質是否為受體酪氨酸激酶。動物的激酶大多是酪氨酸激酶，而植物的則以絲氨酸/蘇氨酸激酶為主。

雖然植物的激酶大多不是酪氨酸激酶，但酪氨酸對植物來說還是非常重要的！在光合作用的光反應（light reaction）裡面，組成光系統 II（photosystem II）的蛋白質之一：D1蛋白上面有個很重要的酪氨酸。這個酪氨酸負責將電子傳遞給位於光系統 II反應中心（reaction center）的兩個葉綠素a，使它們可以馬上又準備好被光能激發。D1 蛋白失去的電子隨即由旁邊的放氧複合體（OEC，oxygen evolving complx）補足。D1蛋白不斷的失去與重獲電子，使得它約每進行10⁵到10⁷次電子傳遞（一般狀況大約為30分鐘）後，就會因為過度氧化無法再使用喔！所以在陽光下看似安靜無聲的植物，其實除了是個忙得不得了的能量工廠之外，也忙著不斷的更新光系統 II的D1 蛋白，否則光合作用就會無法再進行呢！

參考資料：

Wikipedia. Tyrosine.

色胺酸（tryptophan）

色胺酸。圖片來源：Wiki

色氨酸是二十個氨基酸裡面「唯二」只有一個遺傳密碼的氨基酸，它的遺傳密碼是UGG；另一個只有一個遺傳密碼的氨基酸是甲硫胺酸（methionine），它的密碼是AUG。

色氨酸是在1901年由霍普金斯（Frederick G. Hopkins）與柯爾（S.W. Cole）由胰腺酵素處理過的酪蛋白（casein）水解物分離出來的。在1903年，A. Ellinger發現色氨酸在腸道中會轉為吲哚（indole）。

色氨酸的英文名稱 tryptophan是來自於R. Z. Neumeister。他發現在以胰蛋白酶（trypsin）處理過的蛋白質中，可以找到色氨酸。不過，胰蛋白酶其實辨認的是沒有脯氨酸（proline）緊跟在後的離氨酸（lysine）或精氨酸（arginine），並會切在這兩個氨基酸的羧基（carboxyl）端，所以筆者也不了解為何胰蛋白酶處理過的蛋白質一定會找到色氨酸。但是色氨酸因此得到了它的名字 tryptophan，是不爭的事實。

那麼，胰蛋白酶（trypsin）又是怎樣得到它的名字呢？原來是德國的 Wilhelm Friedrich Kühne （1837-1900）醫師在1874年以希臘文tripsis（摩擦）加上化學物質的字尾-in幫這個酵素取名字。會這樣取名，據說是因為當初要取得胰蛋白酶時，是用甘油摩擦胰臟萃取的。

霍普金斯在1906年以酪蛋白的酸水解物製備了不含色氨酸的食物，發現色氨酸是動物的必需胺基酸。動物需要色氨酸來產生血清素（serotonin）與褪黑色素（melatonin）。血清素是重要的神經傳導物質，色氨酸羥化酶（tryptophan hydroxylase）先將色氨酸轉化為血清素，然後再經過兩個步驟便可以生成褪黑色素。色氨酸也可以用來合成菸鹼酸（niacin，vitamin B3），不過這個反應效率很低，一般來說除非飲食中無法取得足夠的菸鹼酸，否則我們的身體不會進行這個反應。

植物與微生物可以經由莽草酸（shikimic acid）或鄰氨基苯甲酸（anthranilate）來合成色氨酸。色氨酸對植物也很重要，它是植物的必需賀爾蒙 -- 生長素（auxin）的原料。

微生物合成色氨酸的機制是透過 trp 操縱子（trp operon）來進行的，當trp 操縱子與抑制子（repressor）結合時，位於操縱子下游負責合成色氨酸的基因便無法產生；而色氨酸與抑制子的結合，會使得抑制子活化，這就是微生物如何巧妙的以產物來調節基因的合成。當然，只要外界的色氨酸夠多了，不管是自己合成的或是別人提供的，都可以活化抑制子，也就使得微生物停止產生合成色氨酸的酵素了。

參考資料：

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Wikipedia. Tryptophan.

Bioetymology. Tryptophan.

Online Etymology Dictionary. Trypsin.

