谷氨酸

谷氨酸和 2-酮戊二酸之间的相互转化在植物碳 (C) 和氮 (N) 代谢中发挥着重要作用，并且可以由谷氨酸脱氢酶 (GDH) 催化。然而，GDH 在植物中保持着微不足道的功能。为了阐明 GDH 的作用，研究人员分析了拟南芥组织中的 GDH 表达。结果表明，拟南芥 GDH 基因表达调控依赖于所分析的器官或组织类型以及细胞 C 浓度。此外，gdh1-2 和 gdh2-1 被确定为拟南芥突变体，这些突变体在 GDH 基因中存在缺陷。这些突变体被分离出来，并进行杂交以产生双基因敲除突变体，其特征为 gdh1-2/gdh2-1，含有可忽略不计的 NAD(H) 依赖性 GDH 活性。这些突变体的表型分析表明，gdh1-2/gdh2-1 植物更容易受到 C 缺乏条件的影响，这表明双基因敲除突变体支持 GDH 的分解代谢作用，并有助于在 C 饥饿期间为 TCA 循环提供燃料。当谷氨酸作为替代 N 源提供时，在 gdh2-1 和 gdh1-2/gdh2-1 植物中观察到谷氨酸分解代谢速率降低，这由这些突变体的随之而来的生长迟缓所表明。在长时间黑暗条件下，从野生型和 gdh 突变体植物中获得的氨基酸谱之间存在显著差异。当发现野生型植物中的谷氨酸水平升高而 gdh1-2/gdh2-1 中降低时，这些差异变得明显。此外，已确定对 GDH 调控有贡献的因素包括细胞碳水化合物和 ATP 水平。gdh1-2/gdh2-1 植物中观察到的几种氨基酸的异常积累提供了进一步的证据。这些结果得出结论，GDH 在 C 饥饿期间氨基酸分解中发挥着重要作用。

GDH 参与氨基酸分解在 C 缺乏期间对所有生物体显然都很重要。尽管如此，植物能够牺牲组织和细胞，以支持其他在代谢上更重要的组织和细胞，从而生存。当观察到的莲座叶损伤在 C 缺乏条件下比茎或顶端分生组织所遭受的损伤更严重时，这种行为得到了例证。GDH 的线粒体定位被确定为直接影响 GDH 在 C 缺乏期间将氨基酸碳骨架导入 TCA 循环中的参与。此外，GDH 与 RNA 结合抑制体外 RNA 编辑的能力因 NADH、NADPH 和 ATP 水平升高而减弱。这提供了对 GDH 结合这些分子的能力的进一步见解。

参考文献

http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/59/3/667#SEC4

综述文章：精氨酸剥夺和代谢组学：与正常细胞和肿瘤细胞的不同敏感性相关的中间代谢的重要方面 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6WWY-4G4N5TG-1&_user=47004&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000005018&_version=1&_urlVersion=0&_userid=47004&md5=0a03a14d1acfa0f568a0b83046a6d5ab 已知精氨酸剥夺会导致多种肿瘤细胞类型死亡，因为它们无法将尿素循环中间体转化为精氨酸。在快速繁殖和生长的生物体中，精氨酸通常是限速氨基酸或“半必需”氨基酸。肿瘤对精氨酸的需求量很大，会导致动物肿瘤的增殖活性增加。因此，低精氨酸会减缓增殖，而在恶性肿瘤细胞中，低但并非完全缺乏的精氨酸浓度会导致细胞死亡，然而死亡途径尚不清楚，并且人们认为凋亡是导致死亡的原因。进行了体内细胞培养实验，结果表明，体内存在的恢复精氨酸水平的稳态机制在体外并不存在，因为体外没有可用的瓜氨酸。还评估了直接消除精氨酸的细胞和通过精氨酸降解酶消除精氨酸的细胞的精氨酸消除。在用精氨酸分解代谢酶使精氨酸缺乏的正常细胞培养物中，细胞生长通过瓜氨酸得到恢复，瓜氨酸通过尿素循环转化为精氨酸，但由于分解代谢酶的存在，没有任何细胞通过添加精氨酸得到挽救。在体内，如果没有分解代谢酶，消除精氨酸不会成功，除非瓜氨酸合成受到损害，例如肾功能衰竭。然而，体外研究似乎更有希望。在正常情况下，瓜氨酸转化为精氨酸的转化率太低，无法维持肿瘤生长。开发精氨酸抗癌药物的前景非常大，尽管这种药物要问世还需要相当长的时间。不同的酶会产生不同的产物，这些产物可能会以不同的方式影响细胞代谢。代谢组学具有相关性，将来可能有助于表征肿瘤和患者。此外，代谢组学可用于促进癌症治疗中的某些方案。

