甲硫氨酸
概述
甲硫氨酸（Methionine）是20种标准蛋白质氨基酸之一，也是人体必需氨基酸中唯一含有硫原子的氨基酸。它在蛋白质合成、甲基化反应、抗氧化防御和多种代谢途径中扮演着核心角色。作为起始氨基酸，甲硫氨酸在翻译起始过程中具有不可替代的功能。其代谢与同型半胱氨酸循环紧密相连，对心血管健康、神经发育和衰老过程有重要影响。
化学结构与特性
| 属性 | 描述 |
|---|---|
| 系统命名 | 2-氨基-4-甲硫基丁酸 (2-Amino-4-(methylthio)butanoic acid) |
| 三字母代码 | Met |
| 单字母代码 | M |
| 分子式 | C₅H₁₁NO₂S |
| 分子量 | 149.21 g/mol |
| 侧链结构 | -CH₂-CH₂-S-CH₃（疏水性脂肪族侧链，含硫醚键） |
| pKa (COOH) | 2.28 |
| pKa (NH₃⁺) | 9.21 |
| 等电点 (pI) | 5.74 |
| 旋光性 | L-型为天然蛋白质构成形式；D-型在自然界罕见，有特殊代谢途径。 |
| 水溶性 | 可溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。 |
结构特点：甲硫氨酸的侧链包含一个柔性的四碳链，末端是甲硫基。这个硫原子不带有电荷，但具有亲核性，可参与多种化学反应。甲硫氨酸属于疏水性氨基酸。
生物合成与膳食来源
必需性
哺乳动物无法从头合成甲硫氨酸，必须从膳食中获取，因此被分类为必需氨基酸。
膳食来源
甲硫氨酸广泛存在于蛋白质食物中，尤其在以下食物中含量丰富（单位：mg/100g可食部）：
| 食物类别 | 代表食物 | 含量特点 |
|---|---|---|
| 动物蛋白 | 鸡蛋（尤其是蛋白） | 含量最高，生物利用率极高 |
| 鱼类（金枪鱼、三文鱼） | 丰富来源 | |
| 禽肉（鸡胸肉、火鸡） | 高含量，低脂肪选择 | |
| 红肉（牛肉、猪肉） | 含量高，但需注意摄入量 | |
| 乳制品（奶酪、牛奶） | 良好来源 | |
| 植物蛋白 | 巴西坚果 | 植物中含量最高 |
| 芝麻、葵花籽 | 种子类含量较高 | |
| 大豆及豆制品 | 相对含量较高，但低于动物蛋白 | |
| 全谷物（燕麦、小麦） | 含量中等 | |
| 局限性 | 大多数蔬菜、水果 | 含量较低 |
注：谷物类蛋白质通常缺乏赖氨酸，而豆类蛋白质则相对缺乏甲硫氨酸。因此，通过蛋白质互补（如米饭配豆类）可提高整体蛋白质质量。
生物学功能与代谢
甲硫氨酸是多种关键生物分子的代谢前体，其核心地位体现在以下几个相互关联的途径中：
1. 蛋白质合成的起始氨基酸
在真核生物中，所有蛋白质合成的起始密码子都是AUG，它编码甲硫氨酸。因此，新生的多肽链N末端第一个氨基酸总是甲硫氨酸（后续可能被切除）。
原核生物使用甲酰甲硫氨酸作为起始氨基酸。
2. 甲基供体——S-腺苷甲硫氨酸
甲硫氨酸最核心的功能是作为通用甲基供体的前体。
活化：甲硫氨酸在甲硫氨酸腺苷转移酶催化下，与ATP反应，生成 S-腺苷甲硫氨酸。
供甲基：SAM在多种甲基转移酶作用下，将其活化的甲基（-CH₃）转移给DNA、RNA、蛋白质、磷脂和神经递质等底物，自身转化为 S-腺苷同型半胱氨酸。
关键反应：
DNA/RNA甲基化：表观遗传调控基因表达。
磷脂合成：合成磷脂酰胆碱（卵磷脂）。
肌酸合成：为肌肉和神经细胞供能。
儿茶酚胺代谢：合成肾上腺素、去甲肾上腺素。
蛋白质修复：特定甲硫氨酸残基可被氧化为甲硫氨酸亚砜，由甲硫氨酸亚砜还原酶修复，构成重要的抗氧化系统。
3. 甲硫氨酸循环与同型半胱氨酸代谢
健康关键：Hcy水平受B族维生素调控。维生素B12和叶酸（B9）是再甲基化途径的辅因子；维生素B6是转硫途径的辅因子。缺乏这些维生素会导致高同型半胱氨酸血症，是心血管疾病和神经退行性疾病的独立危险因素。
4. 其他重要产物的前体