羥脯胺酸（Hydroxyproline）與膠原蛋白（collagen）

羥基脯氨酸。圖片來源：wiki

就在發現脯氨酸（Proline）的隔年（1902），埃米爾·菲舍爾（Emil Fischer，1852–1919）又在明膠（gelatin）的水解物裡面發現羥脯氨酸。 羥脯氨酸首次在實驗室裡被合成出來則是 Hermann Leuchs的功勞（1905）。

羥脯氨酸與脯氨酸的不同在於它的γ碳上多了一個羥基（hydroxy group，-OH）。不過，這個羥基並不是一開始就加上去的，而是由脯氨酰羥化酶 （prolyl hydroxylase）在蛋白質合成後再於內質網（ER，endoplasmic reticulum）中進行羥化反應。所以羥脯氨酸不被列入在構成蛋白質的標準蛋白質氨基酸（共有21個）裡面，但是這並不表示它不重要。

哺乳動物的膠原蛋白（collagen）含有13.5%的羥脯氨酸。羥脯氨酸可以提高膠原蛋白的熔點（melting temperature，Tm），不含羥脯氨酸的膠原蛋白其熔點低了整整攝氏十六度！熔點較高的膠原蛋白不僅更耐扭，也可以幫我們穩定體溫。

由於膠原蛋白佔我們身體蛋白質的25-35%，而其中有13.5%是羥脯氨酸，這使得羥脯氨酸佔我們身體氨基酸總量的4%。

參考資料：

Wikipedia. Hydroxyproline.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

蘇胺酸（threonine）的拐彎抹角的命名

蘇氨酸。圖片來源：wiki

蘇氨酸是最後一個被發現的氨基酸，由S.B. Schryver與H.W. Buston在1925年從燕麥裡面分離出來的。雖然很多參考資料（包括維基）都認為它是在1935年由W. C. Rose分離出來的，但是在參考了幾個來源後，筆者認為應該是在1925年就發現了。它與絲氨酸（serine）是二十一個基本氨基酸裡面唯二具有羥基（hydroxyl group）的氨基酸。

蘇氨酸的英文名字 threonine 是來自於 threose （蘇糖）。蘇糖是一個四碳糖，蘇氨酸的結構與它很像。而蘇糖的名字 threose 則承襲自 erythrose （赤蘇糖、赤蘚糖、赤藻糖），而赤蘇糖的名字是得自於它的來源：地衣（lichen）。因為當初從紅色的地衣裡面分離出赤蘇糖，所以就用了erythr(o)-這個字首（源自希臘文erythros）。由於 threose 是 erythrose 的同分異構物，所以就被這樣命名了。

蘇糖。圖片來源：Wiki

在絲氨酸的故事裡面提到它在1932年被發現可被磷酸化（phosphorylation）；而蘇氨酸在蛋白質裡面也會被磷酸化，磷酸化的蘇氨酸在1952年第一次被發現。與動物不同的是，許多動物的蛋白質激酶（protein kinase）是酪氨酸激酶（tyrosine kinase），但植物的蛋白質激酶常常是絲氨酸/蘇氨酸激酶（serine/threonine kinase）。

絲氨酸與蘇氨酸的醣化（O-linked glycosylation）對於個別蛋白質的構造與功能非常重要。另一個會被醣化的氨基酸是精氨酸 （arginine），不過它的位置在氮原子上，稱為N-linked glycosylation。

蘇氨酸是必需氨基酸，由它往下可以合成甘氨酸（glycine）與絲氨酸（serine），膠原蛋白的合成也需要它。食物裡面包括起司、禽肉、扁豆、魚、肉類以及芝麻都是很好的蘇氨酸來源。

參考資料：

Schryver, S. B., and Buston, H. W., The Isolation of Some Hitherto Undescribed Products of Hydrolysis of Proteins.--Part II. Proc. Roy. Sot. London, Series B, 99, 476 (1925-26).

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Bioetymology. Threonine.

Drugfuture.com. Threonine.

絲（silk）與絲胺酸（Serine）

絲氨酸。圖片來源：Wiki

絲胺酸（Serine）是在1865年由 E. Cramer從絲蛋白的水解物中分離出來的，也因此被稱為serine，來自於拉丁文的 sericum（絲）。它的中文名稱應該就是直接從英文的意思翻譯過來的。而它的結構則是在1902年解出。在二十一個基本胺基酸裡面，絲胺酸與蘇胺酸（threonine）是唯二兩個具有羥基（hydroxyl group）的胺基酸。

雖然不是必需胺基酸，絲胺酸是生合成反應中最主要捐出一個碳的化合物；它對嘌呤（purines）與嘧啶（pyrimidines）的合成很重要，而它們都是核苷酸（nucleotides）的原料。同時，甘胺酸（glycine）、半胱胺酸（cysteine）與色胺酸（tryptophan）的合成也都需要它；另外神經鞘脂（sphingolipids）與葉酸（folate）的合成也少不了它。因此，絲胺酸是地球上含量第二高的胺基酸喔！

