谷氨酰胺

1 谷氨酰胺（glutamine）

谷氨酰胺（英语：glutamine，缩写为Gln或Q）是一种中性极性、含氨基的非必需氨基酸（non-essential amino acid），在哺乳动物体内含量最丰富。其侧链为酰胺基（–CONH₂），来源于谷氨酸（glutamate）经谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase, GS）催化转化而成。谷氨酰胺在氮代谢、酸碱平衡调节、碳骨架补充及细胞增殖等方面发挥重要作用¹。

2 化学结构与性质

谷氨酰胺分子式为C₅H₁₀N₂O₃，分子量146.15 g/mol。其结构由一个α-氨基、α-羧基和一个γ-酰胺侧链组成，属于α-氨基酸类。它为水溶性白色晶体，等电点pI约为5.65。

3 生物合成与代谢通路

谷氨酰胺可由谷氨酸（glutamate）在ATP存在下通过谷氨酰胺合成酶催化形成：

谷氨酸 + NH₃ + ATP → 谷氨酰胺 + ADP + Pi

此反应广泛存在于肝、脑、肌肉、肠道等组织，是机体“氮缓冲器”系统的核心环节。

谷氨酰胺亦可通过谷氨酰胺酶（glutaminase, GLS）水解为谷氨酸与氨，参与能量代谢及pH缓冲：

谷氨酰胺 + H₂O → 谷氨酸 + NH₃

谷氨酰胺参与多条代谢通路，包括：
– 氨基酸代谢（map00250）
– 嘧啶/嘌呤合成
– α-酮戊二酸供给（三羧酸循环中间体）
– 氮代谢（map00910）

4 功能与生物标志意义

(1) 氮运输与缓冲：谷氨酰胺是哺乳动物体内氨的主要无毒运输形式，在骨骼肌、肠道、脑中作用显著。

(2) 肠道与免疫支持：肠道上皮细胞与淋巴细胞利用谷氨酰胺作为主要能量与碳源，对肠黏膜屏障功能及免疫调节至关重要²。

(3) 肿瘤代谢：多数肿瘤细胞存在“谷氨酰胺瘾”（glutamine addiction），即对谷氨酰胺的依赖性升高，用以维持合成代谢、TCA循环与NADPH供应³。

(4) 酸碱平衡调节：在代谢性酸中毒时，谷氨酰胺可在肾小管释放氨中和酸性负荷，调节血pH。

(5) 生物标志物：血浆谷氨酰胺浓度常作为下列状态的标志物： – 营养不良、创伤、烧伤（下降）
– 脓毒症、肿瘤代谢活跃状态（异常升高或耗竭）
– 肝性脑病与尿素循环障碍（升高，提示氨滞留）⁴

5 相关酶与基因

(1) 谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase, GS）
– EC编号：6.3.1.2
– 基因名：GLUL（位于人类染色体1q25）
– 功能：合成谷氨酰胺，是血浆氨清除的关键酶。

(2) 谷氨酰胺酶（glutaminase, GLS/GLS2）
– EC编号：3.5.1.2
– 基因名：GLS（肾型）、GLS2（肝型）
– 功能：在肝、肾、肿瘤细胞中水解谷氨酰胺供能和碳源。

(3) 谷氨酰胺转运蛋白（SLC1A5, SLC38A1 等）
– 主要转运谷氨酰胺进出细胞，对细胞外谷氨酰胺感应及代谢流调控至关重要。

6 临床与研究用途

谷氨酰胺补充用于肿瘤化疗后支持治疗、重症营养支持与运动恢复中，但过量可能促进肿瘤生长。代谢组技术常检测血清或尿液中谷氨酰胺浓度，反映氮代谢与肝肾功能状态⁵。

7 参考文献

(1) Brosnan JT. “Glutamine: a truly functional amino acid.” Amino Acids. 2000.
(2) Newsholme P. “Glutamine metabolism in lymphocytes.” J Nutr. 2001.
(3) DeBerardinis RJ et al. “The biology of cancer: Metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation.” Cell Metab. 2008.
(4) Wernerman J. “Clinical use of glutamine supplementation.” JPEN J Parenter Enteral Nutr. 2008.
(5) Wishart DS et al. “HMDB 5.0: the Human Metabolome Database.” Nucleic Acids Res. 2022.