1. 半必需氨基酸 - 氨基酸是在条件合适的情况下可以由体内合成的一些氨基酸。精氨酸和组氨酸可以在需要时由其他氨基酸转化而来。2. 瓜氨酸 - 是一种α-氨基酸，也是尿素循环中的关键中间体。瓜氨酸是一种取代的尿素，由鸟氨酸和氨甲酰磷酸生成，也作为一氧化氮合酶催化的精氨酸副产物生成。当缺乏精氨酸时，生物体会将鸟氨酸转化为瓜氨酸以产生精氨酸。3. 体外 - 是在生物系统外受控环境中进行的实验。4. 体内 - 在生物体内进行的实验。5. 分解代谢 - 分子分解成更小单位并释放能量的代谢过程。6. 细胞培养 - 在受控条件下培养原核生物、真核生物或植物细胞的过程。7. 肝细胞癌 - 是肝脏的原发性恶性肿瘤（癌症）。大多数 HCC 病例继发于病毒性肝炎感染（乙型肝炎或丙型肝炎）或肝硬化（酒精是肝硬化的最常见原因）。8. 间质 - 存在于细胞、组织或器官中的一种无功能性结缔组织支架。9. 精氨琥珀酸 - 一些细胞从瓜氨酸和天冬氨酸生成精氨琥珀酸，并将其用作尿素循环中精氨酸的前体。精氨琥珀酸是通过精氨琥珀酸裂解酶在柠檬酸循环中生成延胡索酸的前体。

这篇文章与我们生物化学代谢课程相关，因为瓜氨酸可以在尿素循环中转化为精氨酸。在尿素循环中，两个氨基进入循环，以氨甲酰磷酸的形式出现，氨甲酰磷酸是在线粒体基质中形成的，并且以天冬氨酸的形式出现，天冬氨酸也是在线粒体基质中通过草酰乙酸和谷氨酸的转氨基作用形成的。随后，第一步是从鸟氨酸和氨甲酰磷酸生成瓜氨酸。瓜氨酸在线粒体中生成，然后进入胞质溶胶。精氨琥珀酸通过中间体瓜氨酸-AMP 形成。精氨酸由精氨琥珀酸生成，并释放延胡索酸，延胡索酸可以进入柠檬酸循环。从精氨酸中生成尿素，并再生鸟氨酸。

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http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TCN-4DVBVM9-1&_user=47004&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000005018&_version=1&_urlVersion=0&_userid=47004&md5=867c1849aa7bbf8b41bb218f2d1cd367 经过同行评审的文章：D-丝氨酸诱导的肾毒性：基于 HPLC-TOF/MS 的代谢组学方法

D-丝氨酸作为人类和实验动物大脑中 N-甲基-D-天冬氨酸受体上甘氨酸位点的内源性调节剂的作用最近得到了证实。脑中 D-丝氨酸的水平类似于甘氨酸，但 D-丝氨酸在一些区域（如纹状体）的水平是甘氨酸的 2.6 倍。已知 D-丝氨酸会对肾近端小管细胞造成选择性损伤，并导致蛋白尿、糖尿和氨基酸尿。氨基酸尿是导致坏死发生的重要产物。D-丝氨酸在鼠体内产生肾损伤的机制尚不清楚。D-丝氨酸进入近端小管的直段后就会被代谢，并生成α-酮酸、氨和过氧化氢。本文的研究人员使用 HPLC-MS 代谢组学来研究与 D-丝氨酸诱导的肾毒性相关的尿液代谢物的特征。通过 HPLC-MS，结果表明 D-丝氨酸导致尿液代谢谱发生改变。除了乙酰肉碱增加外，还观察到脯氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、酪氨酸和缬氨酸等代谢物。这些信息提供了有关 D-丝氨酸代谢及其在肾脏中执行的功能的信息。

1. 肾毒性 - 是药物或毒素对肾脏的有毒作用。2. 氨基酸尿 - 尿液中的氨基酸。3. 蛋白尿 - 尿液中的蛋白质。4. 糖尿 - 尿液中的葡萄糖。5. 近端小管 - 是肾单位中连接鲍曼氏囊和亨利氏环的管道系统的一部分。6. 扰动 - 由外部或内部机制引起的机能改变。7. 氟烷 - 是一种麻醉剂，会引发易感动物或个体的恶性高热。在这篇文章中，它被用来杀死实验大鼠。8. 放血 - “失血致死” - 失血致死的过程，氟烷治疗后，随后进行放血。