除此之外，絲胺酸的羥基使它成為在許多酵素的活化位址（catalytic site）參與反應的主要胺基酸。例如分佈廣泛也大名鼎鼎的絲胺酸蛋白酶（serine protease），如胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）以及胰蛋白酶（trypsin），就可以在活化位址找到絲胺酸。負責水解乙酰膽鹼的乙酰膽鹼酯酶（acetylcholine esterase）的活化位址也有絲胺酸，而神經毒氣（nerve gases）以及有機磷殺蟲劑就是透過與乙酰膽鹼酯酶上的絲胺酸結合來抑制酵素的功能，使中毒者因為失去對呼吸肌收縮的控制，造成窒息死亡。

在1932年，F.A. Lipmann 與P.A. Levene在酪蛋白水解物中發現磷酸化的絲胺酸；這個發現開啟了細胞內蛋白質磷酸化（protein phosphorylation）與功能的研究。與動物不同的是，許多動物的蛋白質激酶（protein kinase）是酪胺酸激酶（tyrosine kinase），但植物的蛋白質激酶常常是絲胺酸/蘇胺酸激酶（serine/threonine kinase）。

絲胺酸與蘇胺酸的醣化（O-linked glycosylation）也對於個別蛋白質的構造與功能非常重要。另一個會被醣化的胺基酸是精胺酸 （arginine），不過它的位置在氮原子上，稱為N-linked glycosylation。

在1931年，F.S. Daft 與 R.D. Coghill 發現絲胺酸在以強鹼加熱時變得很不穩定，這個發現對於後來開發人工合成胺基酸有重大的影響。

參考資料：

Wikipedia. Serine. Serine protease. Acetylcholinesterase.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Moura A, Savageau MA, Alves R (2013) Relative Amino Acid Composition Signatures of Organisms and Environments. PLoS ONE 8(10): e77319. doi:10.1371/journal.pone.0077319

轉角遇到脯胺酸（Proline）

脯氨酸。圖片來源：wiki

脯氨酸（Proline）和丙氨酸（alanine）一樣，在還沒有被發現之前，就已經被合成出來了。在1900年，Richard Willstätter以α,δ-dibromopropylmalonic ester合成了它；隔年（1901）埃米爾·菲舍爾（Emil Fischer，1852–1919）由酪蛋白的酸水解物中發現了它，同時也經由化學合成解出了它的結構。但是，因為脯氨酸的結構實在太特別了，Fischer擔心脯氨酸會不會只是一個在用酸水解酪蛋白的過程中產生的副產品，所以他又花了十年的功夫分別從酪蛋白的胰蛋白酶（trypsin）分解物（1901）、酪蛋白的鹼水解物（1902）以及麥膠蛋白（gliadin）的分解物（1911）中去分離並定出脯氨酸的結構。

脯氨酸的名稱（proline）來自pyrrolidine（吡咯烷），因為吡咯烷也有個中間一角為氮的五角環結構。

吡咯烷。圖片來源：wiki

而吡咯烷的名字「pyrrole」是因為這個化合物可以把用鹽酸泡過的木頭染成深紅色，所以被取名為「pyrrole」：pyrrhos是希臘文的火的意思，後面的字尾-ol則是拉丁文的「油」。而中文名稱「脯氨酸」可能是因為它以及羥脯氨酸（hydroxyproline）是膠原蛋白以及一些細胞外蛋白的重要成分，由於這些蛋白質共佔細胞蛋白質的三分之一，因此用了「脯」（肉乾、果乾）來為它取名。

前面我們提到脯氨酸的結構很特別，它是唯一一個有二級胺（secondary amine，HNR₂）構造的氨基酸，這使得它的α-氨基直接與支鏈連結在一起；而這使得脯氨酸具有一些特別的性質，包括在形成肽鍵（peptide bond）時的速率比其他氨基酸要慢，形成的肽鍵的氮無法與其他氫原子形成氫鍵等。

同時，因為環狀構造將脯氨酸的氨基的角度限制住了，造成蛋白質裡面的脯氨酸常常是常見的二級結構（如α-螺旋或β-折疊）的破壞者，常出現在蛋白質結構上轉角的地方：包括β-轉角也可以看到脯氨酸的出現。

脯氨酸可以由穀氨酸（glutamic acid）合成，所以它不是必需氨基酸。

參考資料：

Wikipedia. Proline.

Fine Dictionary. Pyrrole.

