氨基酸代谢

介绍氨基酸和合成和分解代谢

分解代谢

草酰乙酸途径

只有Asp和Asn,通过简单的脱酰胺和转氨解决

α-酮戊二酸途径

有Gln,Gln,Arg,His,Pro

Glu,Gln很简单，和Asp一样

剩下三个都是先变成谷氨酸再去处理氨基

脯氨酸的氨基是亚氨基，处于环状结构中，所以不能被转氨酶催化。它被脯氨酸脱氢酶（PRODH）催化，形成5-羧基二氢吡咯（Δ1-pyrroline-5-carboxylate，P5C），P5C与谷氨酸-γ-半醛是互变异构，后者被醛脱氢酶（P5CDH，编码基因为ALDH4A1）氧化成谷氨酸。

说的通俗点，先脱氢产生双键，双键会自发断裂产生半醛谷氨酸（半醛就是有羧酸有醛），之后将醛氧化成羧基就可以了

精氨酸需要尿素循环，先产生鸟氨酸，过量后之后被转氨酶（OAT）脱去侧链氨基变成半醛谷氨酸，再氧化就可以了

组氨酸被组氨酸氨基裂解酶（histidine ammonia-lyase，HAL）催化，脱去氨基形成尿刊酸。HAL也叫组氨酸酶（histidase）。尿刊酸水合、开环生成N-甲亚氨基谷氨酸，然后把甲亚氨基转给四氢叶酸，就转化成谷氨酸了。催化这一步的酶是谷氨酸甲亚氨基转移酶（glutamate formiminotransferase，也叫formimidoyltransferase cyclodeaminase，FTCD）。甲亚氨基四氢叶酸用于碱基合成，这是组氨酸的一个重要作用

注意，第一个酶是裂解酶，不是氧化酶

这里的甲亚氨基四氢叶酸会在之后会通过环化脱氨酶除去氨，产生游离氨

5-CH=NH-THF  →  5,10-CH=THF  +  NH₃

琥珀酸辅酶A途径

有Thr,Met,Val,Ile

这就是所谓的VOMIT途径，O就是奇数脂肪酸，V,M,I,T就是那四个氨基酸

首先是Thr，它有三条分解途径：LTA途径，TDG途径，SDS途径，通俗点，就是直接裂解，先氧化再裂解和产生丙酰辅酶A，第三条（SDS）在人体内就是主要途径

首先是在苏氨酸脱水酶催化下脱水（就是脱羟）脱氨，产生α-酮丁酸，然后脱氢脱羧，生成丙酰辅酶A，进入丙酸代谢

注意，这里的脱水脱氨酶也可以催化丝氨酸脱水脱氨，叫做丝氨酸/苏氨酸脱水酶（SDS）同时还存在一条只作用于苏氨酸的酶（TGH）但在人体中失活

Met是甲基供体，这也是其代谢开端，首先被ATP活化产生SAM，由MAT催化，该反应会将所有磷酸放出

SAM是甲基供体，转甲基后水解出来就成了高半胱氨酸，也就是同型半胱氨酸（Hcy），其先和丝氨酸合成胱硫醚（Hcy-S-Cys)，然后在硫的另一端降解，S就转给了丝氨酸形成半胱氨酸，所以半胱氨酸也就被合成出来，不算必需氨基酸，而高半胱氨酸则产生 α-酮丁酸，这和苏氨酸就一致了

另外，Hcy也可以从叶酸得到甲基变回去，这就是甲硫氨酸循环，这个过程依赖B12，这个过程中，四氢叶酸上的甲基最后会变成SAM中，前者甲基直接链接在氮原子上，亲电性不够，而后者因为有一个硫带正电荷可以极化上面三个甲基基团，使得转移的的甲基高度亲电，活性更高，所以叶酸是一些嘌呤嘧啶合成原料，而SAM则是各类甲基化来源，这也是为什么B12缺乏会导致恶性贫血，因为Hcy积累，四氢叶酸再生受阻

