Homocysteine 經cystathionine synthase催化產生cystathionine時，需要下列何者作為輔酶？

本題觀念：

本題考查同半胱胺酸代謝（Homocysteine metabolism）中的轉硫路徑（Transsulfuration pathway）。 同半胱胺酸（Homocysteine）在體內有兩條主要代謝路徑：

1. 再甲基化（Remethylation）：回復為甲硫胺酸（Methionine），需要葉酸（Folate, B9）與維生素 B12。
2. 轉硫作用（Transsulfuration）：與絲胺酸（Serine）縮合生成胱硫醚（Cystathionine），進而生成半胱胺酸（Cysteine）。此路徑的第一步由**胱硫醚合成酶（Cystathionine $\beta$-synthase, CBS）**催化。

選項分析

• (A) pyridoxal phosphate（PLP）：正確。

  • PLP 是維生素 B6 的活化形式。
  • **胱硫醚合成酶（Cystathionine $\beta$-synthase, CBS）**是一個典型的 B6 依賴型酵素。它利用 PLP 作為輔酶，催化同半胱胺酸與絲胺酸縮合形成胱硫醚（Cystathionine）。
  • 若缺乏維生素 B6，CBS 活性下降，會導致同半胱胺酸無法順利轉化為胱硫醚，進而造成高同半胱胺酸血症（Hyperhomocysteinemia）。

• (B) nicotinamide adenine dinucleotide（NAD）：錯誤。

  • NAD 是維生素 B3（菸鹼素）的衍生物，主要參與氧化還原反應（如糖解作用、TCA cycle 中的去氫酶反應）。它不是 CBS 催化此縮合反應所需的輔酶。

• (C) thiamin pyrophosphate（TPP）：錯誤。

  • TPP 是維生素 B1（硫胺）的活化形式。主要參與$\alpha$-酮酸的氧化脫羧反應（如 Pyruvate dehydrogenase）和五碳糖磷酸路徑中的轉酮醇酶（Transketolase）反應，與此處的氨基酸代謝路徑無關。

• (D) flavin adenine dinucleotide（FAD）：錯誤。

  • FAD 是維生素 B2（核黃素）的衍生物，參與氧化還原反應。
  • 雖然在同半胱胺酸代謝的另一條路徑（再甲基化）中，MTHFR（亞甲基四氫葉酸還原酶）需要 FAD，但本題問的是「生成 Cystathionine」的轉硫步驟，該步驟專一性地需要 PLP（B6）。

答案解析

同半胱胺酸（Homocysteine）轉化為胱硫醚（Cystathionine）的反應屬於轉硫路徑（Transsulfuration pathway），由**胱硫醚$\beta$-合成酶（Cystathionine $\beta$-synthase, CBS）**催化。CBS 酵素結構中含有 Pyridoxal-5'-phosphate (PLP) 結合位，利用 PLP 作為輔酶來穩定反應中間體（Schiff base formation），從而完成縮合反應。因此正確答案為 (A)。

核心知識點

考生應統整記憶與「同半胱胺酸（Homocysteine）」代謝相關的三大維生素及其對應酵素：

1. 維生素 B6 (PLP)：
   • 參與轉硫路徑（往下代謝）。
   • 關鍵酵素：Cystathionine $\beta$-synthase (CBS)、Cystathionase（Cystathionine $\gamma$-lyase）。
   • 缺乏時：同半胱胺酸升高，無法生成 Cysteine。
2. 維生素 B12 (Cobalamin) & 葉酸 (Folate)：
   • 參與再甲基化路徑（回收成 Methionine）。
   • 關鍵酵素：Methionine synthase (MS) 需要 B12；MTHFR 需 FAD（B2）與葉酸代謝產物。
   • 缺乏時：同半胱胺酸升高，Methionine 降低，可能導致巨球性貧血。

臨床意義：高同半胱胺酸血症是心血管疾病的獨立危險因子，臨床營養治療常需同時評估 B6、B12 與葉酸的攝取狀況。

參考資料

1. Cystathionine beta-synthase - Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Cystathionine_beta_synthase) - 確認 CBS 使用 PLP 作為 cofactor。
2. Homocysteine Metabolism - Practical Haemostasis (https://practical-haemostasis.com/Thrombophilia/homocysteine.html) - 詳細描述轉硫路徑需 Vitamin B6 (PLP)。
3. The Role of Vitamins B6 and B12 in Homocysteine Metabolism (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7073167/) - 確認 B6 在 CBS 反應中的角色。