谷酰基辅酶A脱氢酶 (GCDH) 是一种重要的酶，位于线粒体内，即我们细胞的动力源。该酶由 GCDH 基因编码，属于酰基辅酶A脱氢酶 (ACD) 家族，并在三种必需氨基酸：L-赖氨酸、L-羟赖氨酸和L-色氨酸的代谢分解途径中发挥关键作用。GCDH的正常功能对于防止体内潜在有害物质的积累至关重要。当该酶因基因突变而缺乏或功能失常时，会导致一种严重的代谢疾病，称为谷氨酸尿症类型I (GA1)，这突显了其活性对整体健康，特别是神经发育的重要性。
GCDH的主要功能是催化特定的化学反应：将谷酰基辅酶A氧化脱羧成克罗顿酰辅酶A和二氧化碳。这一复杂过程在不同步骤的线粒体基质中发生，GCDH以同四聚体的形式存在（四个相同亚单位的复合体）。反应开始于谷酰基辅酶A底物结合到酶的氧化形式上。GCDH中的一个关键氨基酸残基，谷氨酸-370 (Glu370)，充当催化碱，抽取底物中的一个质子（α-质子）。随后，一个氢化物离子从底物的β-碳转移到黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 的N(5)位置，FAD是结合在GCDH上的辅酶。这一转移使得FAD还原为FADH2。这个步骤通过断裂Cγ-Cδ键，促进酶结合的中间体谷酸酰辅酶的脱羧（去除一个羧基作为二氧化碳）。这一断裂形成了二烯碳负离子、一个质子和二氧化碳。然后，二烯碳中间体被质子化，产生最终产品，克罗顿酰辅酶A，随后与二氧化碳一起从酶的活性位点释放。为了完成催化循环并再生酶以进行下一轮反应，经过还原的FADH2通过将其电子分两步传递给外部电子受体（通常是电子转移黄素蛋白 (ETF)）被再氧化为FAD。
理解GCDH的功能至关重要，因为它的损伤会带来严重后果。在GA1患者中， GCDH 基因的突变导致功能性GCDH酶的缺乏。因此，身体无法有效地处理谷酰基辅酶A。这种代谢途径的阻塞导致谷酰基辅酶A及其上游代谢物的积累。这些物质随后转化为其他化合物，主要是谷酸 (GA)、3-羟基谷酸 (3-OH-GA) 和在较小程度上，谷酸，这些物质在体液和组织中积累。这些积累的有机酸是神经毒性的，尤其对大脑中的某些区域造成损害，如对运动控制至关重要的基底神经节。这种神经毒性是GA1特征症状的根本原因，包括急性脑病危机、肌张力障碍和其他严重运动障碍。谷酰肉碱 (C5DC) 的积累也是一种无毒的副产品，并且是用于新生儿筛查测试以早期检测该疾病的标志，有助于及时干预以管理这种情况，例如限制膳食中的赖氨酸。
什么是长链羟酰基辅酶A脱氢酶缺乏症？
长链羟酰基辅酶A脱氢酶 (LCHAD) 缺乏症是一种遗传性代谢疾病，它阻止身体有效分解某些类型的脂肪，即长链脂肪酸，将其转化为能量。这种情况是由于LCHAD酶的缺乏或功能失常，该酶在线粒体脂肪酸β-氧化途径中扮演关键角色。因此，这些未处理的长链脂肪酸可能在体内累积，导致潜在的严重健康问题，影响肝脏、心脏、肌肉和大脑，特别是在绝食或生病期间。主要症状包括低血糖（低血糖症）、肌肉无力（肌病）和心脏问题（心肌病），突显了早期诊断和细致管理的必要性，通常需要采取特殊饮食。
PKLR基因的功能是什么？
PKLR基因提供了合成丙酮酸激酶所需的基本指令，该酶在细胞能量生产中发挥关键作用。该酶在糖酵解（将葡萄糖（糖的一种）分解为丙酮酸并释放能量的代谢途径）中是一个关键参与者。PKLR基因专门指导两种形式的丙酮酸激酶的生产：L型，主要在肝脏中活跃，以及R型，功能于红血球中。在这两种组织中，丙酮酸激酶催化糖酵解的最后一步，产生能量，通过将磷酸基团从磷酸烯醇丙酮转移到ADP形成ATP，即细胞的主要能量货币。
