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神奇酵素背後的秘密：為什麼谷氨酸脫氫酶對你健康至關重要？
谷氨酸脫氫酶（GLDH，GDH）是一種在原核生物與真核生物的粒線體中都可以觀察到的酵素。這種酵素所催化的反應除了能產生 α-酮戊二酸外，還會生成氨氣。在真核生物中，這些氨氣一般作為尿素循環的底物進行處理。對於哺乳動物來說，α-酮戊二酸轉化為谷氨酸的反應通常不會發生，因為谷氨酸脫氫酶的平衡更傾向於產生氨和 α-酮戊二酸。
在腦中，NAD+/NADH的比例促進了氧化脫氨作用（即谷氨酸轉化為 α-酮戊二酸和氨）。
這一酵素在微生物中的作用不同，它能將氨氣同化為氨基酸，通過谷氨酸及氨基轉移酶進行代謝。而在植物中，谷氨酸脫氫酶的作用會根據環境以及壓力的不同，而呈現出不同的方向性的反應。轉基因植物表現微生物的 GLDH 時，對於除草劑、水分不足及病原體的感染具有更高的耐受性，並且在營養方面的價值上升。這使得谷氨酸脫氫酶在細胞的分解代謝和合成代謝途徑中成為一個關鍵的連結點，並因此在真核生物中廣泛存在。
在人體中，與之相關的基因稱為GLUD1（谷氨酸脫氫酶1）和GLUD2（谷氨酸脫氫酶2），而人類基因組中至少有五個GLDH的偽基因。
臨床應用
醫學實驗室可通過測量GLDH來評估肝功能。血清中GLDH水平的升高表明肝臟受損，而GLDH在肝病的鑑別診斷中扮演著重要角色，尤其是在與氨基轉移酶相結合的情況下。由於GLDH主要存在於粒線體中，因此在如病毒性肝炎等全身性炎症性肝病中幾乎無法測得。
一些肝病的特徵如肝細胞壞死，像是毒性肝損傷或缺氧性肝病，通常伴隨著高水平的血清GLDH。如果同時出現極高的氨基轉移酶，GLDH將在鑑別急性病毒性肝炎和急性毒性肝壞死或急性缺氧性肝病時起到重要的作用。臨床試驗中，GLDH也可用於測量藥品的安全性。
GLDH的酵素免疫分析（EIA）可用作克雷白氏梭菌感染患者的篩查工具。
輔因子
NAD+（或NADP+）是谷氨酸脫氫酶反應中的輔因子，產生α-酮戊二酸和氨作為副產物。根據所使用的輔因子，谷氨酸脫氫酶可分為以下三類：
EC 1.4.1.2: L-谷氨酸 + H2O + NAD+ ⇌ 2-酮戊二酸 + NH3 + NADH + H+
EC 1.4.1.3: L-谷氨酸 + H2O + NAD(P)+ ⇌ 2-酮戊二酸 + NH3 + NAD(P)H + H+
EC 1.4.1.4: L-谷氨酸 + H2O + NADP+ ⇌ 2-酮戊二酸 + NH3 + NADPH + H+
氮流動中的角色
在動物和微生物中，氨的納入是通過谷氨酸脫氫酶和谷氨酰胺合成酶的作用來實現的。谷氨酸在哺乳動物和微生物的氮流動中起著核心作用，既是一個氮的供體，又是一個氮的受體。
谷氨酸脫氫酶的調控
人類中，谷氨酸脫氫酶的活性通過ADP-核糖基化進行調控，這是一種由基因sirt4執行的共價修飾。當卡路里限制和血糖低時，這一調控將放鬆，以增加α-酮戊二酸的生成量，使其可用於三羧酸循環，最終產生ATP。
在微生物中，活性受氨濃度和同類的銣離子控制，並通過與GLDH的變構位點結合來改變酶的Km（米氏常數）。
在胰島素分泌的β細胞中，ADP-核糖基化對谷氨酸脫氫酶的調控尤其重要。當ATP:ADP的比率上升時，β細胞分泌更多的胰島素，這一比率的上升與氨基酸通過GLDH分解產生的α-酮戊二酸有關。SIRT4在調控胰島素分泌和血糖水平的管理方面是必不可少的。
來自牛肝的谷氨酸脫氫酶在20世紀50年代末至60年代初受到核苷酸的調控，這一現象由卡爾·弗里登詳細描述。除了描述ADP、ATP和GTP等核苷酸的影響，他還詳細介紹了NADH和NADPH之間的不同動力學行為。這使得它成為最早顯示出後來被形容為變構行為的酶之一。隨著時間的推移，研究者們通過各種測試手段發現一些長期已知會激活轉氨酶的氨基酸，像L-亮氨酸等。
這些發現讓我們思考谷氨酸脫氫酶對我們健康的影響，以及這種神奇的酵素將如何再次改變我們對於生物代謝鏈中關鍵作用的認識，這些重點是否會在未來對人類健康做出更大的貢獻呢？