English World dictionary. Pyrrole.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

20種氨基酸命名來源。百度貼吧。

苯丙胺酸（phenylalanine）

苯丙氨酸。圖片來源：Wiki

苯丙氨酸是由E. Schulze 與 J. Barbieri在1879年於黃色羽扇豆（yellow lupine）的白化苗裡面分離出來的。同一年，E. Posen用溴氫化肉桂酸（bromohydrocinnamic acid）與氨（ammonia）合成了苯丙氨酸。它的命名是因為結構上看起來像是丙氨酸（alanine）的甲基（methyl-）被苯環取代。

苯丙氨酸是許多化合物的重要原料，包括酪氨酸（tyrosine）、多巴胺（dopamine）、正腎上腺素（norepinephrine）、腎上腺素（epinephrine）、黑色素（melanin）；在植物，苯丙氨酸是所有酚醛類（phenylpropanoids），包括類黃酮素（flavonoids）與木質素（lignins）。酚醛類的合成由苯丙氨酸被苯丙氨酸氨 - 裂合酶（PAL，phenylalanine ammonia-lyase）分解，產生肉桂酸（cinnamic acid）與氨開始，往下合成許多不同的酚醛類化合物。

第一個被破解出來的遺傳密碼（genetic code）就是苯丙氨酸的遺傳密碼喔！1961年，J. Heinrich Matthaei 與馬歇爾·沃倫·尼倫伯格 （Marshall W. Nirenberg）在美國國家衛生研究院（NIH，National Institute of Health）合成全部都是尿嘧啶（uracil）的RNA，發現這條RNA的轉譯產物是聚苯丙氨酸（polyphenylalanine）。他們的研究解開了遺傳密碼，也讓尼倫伯格 得到了1968年的諾貝爾生理醫學獎。

缺乏苯丙氨酸羥化酶（phenylalanine hydroxylase），會導致苯丙酮尿症（PKU，phenylketonuria）。病人無法代謝苯丙氨酸，使得有毒的代謝物累積；由於母親可以正常代謝苯丙氨酸，嬰兒出生時是沒有症狀的（但血液中苯丙氨酸的濃度高於一般人）；如沒有發現，給予含有苯丙氨酸的食物，則病人在3-4個月後會開始出現嘔吐、皮膚毛髮顏色變淡（因為無法合成酪氨酸）、濕疹、生長發育遲緩、尿液和體汗有霉臭味（來自苯乙酸 phenylacetate，苯丙氨酸無法代謝後氧化的產物）、抽搐、顫抖等。苯丙酮尿症是在1934年由挪威的Ivar Asbjørn Følling醫師在一對心智障礙的兄弟發現的，因此在挪威苯丙酮尿症稱為Følling氏症。現在苯丙酮尿症是新生兒篩檢中的項目之一，在小寶寶出生後，醫生會在寶寶的腳跟上刺出一點血拿去測試。

苯丙氨酸是必需氨基酸，食物中蛋、雞肉、肝臟、牛肉、牛奶、大豆、菠菜等綠葉蔬菜、豆腐、羽扇豆以及莧菜都是很好的來源。

苯丙氨酸與天冬氨酸（Aspartic acid）是大名鼎鼎（聲名狼籍？）的人工甘味劑阿斯巴甜（aspartame，IUPAC 學名為Methyl L-α-aspartyl-L-phenylalaninate，天門冬醯苯丙氨酸甲酯）的主要成分，由於阿斯巴甜含有苯丙氨酸，所以各國都不建議苯丙酮尿症患者食用含有阿斯巴甜的產品。

參考資料：

Wikipedia. Phenylalanine.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Hubert Bradford Vickery and Carl. L. A. Schmidt. The history of the discovery of the amino acids. Chemical Reviews, 1931, 9(2):169-318. DOI: 10.1021/cr60033a001

苯丙酮尿症（A2-05）。社團法人中華民國先天及代謝疾病關懷之友協會。

N-甲酰甲硫胺酸（N-formylmethionine）

N-甲酰甲硫氨酸。圖片來源：Wiki

N-甲酰甲硫氨酸（N-formylmethionine）簡稱fMet，是在1964年由 K. Marcker 與 F. Sanger （就是發明DNA定序法的那位F. Sanger）在大腸桿菌發現的；隔年（1965）Marcker發現甲酰基是在甲硫氨酸與RNA結合後才加上去的。

幾乎所有細菌的基因第一個密碼都是AUG，也就是說，在細菌進行轉譯作用（translation）以合成蛋白質時，第一個氨基酸應該是甲硫氨酸。不過，細菌會在這裡加入N-甲酰甲硫氨酸而不是甲硫氨酸。在細菌裡面，有不同的轉移RNA（tRNA，transfer RNA）負責攜帶甲硫氨酸與N-甲酰甲硫氨酸；甲硫氨酸可以被加到這兩種tRNA上，但只有被加到負責攜帶N-甲酰甲硫氨酸tRNA的甲硫氨酸，接著會被甲硫氨-tRNA 甲酰轉移酶（Methionyl-tRNA formyltransferase）催化產生N-甲酰甲硫氨酸。

