Saccharopine dehydrogenase의 반응에는 α-ketoglutarate와 NADPH를 필요로 하며 이 효소가 결핍되면 혈장, 요, 뇌척수액의 lysine 농도 상승, 부경로에 의한 pipecolate 배설이 증가하는 지속성 과라이신혈증(hyperlysinemia)을 일으킨다. 증상이 없는 경우도 있지만 정신이상이 나타나는 경우도 있다.

또 간에서 lysine은 lysine dehydrogenase의 작용으로 1,2-didehydropiperidine-2-carboxylate가 된 다음 대사되는 분해경로를 거치기도 한다. Lysine dehydrogenase가 결핍되면 고 암모니아혈증을 동반하는 주기성 과라이신혈증을 일으키며 혈중 및 요중의 lysine 농도 상승과 단백질 부하 시에 lysine, arginine, 암모니아의 혈장농도가 증가한다. 임상적으로 구토, 경련, 혼수상태, 뇌파이상 등 고암모니아혈증의 증상이 나타난다. 

 

- Arginine, proline

이 아미노산들의 주된 대사경로를 그림 14.14에 나타내었다. Arginine은 요소회로의 구성성분이며 argininosuccinate에서 생성되지만 arginase에 의해 신속하게 요소와 ornithine으로 분해된다. Arginine은 glycine과 함께 creatine을 형성한다.

 

 

 

Arginine, proline의 주된 대사경로

 

Proline은 proline dehydrogenase에 의해 산화되면 Δ1-pyrroline-5-carboxylate가 되고 다음에 glutamate가 되며 최종적으로 α-ketoglutarate가 되어 TCA 회로로 들어가 분해대사된다. 이 과정에 작용하는 효소가 결핍되면 체액 중에 proline이 과잉으로 존재하게 되는 과프롤린혈증(hyperprolinemia)을 일으키며 다음과 같이 2 가지 형이 있다. 제Ⅰ형은 proline dehydrogenase의 결핍이 원인이며 혈중 proline 농도 상승과 glycine, hydroxyproline의 요중 배설이 증가한다. 증상이 없거나 신장이나 요로의 기형, 혈뇨, 신우신염(腎盂腎炎), 신부전, 청력상실, 발육장해가 일어나는 알포트증후군(Alport's syndrome)이 나타난다.

제Ⅱ형은 Δ1-pyrroline-5-carboxylate 산화효소의 결핍이 원인이며 혈중 proline 농도의 현저한 상승이 일어난다. 신장 기능장해는 없고 무증상이거나 정신발육 장해, 일과성 마비, 경련, 홍반 등을 나타낸다. Proline은 비필수아미노산이므로 아미노산 제한조치는 효과가 없다. 

 

- Histidine

Histidine의 주된 대사경로를 그림 14.15에 나타내었다. Histidine의 탈탄산으로 histamine이 생성되며 이것은 부종, 기관지 수축 등의 allergy 증상을 일으킨다. Histidine은 histidase(histidine ammonia-lyase)의 작용으로 urocanate가 되고 더욱 대사되어 glutamate로 되는 분해경로를 통해 대사된다.

 

Histidine의 주된 대사경로

 

 

Histidase가 유전적으로 결손되면 히스티딘혈증(histidinemia)을 일으켜 혈중 histidine의 상승, 요중 histidine, imidazole pyruvate, imidazole lactate, imidazole acetate의 증가가 일어난다. 대부분의 경우 증상이 없지만 일부에서 언어장해나 가벼운 지능장해를 일으킨다. Histidine 섭취 제한으로 치료하지만 소아에게는 histidine이 필수이기 때문에 제한량에 주의할 필요가 있다.