本文与课堂内容的一个关联是通过D-丝氨酸进入肾脏后产生的氨和过氧化氢。氨的分解代谢产物会对生物化学过程造成威胁，因为氨具有毒性。氨在人体内的终末阶段包括昏迷状态、脑水肿和颅内压升高。为了消除细胞质中不需要的氨，需要通过谷氨酸脱氢酶将α-酮戊二酸还原胺化生成谷氨酸，并通过谷氨酰胺合成酶将谷氨酸转化为谷氨酰胺。这两种酶在大脑中都有，但谷氨酰胺合成酶在氨去除途径中更为突出。

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同行评审文章：结合代谢组学和遗传学方法揭示了发育中的豌豆种子中多胺途径与白蛋白 2 之间的联系 http://www.plantphysiol.org/cgi/content/full/146/1/74 豌豆 (Pisum sativum) 白蛋白 2 (PA2) 是一种来自种子的蛋白质，不是经典的储存蛋白，缺乏信号肽，在发芽时不会降解，并且很难被农场动物消化，并且被证明是一种潜在的过敏原。代谢组学方法已被应用于研究白蛋白蛋白 PA2 的生物学功能。PA2 蛋白含有四个血红素结合蛋白重复序列，在结构上与一组哺乳动物调节蛋白（如维tronectin）相关。因此，人们认为 PA2 可能充当代谢过程的调节剂。在哺乳动物中，血红素结合蛋白充当血浆血红素的清除剂和转运蛋白，血浆血红素是有毒的，可能有助于一氧化氮的稳态。研究人员鉴定了具有降低种子中 PA2 含量的突变体，这可能为改善种子质量特性（包括消化率和减少过敏反应）提供方法。缺乏 PA2 的种子具有更高的 N 含量和更高的总种子蛋白含量，而淀粉含量保持不变。代谢物表明氨基酸组成和多胺含量存在显着差异。缺乏 PA2 导致多胺含量降低。检查多胺合成表明，不同的亚精胺含量是由于亚精胺合成酶和精氨酸脱羧酶的变化造成的。研究人员得出结论，PA2 调节多胺代谢。多胺是有机化合物，具有两个或多个伯胺基团 - 例如腐胺、尸胺、亚精胺和精胺 - 它们是真核细胞和原核细胞中的生长因子。亚精胺合成酶 - 是一种催化 5'-脱氧-5'-S-(3-甲硫基丙胺基) 磺鎓腺苷向腐胺转移丙胺基团以合成亚精胺的酶。精氨酸脱羧酶 - 是一种催化 L-精氨酸化学反应并产生胍丁胺和二氧化碳的酶。冷冻干燥 - 也称为冷冻干燥，是一种干燥方法，可以显着减少此类损伤。丹酰化 - 使用丹磺酰氯的过程 - 是一种与脂肪族和芳香族胺中的伯胺基团反应以生成稳定的蓝色或蓝绿色荧光磺酰胺加合物的试剂。丹磺酰氯广泛用于蛋白质测序和氨基酸分析本文与核苷酸的生物合成有关。精胺和亚精胺等多胺参与 DNA 包装。它们通过从蛋氨酸和鸟氨酸开始的途径衍生而来，该途径以鸟氨酸的脱羧作用开始，鸟氨酸是精氨酸的前体。鸟氨酸脱羧酶是一种需要 PLP 的酶，它将鸟氨酸转化为腐胺。丙胺基转移酶 I 将腐胺转化为亚精胺，在第二次丙胺基转移酶反应^{[check spelling]} 中，亚精胺被转化为精胺。S-腺苷蛋氨酸为丙胺基转移酶反应提供丙胺基团。

精胺 - 一种从亚精胺形成的生物源性多胺。它存在于各种各样的生物体和组织中，是某些细菌中必不可少的生长因子。它在所有 pH 值下都以多阳离子形式存在。精胺与核酸相关，特别是在病毒中，并被认为可以稳定螺旋结构。（pubchem）

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同行评审文章：膳食亮氨酸过量的转录组学和代谢组学 http://jn.nutrition.org/cgi/reprint/135/6/1571S 以前的研究表明，在饮食中蛋白质含量充足的情况下，给予动物亮氨酸不会出现大量剂量的亮氨酸问题。在本文中，研究人员分析了在基础饮食或含有不同亮氨酸浓度的饮食（包括 1.5%、5%、10%、15% 和 30%）上喂养两周的大鼠。此外，通过 DNA 微阵列分析了喂食基础饮食或添加 5% 和 15% 亮氨酸的饮食的大鼠肝脏中的基因表达变化。数据表明，亮氨酸分解代谢途径酶的表达变化很小，但与氮代谢和其他亮氨酸分解代谢的下游途径相关的酶发生了变化。CAMC 显示，过量的氮与亮氨酸和α-酮异己酸聚集在一起。总之，过量的亮氨酸可能会使氮代谢超负荷，尿素或α-酮异己酸可能是过量亮氨酸摄入的早期标志物。

