第一章 緒論
第一節 MAT 的分子生物學
第一節 MAT 的分子生物學
甲硫氨酸腺苷基轉移酵素Methionine adenosyltransferase (MAT；SAMS；
EC 2.5.1.6)，存在於所有的生物細胞中，被認為是生命所必須的酵素之一 [1-3]。它先將 ATP 上的 adenosyl group 轉移到 L-methionine 的硫原子，形成 硫帶正電的S-adenosyl-L-methionine (AdoMet；SAM)，繼而水解三個磷酸根成 為 pyrophosphate (PPi)，及 orthophosphate (Pi) [4]。 (圖 1)
S
可分為兩大類：肝系列 (liver specific) 的 MAT I/III1 與非肝系列 (non-liver specific) 的 MAT II2，前者來自於基因 MAT1A，後者來自於基因 MAT2A 和 MAT2B (Table 1)，MAT1A 表現 α1 subunit，MAT2A 表現 α2 subunit，MAT2B 則表現 β subunit [9,11-16]。
Table 1. MAT isozymes 之間的比較
MAT isozyme Catalytic subunit 是 MAT II，出生後則表現 MAT I/III，這一點和 α-fetoprotein 及 albumin 一樣，
都是肝細胞分化成熟的指標 [18]。
1 MAT I 又稱 MAT α 或 MATI; MAT III 又稱 MAT β 或 MATH。
2 MAT II 又稱 MAT γ 或 MATL。
MAT I 由 4 個 α1 組成 homotetramer，MAT III 由 2 個 α1 組成 homodimer，
兩者只存在於成熟的肝細胞 [19-20]。兩個 α subunit 組成 dimer 的作用力較 強，兩個dimer 組成 tetramer 的作用力較弱 [21]，在肝臟中，dimer 與 tetramer 處於平衡狀態 [22]，雖然兩者同樣是 α1 所組成，卻表現出不一樣的性質，除 了動力學特性不同外，MAT I 的性質是 nonhydrophobic 而 MAT III 則是 hydrophobic [22-23]；MAT I 會被 AdoMet 回饋抑制，而 MAT III 則反被 AdoMet 活化 [24-25]。
事實上，兩個 α subunit 組成 dimer 是 MAT 催化反應的必要條件，如圖 2，當兩個 α subunit 組成 dimer 時，L-Met binding site 與 ATP binding site 對 應疊合，形成了兩個活性部位，此時MAT 才具有活性 [26]；除了兩個活性部 位外，還有另一個凹洞，是相當厭水性的區域，是否有生物分子與之相結合，
是值得研究的主題。
MAT II 則廣泛存在於所有組織細胞，肝臟中也有少量 [9,11-16]，事實上，
MAT II 的組成目前還不是很了解。其組成包含 β subunit，是一個無催化活性 的調節單位。 在人類，α2′ 則是 α2 轉譯後處理的產物 [27]，具酵素活性，
也能被 α2 的抗體辨識，故兩者差異不大。β subunit 和 α2、α2′結合後，會提 高其活性，但也同時使其更容易受到AdoMet 的回饋抑制；沒有 β subunit 存 在時，其對 methionine 的 Km 為 75 µM，有足夠量的 β subunit 時，其對 methionine 的 Km為17 µM [28]。
影響MAT 活性的因素很多，除了 MAT I/III tetramer 與 dimer 的轉變和 MAT II 的 β subunit 外，還有回饋抑制如 AdoMet、Pi、PPi、polyamine [28-30]，
圖 2. 老鼠肝細胞 α subunit 模型 (PDB code：1QM4)，圖中標示出 L-Met 和 ATP 的結合位置。兩個 α subunit 組成 dimer 時，L-Met binding site 與 ATP binding site 對應組合成一個 binding site，故總共可形成兩個活性部位。
不過這些代謝物的抑制作用都不強；在 MAT1A 、MAT2A 基因上的調控則有 DNA methylation 抑 制 轉 錄 ， histone acetylation 增 加 轉 錄 [31-32] ； glucocorticoid 亦會促進 MAT1A 基因的轉錄以及增加其 mRNA 的安定性 [33]；蛋白質的修飾，則以 S-nitrosylation 最重要，當老鼠肝細胞的 MAT， C121 硫原子被 nitrosylation 後則失去活性 [34-37]，而被 nitrosylation 的 MAT，可 被 GSH 再次活化，這表示了 NO 與 GSH 在 MAT 活性調控上的重要性 (圖 3) [37]。
除了受上面因素影響外，另有研究報告指出，當細胞培養時，培養液中 methionine 濃度愈低時，其 MAT 的 Km，Vmax均相對增加 [38]。 此外，不同 物種來源的MAT 其 Km、Vmax都不同，從酵素的胺基酸序列及結構來看，活性 部位差異不大，唯活性部位外有一曲環 (flexible loop)，隨物種來源而有不同，
圖 3. NO 與 GSH 對 MAT 的調節作用 [37]。
被認為是影響其動力學的重要因素。此曲環是一段活躍而不安定的構造，可 以打開或關閉，其構形與溫度、受質存在與否有關 [39]，前面所提發生 S-nitrosylation 的 C121 位置就在曲環上面。
由於影響MAT 酵素動力學特性的因素很多，而且不一樣的研究方法，不
同的酵素純度都影響結果，所以許多研究報告都有不小的差異。一般而言，
MAT II 對 methionine 的 Km為 4~10 µM，MAT I 為 23 µM ~ 1 mM，MAT III 為 215 µM ~ 7 mM [40]。