天冬酰胺

天冬酰胺（Asparagine, Asn, N） ，涵盖其结构、生物合成、代谢、功能、疾病关联及研究应用：

1. 名称与基本信息
   天冬酰胺（Asparagine, 简写Asn, 一字母N） 是一种中性极性α-氨基酸，属于20种标准蛋白氨基酸之一。它是 天冬氨酸（Aspartate, Asp） 的酰胺化衍生物，即在侧链羧基上接入一个氨基（–NH₂），分子式为 C₄H₈N₂O₃，分子量为 132.12 g/mol。

其侧链结构为 –CH₂–CONH₂，属亲水性、非带电基团，在蛋白质结构中常位于表面并参与氢键。

2. 生物合成与代谢

2.1 合成
在动物和植物体内，天冬酰胺是由 天冬氨酸（Asp） 与 谷氨酰胺（Glutamine, Gln） 经酰胺转移作用合成的：

 Aspartate + Glutamine + ATP → Asparagine + Glutamate + AMP + PPi
此反应由 天冬酰胺合成酶（Asparagine synthetase, ASNS） 催化，ATP提供能量。

2.2 分解
在哺乳动物中，天冬酰胺可被**天冬酰胺酶（Asparaginase）**水解为 天冬氨酸 与 氨（NH₃）。此反应在某些抗癌治疗中尤为重要。

3. 生理功能

3.1 蛋白质组成
天冬酰胺作为标准氨基酸广泛存在于所有生物蛋白中，在结构域中常参与形成氢键网络并稳定二级结构，尤其在 β-折叠中显著。

3.2 氮代谢中间体
天冬酰胺是氮运输与储存的重要形式之一，尤其在植物体内，扮演着氮素从叶片转运至生殖器官的角色。

3.3 神经功能
虽然不像谷氨酸或天冬氨酸那样直接作为神经递质，天冬酰胺参与中枢神经系统的氨基酸代谢调控，并影响谷氨酰胺-谷氨酸循环。

4. 医学与疾病相关性

4.1 急性淋巴细胞白血病（ALL）治疗
某些白血病细胞无法合成天冬酰胺，必须从外界摄取。因此可使用细菌来源的 天冬酰胺酶（L-asparaginase） 降解血中Asn，诱导白血病细胞死亡。这类药物如：

• Elspar（大肠杆菌来源）

• Erwinase（Erwinia来源）

是ALL化疗的重要组成部分。

4.2 天冬酰胺合成酶缺陷（ASNS deficiency）
由于 ASNS基因突变 导致脑部发育异常，包括 小头畸形、癫痫、智力发育障碍，属于罕见常染色体隐性代谢病(¹)。

4.3 癌症代谢依赖
部分癌细胞对Asn依赖性高，研究发现限制Asn供应可抑制乳腺癌和黑色素瘤的转移潜能(²)，成为潜在代谢靶点。

5. 其他研究与应用

5.1 蛋白质糖基化
Asn是 N-连接糖基化（N-linked glycosylation） 的关键位点，序列要求为 Asn-X-Ser/Thr（其中X≠Pro），该修饰对蛋白质折叠、稳定性与分泌功能至关重要。

5.2 烹饪与食品安全
高温加工中Asn与还原糖发生 美拉德反应（Maillard reaction），可生成 丙烯酰胺（Acrylamide），这是一种潜在致癌物，常见于炸薯条、咖啡、烘焙类食品中(³)。

6. 参考文献

(1) Ruzzo, E. K. et al. (2013). Nature Genetics, 45(2), 124–128.
(2) Knott, S. R. V. et al. (2018). Nature, 554(7690), 378–382.
(3) Mottram, D. S. et al. (2002). Nature, 419(6906), 448–449.
(4) Ozturk, S. S. et al. (1992). Biotechnology and Bioengineering, 40(9), 989–996.