消化与吸收

消化过程将食物中的蛋白质切分为氨基酸以及由两三个氨基酸构成的短链,再由小肠吸收12。

胰腺以无活性酶原的形式分泌其蛋白酶1。SLC6A19基因编码中性氨基酸转运蛋白B0AT1,该基因突变导致哈特纳普病(Hartnup病)3。

必需氨基酸与非必需氨基酸

构成蛋白质的20种氨基酸中,有9种人体不能自行合成,必须从食物中获取1。

这9种氨基酸是组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸1。

转氨基作用与磷酸吡哆醛

大多数氨基酸在分解之前,先由依赖某种形式维生素B6的酶将其氨基转移到另一个分子上1。

氨基转移酶将α-氨基转移给α-酮戊二酸(2-氧代戊二酸),生成谷氨酸和相应的α-酮酸1。这类酶的辅因子是5′-磷酸吡哆醛(PLP)2。

谷氨酸脱氢酶

在线粒体中,一种酶将汇集到谷氨酸上的氨基以铵离子的形式释放出来2。

亮氨酸通过别构激活该酶(GLUD1),刺激β细胞分泌胰岛素5。8名高胰岛素血症-高氨血症综合征患儿均携带一个位于别构结构域的GLUD1杂合变异5。

尿素循环

肝脏将对脑有毒性的铵转化为尿素,尿素随后排出体外2。

尿素循环肝脏;OTC位于线粒体基质;ASS1、ASL和ARG1位于胞质溶胶
1234鸟氨酸瓜氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸
  1. 鸟氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨甲酰转移酶(OTC)氨甲酰磷酸在线粒体基质中进行;氨甲酰磷酸由CPS1生成,CPS1受N-乙酰谷氨酸激活
  2. 瓜氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸合成酶1(ASS1)天冬氨酸, ATP在胞质溶胶中进行;瓜氨酸经ORNT1离开基质;ATP裂解为AMP和焦磷酸
  3. 精氨酸代琥珀酸精氨酸精氨酸代琥珀酸裂合酶(ASL)释放延胡索酸,后者将本循环与柠檬酸循环相联系
  4. 精氨酸鸟氨酸精氨酸酶1(ARG1)H2O, Mn2+(每个亚基2个)释放尿素;鸟氨酸经ORNT1(SLC25A15)重新进入基质

遗传性尿素循环障碍的发病率至少为1/35,000~1/51,946活产儿6。苯甲酸钠、苯乙酸钠和苯丁酸钠可使氮经替代途径排出6。

苯丙酮尿症与新生儿筛查

苯丙酮尿症患者缺乏将苯丙氨酸转化为酪氨酸的酶7。

若不治疗,蓄积的苯丙氨酸会造成持久的脑损伤7。全球患病率估计为1/23,930活产儿8。新生儿筛查测定出生后24~72小时采集的干血斑中的苯丙氨酸7。治疗采用限制苯丙氨酸的饮食,并配合不含苯丙氨酸的蛋白质补充剂7。25%~50%的患者对沙丙蝶呤(人工合成的四氢生物蝶呤)有反应7。阿斯巴甜在肠道中水解生成苯丙氨酸9。其每日允许摄入量(40 mg/kg体重)不适用于苯丙酮尿症患者9。孕期母体血苯丙氨酸持续高于360 µmol/L时,超过90%的子女存在智力障碍7。

碳骨架:葡萄糖与酮体

氨基酸脱去氮之后,剩余部分可转变为葡萄糖或酮体,也可氧化供能1。

生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酰辅酶A、延胡索酸或草酰乙酸的碳骨架可为糖异生提供原料1。哺乳动物可由乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A合成酮体,但不能由其净生成葡萄糖1。只有亮氨酸和赖氨酸是纯生酮氨基酸1。

由丙酮酸起始的糖异生肝脏和肾皮质的线粒体基质、胞质溶胶和内质网
  1. 丙酮酸
  2. 线粒体丙酮酸羧化酶(PC)ATP→ADP, HCO3−, 生物素乙酰辅酶A为其别构激活剂;每生成1分子葡萄糖需2分子丙酮酸
  3. 草酰乙酸
  4. 线粒体苹果酸脱氢酶2(MDH2)NADH→NAD+苹果酸随后穿过线粒体内膜
  5. 苹果酸
  6. 胞质苹果酸脱氢酶1(MDH1)NAD+→NADH提供GAPDH所需的胞质NADH
  7. 草酰乙酸
  8. 胞质磷酸烯醇丙酮酸羧激酶1(PCK1)GTP→GDP释放CO2;PCK2在线粒体中催化同一反应
  9. 磷酸烯醇丙酮酸
  10. 烯醇化酶1(ENO1)H2O
  11. 2-磷酸甘油酸
  12. 磷酸甘油酸变位酶1(PGAM1)
  13. 3-磷酸甘油酸
  14. 磷酸甘油酸激酶1(PGK1)ATP→ADP
  15. 1,3-二磷酸甘油酸
  16. 甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)NADH→NAD+释放磷酸
  17. 甘油醛-3-磷酸
  18. 醛缩酶B(ALDOB)磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮由另一分子丙糖经丙糖磷酸异构酶(TPI1)生成
  19. 果糖-1,6-二磷酸
  20. 果糖-1,6-二磷酸酶1(FBP1)H2O果糖-2,6-二磷酸AMP释放磷酸;胰高血糖素降低果糖-2,6-二磷酸水平
  21. 果糖-6-磷酸
  22. 葡糖-6-磷酸异构酶(GPI)
  23. 葡糖-6-磷酸
  24. 内质网葡糖-6-磷酸酶(G6PC1)H2OSLC37A4将底物转运入内质网腔;释放磷酸
  25. 葡萄糖
生酮作用肝细胞线粒体基质
  1. 长链脂酰辅酶A
  2. 多步反应丙二酸单酰辅酶A经CPT1A肉碱穿梭进入线粒体,随后进行β氧化
  3. 乙酰辅酶A
  4. 乙酰辅酶A乙酰转移酶1(ACAT1)乙酰辅酶A线粒体硫解酶;两分子乙酰辅酶A缩合,释放辅酶A
  5. 乙酰乙酰辅酶A
  6. 线粒体HMG-CoA合酶2(HMGCS2)乙酰辅酶A, H2O定向步骤;释放辅酶A;该酶缺乏时禁食期间生酮作用受损
  7. 羟甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-CoA)
  8. HMG-CoA裂合酶(HMGCL)释放乙酰辅酶A;乙酰乙酸自发脱羧生成丙酮
  9. 乙酰乙酸
  10. 3-羟丁酸脱氢酶1(BDH1)NADH→NAD+反应接近平衡;产物比值随线粒体NADH/NAD+比值变化
  11. D-3-羟丁酸