地球上的生態環境與我們的生活息息相關，而其中扮演著關鍵角色的植物，是維持地球生命和生態平衡不可或缺的要素。植物不僅為我們提供食物和氧氣，也具有調節和保護整個生態系統的功能。儘管我們對植物已有廣泛的認識，但是對於它們如何調節生長、代謝和防禦作用，仍然有著許多未解之謎。在探索這些謎團的過程中，麩醯胺酸（Glutamine, Gln）成為了科學家的研究對象。
🪢為何科學家要研究麩醯胺酸（Gln）？
Gln是一種用於合成蛋白質的胺基酸，它存在於地球上所有的生物之中。在人體內，Gln是含量最豐富的胺基酸，其主要功能之一是運送氮元素至周邊組織以及內臟器官。據估計，人體骨骼肌中的胺基酸含量有高達六成是Gln。除了用於蛋白質合成，Gln在代謝上也是重要的能量來源。此外，Gln在免疫系統和癌細胞中也有著非常重要的功能。
同樣地，科學家也發現Gln在植物的生長、代謝、免疫和防禦作用中，扮演著重要的角色。研究Gln的功能，可以幫助我們了解植物的生長、發育和免疫機制，以及植物如何利用氮元素來維持正常的生長和代謝。這些研究對農業生產和糧食安全等方面皆有助益，可以為我們提供更好的種植技術和方法，以因應氣候變遷以及各種不同逆境所帶來的挑戰。
🪢植物體內的麩醯胺酸（Gln）是什麼？
植物所需的氮元素主要來自於土壤裡的胺（NH4+）或硝酸鹽（NO3–），這些無機氮在植物體內經過氮同化作用，最終由麩醯胺酸合成酶（Gln synthetase, GS）將胺和麩胺酸（Glutamate, Glu）轉化成Gln。因此，Gln是植物將無機氮轉化成有機氮過程中所產生的第一個有機氮化合物。Gln在植物體內扮演著多重角色，除了作為蛋白質的構成成分，還可以透過一系列的轉氨作用，提供氮元素給其他的胺基酸、核酸（nucleic acids）、胺基糖（amino sugars）和維生素B群（vitamin B1, B3, B9）等重要的生物分子。
此外，當植物需要能量時，Gln可以被分解為Glu和胺，Glu再進一步被代謝成α-酮戊二酸（α-ketoglutarate)，進入三羧酸循環（TCA cycle）產生ATP等能量分子。ATP是細胞內主要的能量來源，也是能量儲存和傳遞分子，廣泛參與生物體內各種生理、生化反應，例如細胞分裂、生長、代謝等等，這種能量供應方式維持著植物的正常生理活動。
🪢麩醯胺酸（Gln）在植物中具有的功能有哪些？
1. 促進植物生長和發育：
Gln為植物提供必要的胺基酸以合成蛋白質，促進細胞增殖和發育。在植物的生長過程中，細胞持續增殖並形成新組織，這些過程都需要充足的胺基酸與蛋白質支持。
2. 胺基酸和其他生物分子的合成：
Gln是植物將無機氮同化成有機氮的初始產物，細胞內所有含氮的有機化合物，其氮元素幾乎都直接或間接源自Gln。例如，Gln直接為細胞內核酸、胺基糖和部分維生素B群與胺基酸的生合成提供了氮源，這些生物分子，有些是細胞必須的代謝物，有些在代謝過程中發揮著調節和媒介的作用，維持植物的正常生理活動。
3. 防禦反應：
當植物面臨外界的病原體感染或其他威脅時，最新的研究發現，Gln是植物細胞抵禦外來威脅的重要訊息分子。它可以幫助植物啟動免疫與防禦機制，增強植物的抗病能力，保護自己免受傷害。
4. 逆境應對：
植物生長環境的不穩定性和逆境條件（如寒冷、乾旱、高溫等）對植物的影響很大。在這些條件下，植物能透過重新調節Gln的合成和分配，使其更具耐受性，以應對不同的環境挑戰，幫助植物更好地適應並存活。
【延伸閱讀】
近期中研院植微所謝明勳博士實驗室發表了文獻回顧並提出了一個新的假說，麩醯胺酸不僅僅是用於合成蛋白質的一種胺基酸，除了代謝的功能，麩醯胺酸也是一種訊息分子，可以調控植物的生長、發育、防禦與對逆境的反應。
論文全文詳：
Kim-Teng Lee, Hong-Sheng Liao, Ming-Hsiun Hsieh*
(2023) Glutamine Metabolism, Sensing and Signaling in Plants
https://doi.org/10.1093/pcp/pcad054
🪢未來展望：麩醯胺酸（Gln）的更多神奇之處
作為一種關鍵的胺基酸，Gln在植物的生長和發育中扮演著不可或缺的角色。隨著科技的進步，我們對Gln的瞭解將持續深化，Gln在植物中的重要性，勢必會引起更多科學家的關注。正如Gln在人體免疫系統中有著重要功能一般，科學界也逐漸體認到它對植物免疫與防禦系統的影響。近年來，隨著生物技術的發展，人們對植物代謝途徑的研究獲得大幅進展，科學家透過基因工程、代謝工程等手段，成功地改變了植物的代謝途徑，提高了作物的產量和抵抗逆境的能力。
在未來，我們可以期待科學家會有更多針對Gln的深入研究，解析其生理功能與作用機制，並積極尋求更有效的方法來利用Gln，以改善農作物的產量和品質。特別是有關Gln在植物生長和防禦機制中的作用，進一步深入研究Gln在這方面的功能，將有助於開發綠色、環保和永續的農業生產策略。