在轉譯時，只有前面有Kozak 序列的AUG密碼才會被加入N-甲酰甲硫氨酸。如果前面沒有Kozak序列，則只有普通的甲硫氨酸會被加入。

除了細菌以外，我們的粒線體（mitochondria）與專屬植物的葉綠體（chloroplast），因為都是源自於原核生物，所以它們的基因產生的蛋白質，第一個氨基酸也是N-甲酰甲硫氨酸喔。

參考資料：

K. Marcker, F. Sanger. N-Formyl-methionyl-S-RNA. Journal of Molecular Biology Volume 8, Issue 6, June 1964, Pages 835, Pages IN7-840-IN8.

K. Marcker. The formation of N-formyl-methionyl-sRNA. Journal of Molecular Biology Volume 14, Issue 1, November 1965, Pages 63, Pages IN1-70

甲硫胺酸（methionine）

甲硫氨酸。圖片來源：Wiki

在1922年，J.H. Mueller 想從酪蛋白（casein）的酸水解物中找到可以刺激溶血性鏈球菌（hemolytic streptococcus）生長的物質時，發現了甲硫胺酸。

不過，甲硫胺酸的英文名字 methionine直到1928年才確定。在那一年，G. Barger 與 F.P. Coyne將甲硫胺酸的結構確定了，因為它有甲基（methyl-）與硫（希臘文 theion），所以合在一起寫為 methionine，意思是有甲基也有硫的胺基酸。

甲硫胺酸是二十個氨基酸裡面「唯二」只有一個遺傳密碼的胺基酸，它的遺傳密碼是AUG；另一個只有一個遺傳密碼的胺基酸是色胺酸（tryptophan），它的密碼是UGG。

遺傳密碼AUG除了代表甲硫胺酸以外，它還是轉譯（translation）的起始密碼（start codon）；不過起始密碼並非只有AUG而已，在它的前面還會有一段特殊的序列（稱為Kozak 序列）讓核糖體認得。不過，真核生物與古菌的起始甲硫胺酸，有些隨後會被切掉；這樣的狀況下，當我們看蛋白質序列時，就會發現第一個胺基酸不是甲硫胺酸。而原核生物蛋白質的第一個胺基酸則是一個特別的甲硫胺酸，稱為N-甲酰甲硫胺酸（N-formylmethionine）。

在植物，甲硫胺酸是合成乙烯（ethylene）的原料。植物將甲硫胺酸的三號碳與四號碳拿來合成乙烯，剩下的甲基硫（CH₃-S）的回收則經由經由楊氏循環（Yang Cycle），再產生一個新的甲硫胺酸。楊氏循環是為了表彰楊祥發院士對研究乙烯合成的貢獻而命名的。

甲硫胺酸是必需胺基酸，所以我們也要記得均衡攝取喔～除了肉、魚、蛋、奶之外，大豆、芝麻與巴西堅果也是很好的甲硫胺酸的來源。

在甲硫胺酸的硫上面多一個甲基就成了S-甲基甲硫胺酸，就是俗稱的「維生素U」，有保護消化道黏膜與肝臟的功效。

參考資料：

Bioetymology. Methionine.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Wikipedia. Methionine.

離胺酸（Lysine）之侏羅紀公園都是騙人的

離氨酸。圖片來源：Wiki

離氨酸是由E. Drechsel在1889年水解酪蛋白（casein）後發現的鹼性物質。而它被取名為 lysine，的確是跟「解離」（lysis）有關：Ernst Fischer發現在使用氫氧化鋇進行鹼水解時，會釋放出尿素（urea），所以就把它取名為 lysine，字首 lys(o)-是「分解、解離」的意思（希臘文 lysis）。

離氨酸對於鈣質的吸收、肌肉的形成、傷口的癒合都很重要。有些酵素的催化位址（catalytic site）也需要離氨酸。如在醣類新生作用（gluconeogenesis）裡面很重要的酵素丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）的催化位址上，就由一個離氨酸連接生物素（biotin），以把二氧化碳抓住以後送到另一個催化位址去和丙酮酸進行羧化反應。在這個反應裡面，離氨酸與生物素連接起來抓住二氧化碳，作用很像吊車的吊臂。