- Phenylalanine, tyrosine

이 아미노산들의 주된 대사경로는 그림 14.16과 같다. Phenylalanine은 phenylalanine 4-hydroxylase의 작용으로 tyrosine이 되고 이어서 tyrosine aminotransferase에 의해 아미노기를 잃고 4-hydroxyphenylpyruvate를 생성한다. 다음에 4-hydroxyphenylpyruvate oxygenase에 의해 탈탄산되고 phenyl기에 히드록시기가 첨가되어 homogentisate가 생성되며 계속해서 homogentisate 1,2-dioxygenase에 의해 phenyl 고리가 산화적으로 분열되어 4-maleylacetoacetate가 생성된다.
이것은 maleylacetoacetate isomerase에 의해 trans-체로 이성화되어 4-fumarylacetoacetate가 되고 이어서 fumaryl acetoacetase의 작용으로 가수분해되어 fumarate와 acetoacetate가 되며 전자는 TCA 회로에서, 후자는 β-산화과정에서 더욱 대사될 수 있다.

Phenylalanine과 tyrosine의 주된 대사경로

 

부신이나 신경조직에서 tyrosine은 tyrosine hydroxylase에 의해 L-3,4-dihydroxyphenylalanine(DOPA)가 되고 DOPA decarboxylase에 의해 탈 탄산되면 dopamine이 생성된다. 이어서 dopamine은 dopamine oxidase에 의해 norepinephrine이 되고 이것은 phenylethanolamine-N-methyltransferase의 작용으로 S-adenosylmethionine으로부터 methyl기를 받으면 epinephrine이 된다.

그리고 melanocyte에서 tyrosine은 tyrosinase에 의해 산화되어 DOPA가 되고 이어서 DOPA oxidase에 의해 dopaquinone으로 전환된 후 축합하면 melanin 색소가 된다. 또 tyrosine은 갑상선호르몬인 triiodothyronine과 thyroxine의 전구물질이다.
  Phenylalanine을 tyrosine으로 전환하는 phenylalanine 4-hydroxylase가 선천적으로 결핍되면 페닐케톤뇨증(phenylketonuria)을 일으킨다. 이 경우 tyrosine이 생성되지 않고 혈장 중의 phenylalanine 농도가 상승하며 부경로에서 아미노기 전이반응으로 생성된 phenylpyruvate와 이것에서 유도된 phenyllactate, phenylacetate, 2-hydroxyphenylacetate 등의 요중 배설이 증가하게 되고 epinephrine과 melanin의 생산이 저하된다.

증상은 정신발달 지체, 신경증상(운동과잉증, 간질, 소두증)을 나타낸다. 또 melanin 합성 이상으로 피부, 모발, 홍채로의 색소침착 저하가 일어나고 일광홍반이 나타나기 쉽게 되며 phenylacetate 배설에 의해 요나 땀은 자극취를 낸다. 이 질환은 신생아 만명당 1명의 비율로 나타나며 치료하지 않으면 30세 미만에서 75%가 사망한다. 저 phenylalanine 우유를 공급하여 치료한다.
선천성 티로신혈증(tyrosinemia) Ⅰ형은 신장과 간에서 4-hydroxyphenylpyruvate oxygenase의 결핍, 간에서 methionine 분해효소 활성저하가 원인이며 혈중 tyrosine, 4-hydroxyphenylpyruvate, methionine의 농도가 증가하고, 4-hydroxyphenyllactate, 4-hydroxyphenylacetate, 4-hydroxyphenylpyruvate의 요중 배설이 증가한다. 급성형은 1세 미만에 황달, 간비종, 복수 등의 간부전때문에 사망하게 되며 만성형은 소아기에 발육불량, 결절성 간경변, 간암, 판코니증후군을 동반하는 근위세뇨관 기능장해 등을 일으킨다. 저 phenylalanine, 저 tyrosine 식이로 치료한다.