Ile和Val比较简单，都是先脱氨再脱羧，生成脂酰辅酶A

Ile脱氨脱羧后，经过类似β-氧化的过程生成乙酰辅酶A和丙酰辅酶A。缬氨酸生成的是异丁酰辅酶A，脱氢、水化后再水解，生成3-羟基异丁酸，氧化为甲基丙二酰辅酶A，再变位生成琥珀酰辅酶A。

说通俗点，一个直接裂开，一个则是将一个碳氧化成羧基形成丙二酰辅酶A

Leu同为支链氨基酸同理，需要的转氨酶都是支链氨基酸转氨酶（BCAT）脱羧都是支链α-酮酸脱氢酶（BCKD），但Leu最后生成HMG-CoA，裂解成乙酰辅酶A和乙酰乙酸，被算到另一个途径了，乙酰辅酶A在通过三羧酸循环到达糖异生节点草酰乙酸前先要放出两个二氧化碳，相当于先+2再-2，虽然不是同一个2但的确算是无法异生，这也是为什么Leu是严格生酮氨基酸了

丙酮酸途径

这个途径有五个，Ala,Gly,Ser,Thr,Cys，这五个基本结构简单分子较小

首先就是Thr，前面所说的LTA途径，就是通过苏氨酸醛缩酶（LTA）催化，将其裂解未甘氨酸和乙醛，这是鸟类的主要途径，另一个TDG途径，通过苏氨酸脱氢酶（TDG）催化苏氨酸生成2-氨基-3-氧代丁酸，就是侧链的羟基变酮基，之后 被2-氨基-3-酮丁酸辅酶A连接酶（Kbl）裂解生成乙酰辅酶A和甘氨酸，这是各类微生物和大鼠的主要途径

Ser可以被脱水酶脱水脱氨生成丙酮酸，也可以靠丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）催化，脱水并将甲基给叶酸，最终产生甘氨酸，这个阶段是可逆的，也是gly主要产生途径，所以gly不是必须氨基酸

gly可见其是一个代谢节点，它可以参与嘌呤等的合成

它的主要降解途径是甘氨酸裂解酶复合物（glycine cleavage complex，GCC）催化脱羧，也叫甘氨酸脱羧酶，生成亚甲基四氢叶酸，二氧化碳和氨

次要代谢途径是氧化脱羧形成乙醛酸，在变成甲酸或草酸（双羧酸）

第三个途径就上上述的，甘氨酸变成丝氨酸

Cys代谢关键在硫，有两种途径

第一是半胱氨酸脱硫酶（cysteine desulfurase）催化脱硫，直接生成丙酮酸

第二是半胱氨酸双加氧酶（CDO）催化，变成半胱氨酸亚磺酸，就是将侧链硫醇（-S)变成亚磺酸（-S(=O)-OH）这里和磺酸区分 （-S(=O)₂-OH）半胱氨酸亚磺酸就是牛磺酸（tau）的前体，半胱氨酸亚磺酸也可以通过转氨，拖去亚硫酸氢根产生丙酮酸，亚硫酸可以被亚硫酸盐氧化酶变成硫酸，作为PAPS原料，参与脑硫脂合成，或者由尿排出

乙酰乙酰辅酶A途径

主要是较大的氨基酸，反应也比较复杂

分别为Phe,Tyr,Leu,Lys,Trp

Phe最简单，苯丙氨酸羟化酶（PAH）催化生成Tyr，这也是酪氨酸合成途径，所以酪氨酸不是必须氨基酸

酪氨酸转氨生成4-羟苯丙酮酸，被4-羟苯基丙酮酸双加氧酶（HPD）催化脱羧，生成尿黑酸。尿黑酸本身无色，但在空气中氧化会生成类似黑色素的聚合物，导致尿液变黑，所以称为尿黑酸（alkapton或homogentisate）

尿黑酸正常情况会被尿黑酸氧化酶（HGD）氧化分解，但如果该酶先天缺陷，会导致尿液含有尿黑酸，空气中会变黑，这就是尿黑酸症，遗传代谢病研究之父加罗德（Archibald Garrod）首次对其进行系统研究，所以也称为加罗德综合征

