γ-氨基丁酸的生理作用及应用

文章编号0517-6611（2019）18-0001-09

The Physiological Mechanism and Application of γ-aminobutyric Acid

ZHANG Xiu （College of Life Sciences，Sichuan Normal University，Chengdu，Sichuan 610101）

Abstractγ-aminobutyric acid（GABA） is important amino acid of biological stress reaction，widely distributed in nature.In long-term evolution，biological GABA levels can be regulated by H+ and Ca2+ ions levels are altered by intra- and inter-biostimulation.It can be used to relieve stress of biological by the way of putrescine metabolism and GABA shunt pathway interfered with energy metabolism and C/N metabolism.GABA plays an important role in the tissue development and formation intra-and inter-biosignal communicate.As a special medicine of epilepsy，etc.disseases，the precursor of degradable nylon，GABA has a long-term development space.The physiological mechanism of GABA was analyzed， the research of glutamate decarboxylase and its site-directed mutation were reviewed， and the preparation and application of GABA were introduced.

Key wordsGABA;GAD;Stress regulation

γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid）是一种四碳非蛋白氨基酸，简称GABA，广泛存在于自然界中。GABA最早于1910年在腐生菌中发现[1]。在随后的100年中，研究者相继在不同生物中检测到。GABA由谷氨酸脱羧酶（GAD，glutamic acid decarboxylase）催化L-谷氨酸（L-Glu，L-glutamic acid）脱羧而成[2-3]。其分子量为103.1，分子式为C4H9NO2。GABA高度溶于水，在生理pH条件下为两性分子[4]。GABA在气态时呈高度折叠态，固态时为舒展状态，液态具有包括环状结构在内的多种分子形态[5-6]。至今为止，GABA已被确定与多种代谢应激有关，同时也作为一种信号分子存在于自然界中[7-11]。作为动物中主要的抑制性神经递质[12]，GABA具有多种功能[13]。在微生物细胞中受到酸的调控[14-15]。因此，GABA作为一种常见的响应外部应激的代谢物质发挥重要的调控作用。在生物体中有2个途径可以合成GABA。一种是通过精氨酸（Arg，argimime）和精氨（spermine）代谢过程合成GABA。其具体过程：精氨酸通过精氨酸脱羧酶（ADC，arginase decarboxylase）催化得到瓜丁酸（agmatine），瓜丁酸经瓜丁氨酰脱羧酶（AGIH，agmatine imidohydrolase）以及氨甲酰腐胺酰胺水解酶（CPAH，carbamolputreacine amidohydrolase）生成腐胺（putrescine）。也可以通过精氨酸酶催化生成鸟氨酸（ornithine），再经鸟氨酸脱羧酶（ODC，ornithine decarboxylase）生成腐胺。同样精胺（spermine）也可以经由反转多氨氧化酶（BCPAO，back-conversion polyamine oxidase）2次催化得到一分子腐胺和两分子3-氨基丙醛（APAL，3-aminopropionaldehyde）。腐胺经二胺氧化酶（damine oxidase）催化脱去一分子NH3+得到γ-氨基丁醛（γ-Aminobutyraldehyde）。后者再经过4-氨基丁醛脱羧酶（ABALDH，γ-aminobutyraldehyde dehydrogenase），以及吡咯烷脱氢酶（PDH，pyrroline dehydregenase）生成γ-氨基丁酸[16-17]。

途徑二是三羧酸循环的一个分支，该过程起始于三羧酸循环中的α-酮戊二酸（α-ketoglutarate），α-酮戊二酸经由谷氨酸脱氢酶（GDH，glutamate dehydregonase）催化得到谷氨酸，再经过GAD催化脱去α羧基得到GABA[2-3]。GABA经由GABA转氨酶（γ-aminobutyric acid transaminase）催化生成琥珀酸半醛（succinic semialdehyde），琥珀酸半醛再经琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH，succinic semialdehyde dehydregenase）转化为琥珀酸（succinic）再次进入三羧酸循环。而琥珀酸半醛可被琥珀酸半醛还原酶（SSAR，succinic semialdehyde reductase）和乙醛酸还原酶（GLYR，glyoxylate reductase）可逆转化为γ-羟基丁酸（GHB，γ-hydroxybutyrate）[4，9-10]（图1）。