α-酮异己酸 - α-酮异己酸 (KIC) 是亮氨酸（支链氨基酸）的酮酸。支链酮酸 (BCKA) 与支链氨基酸 (BCAA) 非常相似，唯一的区别是存在酮基而不是氨基。因此，BCKA 可以被视为不含氨的 BCAA 来源。CAMC - 多变量相关性聚类分析 - 是将对象分类为不同组，或者更确切地说，将数据集划分为子集，以便每个子集中的数据共享一些共同特征 - 通常是根据某些定义的距离度量进行的邻近性。SDH - 琥珀酸脱氢酶是一种与线粒体内膜结合的酶复合物。它是唯一参与柠檬酸循环和线粒体电子传递链（复合物 II）的酶。酮酸 - 是含有酮官能团和羧酸基团的有机酸 DNA 微阵列 - 是微观 DNA 点的集合，通常代表单个基因，通过共价连接到化学基质而排列在固体表面上。DNA 阵列与其他类型的微阵列的不同之处在于它们要么测量 DNA，要么使用 DNA 作为其检测系统的一部分。使用 DNA 微阵列进行的定性或定量测量利用了高严格性条件下 DNA-DNA 或 DNA-RNA 杂交的选择性以及基于荧光染料的检测 BUN - 血液尿素氮 (BUN) 检验是衡量血液中来自尿素的氮含量。本文与我们在课堂上学习的氮代谢有关。氨基酸和核苷酸的生物合成途径都需要氮。大多数生物体无法利用大气中的分子氮，直到它被还原。固定发生在某些细菌中。氮循环包括先前提到的细菌固定 N2 形成氨。N2 作为 NH3 的固定是由固氮酶复合物完成的，该复合物需要 ATP。还原的氮首先被掺入氨基酸中，然后被掺入其他生物分子中，包括核苷酸。谷氨酸和谷氨酰胺是氮供体。本文还与氨基酸降解途径有关。亮氨酸分解代谢产生乙酰辅酶 A 和乙酰乙酰辅酶 A。

亮氨酸 - 一种必需氨基酸 (pubmed) KEGG 链接

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同型苯丙氨酸双加氧酶

苯丙氨酸 KEGG 链接

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同行评审文章：能量代谢的灵活性支持果蝇飞行肌肉的耐缺氧性：代谢组学和计算系统分析

http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1865581&blobtype=pdf

果蝇是研究缺氧适应的潜在遗传模型；然而，人们对果蝇的强耐缺氧代谢来源了解甚少。了解细胞缺氧适应对于设计治疗缺血再灌注损伤、中风和心肌梗塞等疾病至关重要。缺氧期间的细胞损伤通常是由 pH 值下降、钙浓度改变、渗透压升高以及线粒体损伤引起的，所有这些都会导致 ATP 减少。生成了代谢特征，结果表明乳酸、丙氨酸和乙酸的积累可能是果蝇厌氧代谢的主要产物。构建了一个模型来显示产生 ATP 的途径，然后在计算机上分析了对缺氧的适应。研究人员得出结论，将丙酮酸转化为乙酸、丙氨酸和乙酸的能力可能通过提高 ATP/质子比及其葡萄糖利用率来提供一定的耐缺氧能力。

缺氧——是指全身（全身缺氧）或身体某一部位（组织缺氧）氧气供应不足的病理状态。

缺血再灌注——指缺血组织在再灌注后发生的包括坏死在内的功能、代谢或结构改变，被认为是组织缺血区域再灌注的结果。缺血——指因血管收缩或阻塞导致身体器官、组织或部位血液供应减少。

计算机模拟——是指在计算机上或通过计算机模拟进行的。

方差分析（ANOVA）——是指一组统计模型及其相关程序，其中观察到的方差被划分为不同解释变量造成的成分。

三羧酸循环（TCA 循环）——指柠檬酸循环。

丙氨酸在缺氧期间由另一种氨基酸向丙酮酸的转氨基作用产生。在课堂上，我们谈到了丙氨酸转氨酶。在肌肉和其他一些组织中，为了燃料而降解氨基酸，氨基通过转氨基作用以谷氨酸的形式收集。谷氨酸然后转化为谷氨酰胺并被运输到肝脏，或者它可以通过使用丙氨酸转氨酶转移到丙酮酸。丙氨酸进入肝脏，在肝细胞的胞质溶胶中，丙氨酸转氨酶将氨基从丙氨酸转移到α-酮戊二酸形成丙酮酸和谷氨酸。这个过程用于将氨从骨骼肌运输到肝脏。