尿黑酸继续代谢会开环，最后形成延胡索酸和乙酰乙酸，所以Phe和Tyr也是延胡索酸途径

Leu前文已述

Lys的代谢比较复杂，它首先需要去除侧链氨基，这有两种途径，酵母氨酸途径和派可酸途径

酵母氨酸途径由α-氨基己二酸半醛合成酶（AASS）催化，侧链氨基和α-酮戊二酸的酮基缩合成α-氨基己二酸半醛，随后会氧化成α-氨基己二酸，之后通过脱氨产生α-酮己二酸，再脱羧产生戊二酰辅酶A，再脱羧产生巴豆酰辅酶A，再经过一系列氧化脱氢，最终产生乙酰乙酰辅酶A

派可酸途径则由赖氨酸氧化酶催化，氧化脱去α-氨基，产生的酮酸和侧链氨基环化产生派可酸，再开环，这样，侧链的氨基就到了α位，产生α-氨基己二酸半醛，这就与酵母氨酸途径汇合了

色氨酸可以说是最复杂的，有着多条通路，大致可以分三条

第一条是犬尿氨酸途径，肝细胞利用色氨酸-2,3-双加氧酶(TDO)，而肝外组织则使用吲哚胺-2,3-双加氧酶(IDO)，将色氨酸变成犬尿氨酸，这个东西是个关键分支点，可以去产生神经调节因子或者神经毒性因子（如喹啉酸）喹啉酸也是烟酸前体，还可以分解成丙酮酸和乙酰乙酰辅酶A，这是人体最主要的途径

第二条是直接羟化并脱羧产生5-羟色胺（血清素）

第三个途径由肠道菌群负责，直接脱去吲哚产生丙酮酸，多余的吲哚可以合成各种衍生物

合成代谢

合成代谢要比分解代谢枯燥的多，除了少部分外，大部分氨基酸的合成就像胆固醇合成一样，都是复杂而长的

人体共有八种必须氨基酸和十二种非必须氨基酸

Asp,Asn,Glu,Gln只需要简单的转氨和酰胺化即可

Pro几乎就是它分解过程相反，Arg则需要复杂的过程产生谷氨酸半醛和鸟氨酸，剩下的就成尿素循环

Gly，Cys，Tyr分解代谢的部分已经说过

Ser需要单独说，它有三磷酸甘油酸脱氢产生三磷酸羟化丙酮酸，之后转氨得到磷酸丝氨酸，去磷酸后即可

丙氨酸也是丙酮酸转氨产物

组氨酸更复杂，由PRPP（就是嘌呤合成起始的那个）起始，经过复杂反应生成，婴幼儿也必须氨基酸

α-酮戊二酸途径

Glu,Gln,Arg,Pro,Lys，和分解途径几乎一样

赖氨酸在眼虫中是α-酮戊二酸途径，但在绿色植物和细菌是草酰乙酸加丙酮酸

草酰乙酸途径

Asp,Asn,Met,Thr,Lys,Ile

后四位的合成的共同点是都先合成天冬氨酸半醛，然后合成，而Met和Thr则需要经过高丝氨酸过程

丙酮酸途径

Ala,Val,Ile,Leu

缬氨酸和异亮氨酸分别是丙酮酸和酮丁酸跟活性乙醛基缩合，活性乙醛基来源于丙酮酸和TPP缩合产生

亮氨酸则是缬氨酸的分支，缬氨酸合成途径的α-酮异戊酸是分支点，其可以再用于合成亮氨酸

丝氨酸途径

Ser,Gly,Cys

这三位前问已述

芳香族氨基酸途径和组氨酸合成

芳香族都是四磷酸赤藓糖和PEP缩合后经历一系列代谢产生，分支酸是分支点，其可以合成为预苯酸，再合成苯丙氨酸和酪氨酸（这里的酪氨酸不是苯丙氨酸产物）而分支酸也可以另外合成色氨酸

组氨酸前文已述，其来源PRPP本质也来源于PPP途径所以放在一起