多胺合成：SAM脱羧后参与合成亚精胺、精胺，对细胞生长、增殖和分化至关重要。
乙烯合成（植物）：植物中SAM是植物激素乙烯的直接前体。
谷胱甘肽合成：通过转硫途径生成半胱氨酸，是合成谷胱甘肽（主要细胞内抗氧化剂）的关键限速步骤。
临床与健康意义
甲硫氨酸限制
理论基础：限制甲硫氨酸摄入被证明在多种动物模型中能延长寿命、改善代谢健康、抑制肿瘤生长。机制可能与降低 mTOR 信号、增加自噬、减少活性氧产生有关。
实践挑战：人类难以通过普通膳食精确实现甲硫氨酸限制而不导致营养不良。目前是衰老和癌症研究的前沿领域。
缺乏与过量
缺乏症：罕见，仅见于严重蛋白质-能量营养不良或特殊代谢疾病。可导致生长迟缓、脂肪肝、毛发脆弱、皮肤病变和神经系统异常。
过量问题：长期过量摄入（远高于推荐量）可能加重高同型半胱氨酸血症个体的风险。在动物模型中，极高剂量可能促进某些肿瘤生长。
相关遗传代谢病
高同型半胱氨酸尿症：常因胱硫醚β-合酶缺陷导致，严重者出现智力障碍、骨质疏松、血栓栓塞、晶状体异位。治疗包括低甲硫氨酸饮食、补充甜菜碱和B族维生素。
亚甲基四氢叶酸还原酶缺乏症：影响再甲基化，导致高Hcy血症。
推荐摄入量与补充剂
推荐膳食供给量：成人约为每天10-20 mg/kg体重。对于70kg成人，约0.7-1.4克/天。
补充剂：
SAM-e：作为膳食补充剂，用于改善情绪（抑郁症）、骨关节炎和肝脏健康，但证据力度不一。
甲硫氨酸本身：有时与乙酰半胱氨酸等结合用于支持肝脏解毒，需在医生指导下使用。
平衡摄入：重要的是保证充足的叶酸、维生素B12和B6摄入，以支持甲硫氨酸的正常代谢，防止Hcy累积。
参考文献
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Finkelstein, J. D. (1990). Methionine metabolism in mammals. Journal of Nutritional Biochemistry, 1(5), 228-237. （经典文献，阐述甲硫氨酸代谢通路）
Refsum, H., et al. (1998). Homocysteine and cardiovascular disease. Annual Review of Medicine, 49, 31-62. （确立同型半胱氨酸与心血管疾病的关联）
Lee, B. C., & Gladyshev, V. N. (2011). The biological significance of methionine sulfoxide stereochemistry. Free Radical Biology and Medicine, 50(2), 221-227. （阐述甲硫氨酸氧化修复的生物学意义）
Maddocks, O. D., et al. (2013). Serine starvation induces stress and p53-dependent metabolic remodelling in cancer cells. Nature, 493(7433), 542-546. （相关研究，提示甲硫氨酸代谢在癌症中的重要性）
Orentreich, N., et al. (1993). Low methionine ingestion by rats extends life span. Journal of Nutrition, 123(2), 269-274. （早期关于甲硫氨酸限制与寿命的动物研究）
总结：甲硫氨酸远不止是一个蛋白质构件。作为必需的含硫氨基酸，它处于代谢网络的枢纽位置，连接着蛋白质合成、表观遗传调控、抗氧化防御和心血管健康。维持其摄入与代谢的平衡，确保充足的B族维生素协同作用，对长期健康至关重要。其限制可延寿的发现，更使其成为衰老和代谢研究的热点分子。
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