離氨酸是必需氨基酸，所以我們一定要從飲食裡面去補充它；如果大家還記得「侏羅紀公園」（Jurassic Park）裡面提到，他們讓公園裡的恐龍都無法合成離氨酸（稱為lysine contingency），所以這些恐龍一定要靠公園提供給牠們的食物（添加離氨酸）才能活下去？其實那是錯誤的，因為所有的動物都不能合成離氨酸，只有植物與微生物才有辦法！也因此，離氨酸的生產是一筆大生意。光是2009年一年以微生物發酵方式生產的離氨酸就有70萬公噸，約為427億台幣（12.2億歐元）。在雞與豬的飼料中添加離氨酸，就可以不需要用大豆，只要用玉米就好了（不過，以玉米作為飼料還會有磷污染的問題）。

各階段離氨酸的攝取量建議值為：3-4個月的嬰兒是每天每公斤體重103毫克，兩歲以下的幼兒是64毫克，十到十二歲是44-60毫克，成人則是12毫克（國外最近改為30毫克）。飲食中良好的離氨酸來源有：蛋、肉（包含紅肉、羊肉、豬肉與禽肉）、大豆與豆類、起司（尤其是帕瑪森起司）、鱈魚與沙丁魚。穀物內的離氨酸不多，所以素食者一定要記得補充大豆或豆類。

參考文獻：

Wikipedia. Lysine.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

董氏基金會。蛋白質（二）蛋白質的利用與品質。

異白胺酸（Isoleucine）

異白氨酸。圖片來源：Wiki

異白氨酸最早在1904年F. Ehrlich從甜菜的糖蜜（sugar beet molasses）分離出來，它是支鏈氨基酸裡面最後一個被發現的。

由於當時Ehrlich發現這個氨基酸的化學組成與白氨酸（Leucine）一樣，但是光學活性、溶解度以及熔點等物理性質不一樣，所以將它取名為 isoleucine；字首 iso-是「相等、類似、相同」的意思（希臘文isos），所以就是「類似白氨酸」的意思。

異白氨酸也是必需氨基酸，食物中杏仁果、腰果、雞肉、鷹嘴豆（chickpeas）、蛋、魚、扁豆（lentils）、肝臟、黑麥、種子與大豆都是很好的來源。老話一句：均衡攝取就不會缺乏～

參考資料：

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Bioetymology. Isoleucine.

Online Etymology Dictionary. iso-

白胺酸（Leucine）

白氨酸（leucine）。圖片來源：Wiki

白氨酸是在1819年由J.L. Proust從起司裡面分離出來的；隔年H. Braconnot也從骨骼肌與羊毛的酸水解液裡面分離出來。它是第一個被分離出來的支鏈氨基酸（Branched-Chain Amino Acid，BCAA）。

當H. Braconnot以酒精處理酸水解液後，得到了白色的結晶；因此他將這個氨基酸取名為 Leucine，字首leuc(o)-是希臘文leukos，也就是「白色」的意思。中文應該就是英文的直譯。

白氨酸是必需氨基酸，也就是說我們每天要由飲食中補充；含有最多白氨酸食物的前十名是起司、大豆、牛肉、雞肉、豬肉、堅果、種子、魚、海鮮、豆類。國外建議的每日攝取量是每公斤體重39十毫克（39 mg per kilogram of body weight），若以食用100公克來計算，上面的清單裡面的第一名到第三名只要吃100公克就超過建議量了，所以只要均衡攝取應該不會有問題。

參考資料：

AminoAcidsGuide.com. Leucine.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Daisy Whitbread.Top 10 Foods Highest in Leuine. HealthAliciousNess.com

組胺酸（histidine）

組氨酸。圖片來源：Wiki

組氨酸（Histidine）是由德國醫師/生化學家Albrecht Kossel（1853-1927，1910年諾貝爾生理醫學獎得主）與 Sven G. Hedin在1896年先後分離出來的，兩組人馬只相差了一個月。當時因為他們以為這個氨基酸對組織的功能很重要（尤其是嬰兒的組織功能），所以用了 hist(o)-這個字首給它。

不過，後來的研究發現，組氨酸其實與組織胺（histamine）合成的原料；組織胺與免疫的發炎反應有關。如果當初知道，不曉得會不會有另一個名字？

組氨酸最特別的地方，應該是因為它是唯一氨基酸裡面帶有咪唑 （imidazole）基的氨基酸；環狀立體結構使組氨酸在肽鏈裡面佔據不小的體積，對整體結構產生影響。更特別的是，組氨酸的咪唑基會在生理條件下解離，這使得它的咪唑基在一些酵素裡面擔任催化反應的角色。如醣解作用（glycolysis）的磷酸甘油酯變位酶（Phosphoglycerate mutase），它的催化位址（catalytic site）上就有一個組氨酸，在將3-磷酸甘油酯轉為 2-磷酸甘油酯時，與磷酸甘油酯的磷酸根進行短暫結合。

