肝臟以外組織中的胺基酸經代謝分解後產生NH 4+（ammonia），其會藉由形成何種物質進入肝臟粒線體，隨後再經肝臟代謝轉化成尿素（urea）？

本題觀念：

氮的代謝與運輸 (Nitrogen Metabolism and Transport)

人體周邊組織（如肌肉、腦部等）代謝胺基酸後會產生具有神經毒性的游離氨（Ammonia, $NH_4^+$）。為了安全地將其運輸至肝臟進行解毒（尿素循環），氨必須轉化為無毒的攜帶形式。主要的運輸形式有兩種：麩醯胺酸（Glutamine）與丙氨酸（Alanine）。

選項分析

• A. 葡萄糖6-磷酸（Glucose 6-phosphate）：

  • 這是醣解作用（Glycolysis）與葡萄糖新生（Gluconeogenesis）的中間產物，不含氮原子，不參與氨的血液運輸。

• B. 腺苷三磷酸（ATP）：

  • 這是細胞內的能量貨幣。雖然氨轉化為麩醯胺酸的過程需要消耗 ATP，但 ATP 本身並非氨的載體。

• C. 麩醯胺酸（Glutamine）：（正確答案）

  • 機制：在肝臟以外的組織（特別是腦部、肌肉等），游離氨（$NH_4^+$）會與麩胺酸（Glutamate）結合，經由麩醯胺酸合成酶（Glutamine Synthetase）催化形成麩醯胺酸（Glutamine）。
  • 運輸與代謝：麩醯胺酸是一種無毒的中性胺基酸，能安全地經由血液運輸至肝臟。
  • 進入粒線體：進入肝細胞後，麩醯胺酸會進入粒線體（Mitochondria）。
  • 轉化：在粒線體內，**麩醯胺酸酶（Glutaminase）**會將其水解，釋放出游離氨（$NH_4^+$）與麩胺酸。釋出的氨隨即作為受質，參與尿素循環（Urea Cycle）的第一步反應（由 CPS-I 催化）。

• D. 乙醯輔酶 A（Acetyl-CoA）：

  • 這是能量代謝的中樞分子（連接醣解與檸檬酸循環），參與脂肪酸合成與氧化，不負責攜帶氨。

答案解析

題目描述了一個將周邊組織產生的 $NH_4^+$ 運送至肝臟粒線體並轉化為尿素的過程。**麩醯胺酸（Glutamine）**正是扮演此角色的關鍵分子。它在周邊組織由 $NH_4^+$ 和 Glutamate 合成，進入肝臟粒線體後，經 Glutaminase 分解再次釋出 $NH_4^+$，直接供給尿素循環使用。因此，選項 (C) 麩醯胺酸（glutamine） 是正確答案。

註：雖然丙氨酸（Alanine）也是重要的氨載體（主要來自肌肉的 Glucose-Alanine Cycle），但選項中未列出，且 Glutamine 是更廣泛（包含腦部）的運送形式，且其代謝釋放氨的位置明確位於肝臟粒線體內。

核心知識點

考生應掌握 「氨的組織間運輸」 與 「尿素循環前驅物」 的細節：

1. 麩醯胺酸循環 (Glutamine Cycle)：

   • 周邊組織：Glutamate + $NH_4^+$ + ATP $\xrightarrow{Glutamine\ Synthetase}$ Glutamine + ADP + Pi
   • 肝臟（粒線體）：Glutamine + $H_2O$ $\xrightarrow{Glutaminase}$ Glutamate + $NH_4^+$
   • 重要性：主要的氨運輸形式，也是腦部移除神經毒性氨的主要機制。

2. 葡萄糖-丙氨酸循環 (Glucose-Alanine Cycle)：

   • 肌肉：Pyruvate + Glutamate $\xrightarrow{ALT}$ Alanine + $\alpha$-KG
   • 肝臟：Alanine + $\alpha$-KG $\xrightarrow{ALT}$ Pyruvate + Glutamate
   • 重要性：肌肉組織主要的氨運輸方式，同時支援糖質新生。

3. 尿素循環 (Urea Cycle) 關鍵酶：

   • CPS-I (Carbamoyl Phosphate Synthetase I)：位於粒線體，是尿素循環的速率決定步驟，利用游離氨（由 Glutaminase 或 GDH 提供）合成 Carbamoyl phosphate。

參考資料

1. Ferrier, D. R. (2021). Lippincott Illustrated Reviews: Biochemistry. Chapter 19: Nitrogen Metabolism. "Transport of Ammonia to the Liver".
2. Lieberman, M., & Peet, A. (2018). Marks' Basic Medical Biochemistry. Section V: Nitrogen Metabolism.
3. StatPearls [Internet]. "Physiology, Urea Cycle". Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK513323/