氨基酸的轉氨、聯合脫氨與脫酰胺作用
轉氨基作用（transamination）指氨基酸和α-酮酸之間的氨基轉移作用。氨基酸的α-氨基轉移到酮酸的羰基上，自身生成酮酸，原來的酮酸形成相應的氨基酸。轉氨作用普遍存在，除甘氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和脯氨酸外都參與轉氨，對其分解與合成均有重要作用。
催化轉氨反應的酶稱為轉氨酶（aminotransferase或transaminase），種類很多，一般都需要谷氨酸，對另一個氨基酸要求不嚴格，以活力最大的命名。轉氨反應是可逆的，由濃度控制。
轉氨反應。引自themedicalbiochemistrypage最重要的氨基轉移酶有兩種，天冬氨酸氨基轉移酶（aspartate aminotransferase，AST）和丙氨酸氨基轉移酶（alanine aminotransferase，ALT）。AST以前稱為谷氨酸：草酰乙酸轉氨酶（谷草轉氨酶，GOT），ALT以前稱為谷氨酸：丙酮酸轉氨酶（谷丙轉氨酶，GPT）。
AST有AST1和AST2兩種同工酶，前者位于細胞質，後者在線粒體。ALT是胞質酶，也有兩種同工酶，ALT1和ALT2。它們廣泛分布在人體組織中，在肝、心肌、骨骼肌和腎髒中特别活躍。肝細胞損傷時二者被釋放到血液中，所以臨床上經常用這兩種酶的血清活性作為評估肝損傷的指标。
轉氨酶都含磷酸吡哆醛輔基，催化機制為乒乓機制，由兩個半反應組成。以AST為例，首先是酶的磷酸吡哆醛（PLP）輔基與L-Asp反應生成磷酸吡哆胺（PMP）和草酰乙酸。然後酶-PMP再與α-酮戊二酸發生逆向的另一個半反應，即可再生酶-PLP并放出L-Glu。半反應的具體機制如圖。
AST的天冬氨酸半反應機制。引自Arch Biochem Biophys. 2014轉氨酶在氨基酸代謝中很重要，通常既是氨基酸分解代謝的起始步驟，也是合成代謝的最終一步。而多數氨基酸的脫氨也主要是依靠轉氨反應構成的聯合脫氨實現的。
聯合脫氨是指脫氨與轉氨聯合，主要有兩種方式。一種是先轉氨生成谷氨酸，再由谷氨酸脫氫酶脫去氨基。這種方式普遍存在。
谷氨酸脫氫酶參與的聯合脫氨。引自百度圖片另一種稱為腺苷酸循環，是将氨基通過谷氨酸轉到天冬氨酸，後者與次黃嘌呤核苷一磷酸（IMP）生成腺苷酸代琥珀酸，再裂解成腺苷酸和延胡索酸。腺苷酸水解放出氨，同時IMP得到再生；延胡索酸則通過水化、氧化再生草酰乙酸。這個過程還與嘌呤核苷酸代謝相關。
腺苷酸循環。引自百度圖片此途徑主要存在于肌肉和腦。有報道先天性腺苷琥珀酸裂合酶（ADSL）缺乏可導緻進行性神經退行性病變，包括新生兒癫痫和進行性腦萎縮等（J Magn Reson Imaging. 2013）。
谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶可催化脫酰胺作用，生成相應的氨基酸。這兩個酶都與腫瘤有關。大多數細胞可以自己合成生長所需的天冬酰胺，但白血病細胞需要從血漿中獲得外源天冬酰胺。所以使用天冬酰胺酶将血清天冬酰胺水解為天冬氨酸，可以剝奪腫瘤細胞快速生長所必需的天冬酰胺。
谷氨酰胺酶與腫瘤的關系更加密切。因為谷氨酰胺是常用的氨基供體，參與多種生物合成過程，參與核酸合成、蛋白質糖基化、氧化還原調節、表觀遺傳調控等。同時谷氨酰胺也是重要信号分子，調控多種信号通路和重要分子，如PI3K、PKB/ AKT、KRAS、mTOR、Myc、HIFs、PKM2和類固醇受體結合蛋白等。例如，Gln過剩是誘導腫瘤增殖的信号，已證明高水平的Gln可促進mTOR蛋白活性。
谷氨酰胺調節腫瘤生長。引自Semin Cell Dev Biol. 2020在快速分裂的細胞中，例如小腸腸上皮細胞、淋巴細胞，尤其是癌細胞中，谷氨酰胺被迅速消耗并用于産生能量，并作為合成生物質的碳和氮的來源。血漿中維持的高水平谷氨酰胺提供了容易獲得的碳和氮源，可以支持癌細胞的代謝需求。所以大多數癌細胞對這種必需氮底物具有強烈的依賴性。
谷氨酰胺酶控制着谷氨酰胺的代謝，是谷氨酰胺利用的第一步，其表達與腫瘤的惡性相關。人類表達兩種類型的谷氨酰胺酶同工酶，GLS和GLS2。有趣的是，這兩種同工酶在腫瘤的生長和擴散中起着截然相反的作用：GLS具有緻癌性，而GLS2卻是腫瘤抑制因子。盡管機理并不十分清楚，但很多研究表明，GLS的表達與腫瘤增殖率相關，而GLS2的表達與分化和靜止的細胞狀态有關（Semin Cell Dev Biol. 2020）。一些相關研究進程如下圖所示。
谷氨酰胺酶研究時間表。引自Semin Cell Dev Biol. 2020此外，谷氨酰胺酶與谷氨酸脫氫酶等共同調控谷氨酸濃度，維持細胞的氮穩态。這對神經系統尤其重要，因為谷氨酸是重要神經遞質，與大腦功能密切相關。
谷氨酸與大腦氮穩态。引自Biomolecules. 2016參考文獻：
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