組氨酸是必需氨基酸，所以我們要由飲食中補充；含有最多組氨酸食物的前十名是牛肉、羊肉、奶酪、豬肉、雞肉、火雞肉、大豆、魚、堅果、種子、雞蛋、豆類和全穀。國外建議的每日攝取量是每公斤體重十毫克（10mg per kilogram of body weight），若以食用100公克來計算，上面的清單裡面的第一名到第七名只要吃100公克就超過建議量了，所以只要均衡攝取應該不會有問題。

它的發現者之一的 Albrecht Kossel 醫師/生化學家其實有個超長的名字：Ludwig Karl Martin Leonhard Albrecht Kossel，但前面的四個名字他都不喜歡？父母給孩子取名字的時候，常常包含了很多對孩子的期望，只是有時孩子真的也未必領情...

參考資料：

Wikipedia. Histidine. Phosphoglycerate mutase.Albrecht Kossel.

Bioetymology. Histidine.

Daisy Whitbread.Top 10 Foods Highest in Histidine.HealthAliciousNess.com

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

甘胺酸（glycine）

甘氨酸。圖片來源：Wiki

在1820年，法國化學家Henri Braconnot把明膠與硫酸混合煮沸萃取。因為萃取出來的物質「跟葡萄糖一樣甜」（以前的人真勇敢，筆者一定不敢吃的），於是就用了甘胺酸（Glycine）這個名字；甘胺酸的字首glyc(o)-就是「甜」的意思，而-ine是化學的字尾。

甘胺酸也是非必需胺基酸之一，在體內主要參與膠原蛋白（collagen）以及紫質（porphyrins）的合成。

我們的膠原蛋白是三股螺旋的構造，它的螺旋狀構造是由甘胺酸與羥脯胺酸（hydroxyproline）一起形成的，而且主要是甘胺酸。在膠原蛋白裡面，每三個胺基酸就有一個甘胺酸，以Gly-X-X的重複序列出現。而甘胺酸與琥珀酰輔酶A（succinyl-CoA）經由酵素產生δ氨基乙酰丙酸（δ-aminolevulinic acid，ALA），然後再產生紫質。紫質是血色素（heme）的前驅物。

在C3植物的光呼吸作用（photorespiration）裡，卡爾文循環的第一個酵素RuBisCo錯誤地將氧氣與RuBP結合，產生了需要被回收的2 - 磷酸乙醇酸（2-phosphoglycolate）。回收的過程非常複雜，牽涉到三個胞器（粒線體、葉綠體、過氧化氫體）以及許多不同的中間產物；甘胺酸也是回收過程中重要的中間產物之一。

光呼吸作用。胞器由左至右：葉綠體、過氧化氫體、粒線體。
甘胺酸為分子6。

由於甘胺酸的R基只有一個碳，在蛋白質裡面的甘胺酸常對蛋白質的結構產生重大的影響。多肽鏈遇到甘胺酸，容易出現大轉彎。

甘胺酸很可能是最早出現在地球上的有機分子之一。1953年由游理（Harold C. Urey）與密勒（Stanley L. Miller）以閃電持續衝擊一個模仿原始大氣的環境一星期，得到了丙胺酸與甘胺酸。

參考資料：

Wikipedia. Glycine. Collagen. Photorespiration.

Encyclopaedia Britannica. Glycine.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

穀胺醯胺（glutamine）

穀氨醯胺。圖片來源：Wiki

穀胺醯胺（Glutamine）是在1883年由 Schulze 與 Bosshard 從甜菜汁 （beet juice）裡面分離出來的。詞源顯示它的命名是由穀胺酸（glutamic acid）而來。

穀胺醯胺是身體裡面最活躍的胺基酸，當我們的身體因為血糖下降或是緊急能量需求而需要肝臟釋出更多葡萄糖，但是儲存的肝醣已經用盡時，肝臟就會啟動醣類新生作用（gluconeogenesis）；而丙胺酸（alanine）與穀胺醯胺就是最主要用來轉化產生醣類的兩個胺基酸。

丙氨酸與穀氨醯胺如何轉為醣類。圖片來源：老葉

如上圖，丙胺酸（左上方紅字）或穀胺醯胺（右下方紅字）先經過檸檬酸循環（Citric acid cycle，一名克氏循環，綠色圈圈）到草酰乙酸（oxaloacetate）進入醣類新生作用（紅色多箭頭），然後轉為葡萄糖（glucose）。