선천성 티로신혈증 Ⅱ형은 간에서 tyrosine aminotransferase의 결핍이 원인이다. 혈중에 tyrosine, 4-hydroxyphenylpyruvate의 농도가 증가하고 요중에 tyrosine, tyramine, N-acetyltyramine, 4-hydroxyphenyllactate, 4-hydroxyphenylacetate 등의 농도가 증가한다. 증상으로 소두증, 각막이상 등의 다발성기형, 홍반, 손 및 발바닥의 과다각화증, 정신발육 장해 등을 보인다. 방향족아미노산과 단백질의 투여를 적게 하는 식이요법으로 치료된다.
  알캅톤뇨증(alkaptonuria)은 간과 신장에서의 homogentisate 1,2-dioxygenase 결핍이 원인이다. Homogentisate가 요중으로 배설되며 요를 오래 방치하거나 알칼리를 첨가하면 산화되어 검은 색으로 변한다. 별다른 증상이 없는 경우도 있으나 오래된 환자의 경우에는 조직갈변증과 관절염 증후를 수반하기도 한다.

Tyrosinase 음성 안 피부백피증(tyrosinase-negative oculocutaneous albin

ism)은 상염색체 열성유전에 의한 것으로 melanocyte에서 생성되는 tyrosinase의 결핍이 원인이며 melanin 형성 장해로 눈이나 피부, 머리털의 melanin 색소 감소 및 소실이 일어난다. 증상은 일생동안 백발을 보이고 피부는 홍조를 띠며 피부암 발생율이 높은 동시에 심한 안구 진탕, 광선공포증, 시력감퇴를 보인다. 

 

-Tryptophan

Tryptophan의 주된 대사경로를 그림 14.17에 나타내었다. 동물에서 tryptophan은 glutarate 경로에서만 탄산가스와 물까지 분해되거나 그 이외의 대사중간체는 요중으로 배설된다. Tryptophan은 tryptophan oxygenase의 작용으로 pyrrole 고리가 열리면 N-formylkynurenine이 되고 다음에 kynurenine formylase에 의해 kynurenine이 된다.
이어서 kynurenine은 kynurenine hydroxylase와 kynureninase의 작용으로 3-hydroxyanthranilate가 된다. Kynureninase는 보효소로 vitamin B6을 요구하는데 이것이 결핍되면 kynurenine 유도체의 분해가 일어나지 않아 xanthurenate가 생성되어 요중으로 배설된다. 이후에 3-Hydroxyanthranilate는 산화, 탈탄산, 탈아미노 등의 반응으로 α-ketoadipate가 되며 이것은 산화적 탈탄산반응에 의해 glutaryl-CoA를 형성하는 대사과정을 거친다. 또 3-hydroxyanthranilate는 quinolinate를 거쳐 niacin으로 전환되거나 또는 picolinate로 되어 요중으로 배설된다.

Tryptophan의 주된 대사경로

 

한편 tryptophan은 hydroxylase에 의해 5-hydroxytryptophan이 되며 이것에 L-amino acid decarboxylase가 작용하면 강력한 혈관수축제인 5-hydroxytryptamine(serotonin)이 생성된다. 또 송과체 조직에서 serotonin이 acetyl-CoA에 의해 N-acetyl화되고 이어서 5-OH기에 methyl화가 일어나면 melatonin(N-acetyl-5-methoxyserotonin)이 생성된다.

이상의 아미노산 대사에서 생긴 유기질소화합물의 대표적인 예를 나타내면 표 14.3과 같다.

 

특수 아미노산 대사

- β-alanine과 γ-aminobutyrate

β-Alanine은 pyrimidine염기(uracil)의 분해로 생성되며 아미노기 전이반응으로 malonic semialdehyde가 되고 다음에 succinyl-CoA가 되어 TCA회로로 들어가 대사된다. 또 β-alanine은 carnosine, anserine 등의 구성성분이 된다. 과β-알라닌혈증(hyper-β-alaninemia)은 β-alanine transaminase의 결핍이 원인이며 혈액과 요에 유리 β-alanine, β-aminoisobutyrate, taurine의 농도가 현저하게 높아진다. 증상으로 기면(嗜眠), 최면(催眠), 간질상 경련발작이 특징적으로 나타난다.