丙氨酸——一种非必需氨基酸

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http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALANINE-SYN2-PWY

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY0-1021

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALADEG-PWY

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALACAT2-PWY

http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ALANINE-DEG3-PWY http://biocyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY1-2 摘自 "https://wikibooks.cn/wiki/Talk:Metabolomics/Metabolites/Amino_Acids" 视图

氨基酸具有可调控严格性的遗传选择系统的代谢工程。(http://www.pnas.org/cgi/reprint/104/35/13907)

摘要：本文的主要关注点是通过工程细胞内的代谢通量来微调小分子的生物合成。在这种情况下，它是通过提供一种可调控的酶来实现的，从而引导它沿着另一条平行生物途径进行。使用这种方法，实现了对前苯丙氨酸转化为苯丙酮酸（苯丙氨酸合成的一个步骤）的体内选择系统的优化。

术语：代谢通量——指生物过程中特定代谢物产生的速率。

营养缺陷型——指生物体无法合成其生长所需的特定有机化合物。

营养缺陷型——指不需要特定营养物质进行正常代谢和繁殖，并且在营养需求方面与野生型没有区别。

前苯丙氨酸脱氢酶——催化前苯丙氨酸转化为苯丙酮酸。

定点诱变——在针对突变的特定位点开发突变。

相关性：我们一直在研究糖酵解和糖异生如何在细胞中受到调节，这为通过将特定代谢物引导到平行途径来调节代谢过程及其通量提供了另一种方法。

文章和网页以供审查和纳入

同行评审文章 #1

预测人类先天性代谢错误的代谢生物标志物

分子系统生物学 5 文章编号：263 在线发布：2009 年 4 月 28 日

审稿人：Joseph B.

主要关注点

使用计算模型从基因敲除中预测生物标志物。

新术语

边界代谢物: 已知在细胞内和细胞外区室之间被吸收或分泌的代谢物。（来源：http://）
交换间隔: 给定边界交换间隔的可能吸收和分泌波动范围。（来源：http://）
通量变量分析: 计算交换间隔的 CBM 方法。（来源：http://）
生物标志物: 生物体液中的边界代谢物浓度。（来源：http://）
精确度: 将预测的准确性与随机模型进行比较时，预测的生物标志物中正确的比例。（来源：http://）
召回率: 将预测的准确性与随机模型进行比较时，正确预测的生物标志物中所占比例。（来源：http://）
质量平衡: 质量守恒的应用；说明进入和离开系统的物质。（来源：http://）
约束性建模: 作者用来预测微生物基因敲除的代谢表型的计算模型。（来源：http://）
调节约束: 考虑基因调控（在约束性模型中）。（来源：http://）
代谢网络: 代谢途径和疾病的数据库。（来源：http://）

摘要

作者描述了使用计算模型来预测基因敲除引起的疾病的生物标志物的准确性和潜在用途。为了评估该模型，他们将他们预测的生物标志物与 OMIM 和 HMDB 数据库上已知的生物标志物进行了比较。当约束性模型用于红细胞代谢时，作者发现该模型预测的准确性为 0.73，召回率为 0.40。然而，在某些情况下，CBM 会导致错误的预测。这种情况在精氨酸血症中就适用。该模型无法预测精氨酸胞外浓度升高，因为存在替代的精氨酸分解代谢途径。由于参与这些反应的某些酶的表达量低，这些替代途径无法补偿主要分解代谢途径。因此，CBM 缺乏调节约束。该计算模型产生错误预测的另一个原因是模型中的简化假设和代谢网络的不完整性。总的来说，作者指出，该模型预测正确生物标志物的概率比随机模型高 6 到 15.8 倍。这些结果令人鼓舞，作者希望使用该模型来预测尚未记录为引起疾病的基因敲除的生物标志物。一些需要改进的地方是将模型与更大的人类代谢网络集成，并将代谢调节与模型集成，以改进预测。

与传统代谢课程的相关性

本文讨论了预测由导致氨基酸分解代谢、糖酵解和磷酸戊糖途径等途径中蛋白质功能障碍的基因突变导致的代谢物浓度差异的分析方法。采用约束性模型以及 OMIM 和 HMDB 数据库来测量预测的生物标志物的准确性。所描述的计算模型的未来有可能通过预测基因破坏的生物标志物（在突变被识别之前）为人类基因组计划增加一个新的维度。