因此，穀胺醯胺在血液裡面的濃度，在所有胺基酸裡面是最高的（500–900 µmol/L）；不只是幫忙維持血糖，穀氨醯胺也會協助血液維持適當的酸鹼度。同時，穀氨醯胺在肌肉裡面的濃度也是最高的。因此，人體內胺基酸含量最高的當然也是穀胺醯胺囉！事實上，穀胺醯胺與穀胺酸合起來，可是地球上含量最高的胺基酸呢！除此之外，它也是少數可以通過血腦障蔽（blood brain barrier，BBB）的胺基酸呢！

穀胺醯胺也是植物氮同化吸收路徑（nitrogen assimilation）中的重要成員。植物可以銨（ammonium）或硝酸根（nitrate）的形式吸收氮，進入體內後先轉為銨，再經過穀胺醯胺合成酶（glutamine synthetase，GS）與穀胺酸合成酶（glutamate synthase，GOGAT）將銨的氮轉入碳骨架，產生穀胺酸（glutamic acid）。穀胺酸接著還會經過天門冬醯胺合成酶（asparagin synthetase，AS）產生天門冬醯胺（asparagine），用以運輸或儲存。由於銨會擾亂粒線體的氫離子濃度梯度，影響電子傳遞鏈運作，所以只要一生成銨就會很快的轉為穀胺酸；在產生穀胺酸的過程中，會先產生穀胺醯胺。

所以穀胺醯胺對所有的生物來說都非常重要喔！

參考資料：

Douglas W. Wilmore and John L. Rombeau. Introduction to the Symposium Proceedings. J. Nutr. September 1, 2001 vol. 131 no. 9 2447S-2448S

Schulze, E. & Bosshard, E. (1883) Weber das glutamin. Landwirtsh. Vers. Sta. 29:295-307.

Smith QR. Transport of glutamate and other amino acids at the blood-brain barrier. J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl):1016S-22S

Moura A, Savageau MA, Alves R (2013) Relative Amino Acid Composition Signatures of Organisms and Environments. PLoS ONE 8(10): e77319. doi:10.1371/journal.pone.0077319

穀胺酸（glutamic acid）與小麥（wheat）

穀氨酸。圖片來源：Wiki

穀胺酸（glutamic acid）是在 1866由德國化學家 Karl Heinrich Ritthausen（1826-1912）用硫酸（sulfuric acid）處理麵筋  （wheat gluten，法文與拉丁文都寫作gluten；原意是黏膠）後得到的。因此，它被命名為 glutamic acid。而中文譯名穀胺酸，應該也是因為這個胺基酸是由穀物得到的。

雖然是非必需胺基酸（也就是說我們自己可以合成），穀氨酸在代謝上非常重要，透過轉胺反應（transamination），穀胺酸可以變成α-酮戊二酸（α-ketoglutarate），而跟穀胺酸一起進行轉氨反應的分子，如果是丙酮酸則會生成丙胺酸（alanine），若是草酰乙酸（oxaloacetate）則生成天冬胺酸（aspartate），這些胺基酸也都是對我們很重要的化合物喔！

除此之外，穀胺酸也是脊椎動物很重要的神經傳導物質，它有興奮的效果；所以穀胺酸也是腦中含量最高的分子之一。由穀胺酸還可以合成有抑制作用的 γ-胺基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）。

穀胺酸也是植物氮同化吸收路徑（nitrogen assimilation）中的重要成員。植物可以銨（ammonium）或硝酸根（nitrate）的形式吸收氮，進入體內後先轉為銨，再經過穀胺醯胺合成酶（glutamine synthetase，GS）與穀胺酸合成酶（glutamate synthase，GOGAT）將銨的氮轉入碳骨架，產生穀胺酸。穀胺酸接著還會經過天門冬醯胺合成酶（asparagin synthetase，AS）產生天門冬醯胺（asparagine），用以運輸或儲存。由於銨會擾亂粒線體的氫離子濃度梯度，影響電子傳遞鏈運作，所以只要一生成銨就會很快的轉為穀胺酸。因此，穀胺酸與穀胺醯胺加起來，可是地球上含量最高的胺基酸呢！

穀胺酸最為人所知的大概就是味精（穀胺酸鈉，monosodium glutamate）了。1908年東京帝國大學（Tokyo Imperial University）的池田菊苗（Kikunae Ikeda）博士，將昆布湯蒸發後得到棕色的結晶。當他用舌頭去嚐嚐這結晶時，他發現在很多食物（尤其是海草）裡面都嚐過這味道。池田博士將這個味道命名為「鮮味」（unami），並將製造這個結晶的方法申請專利；這個結晶就是味精。

參考資料：

Wikipedia. glutamic acid.

Moura A, Savageau MA, Alves R (2013) Relative Amino Acid Composition Signatures of Organisms and Environments. PLoS ONE 8(10): e77319. doi:10.1371/journal.pone.0077319