肉碱

肉碱是一种季铵化合物，参与大多数哺乳动物、植物和一些细菌的新陈代谢。 为了支持能量代谢， 碱将长链脂肪酸转运到线粒体中被氧化以产生能量，并参与从细胞中清除代谢产物。 鉴于其关键的代谢作用， 碱集中在骨骼肌和心肌等组织中，这些组织将脂肪酸作为能量来源进行代谢。 一般来说，包括严格的素食者在内的个人体内会合成足够的左旋肉碱。

肉碱作为两种立体异构体之一存在（两种对映体 d-肉碱 (S-(+)-) 和 l-肉碱 (R-(−)-)）。 两者都具有生物活性，但只有左旋肉碱天然存在于动物体内，而右旋肉碱具有毒性，因为它会抑制左旋形式的活性。 在室温下，纯肉碱是一种白色粉末，是一种毒性相对较低的水溶性两性离子。 源自氨基酸的 碱于 1905 年首次从肉类提取物中提取，因此得名于拉丁语 caro/carnis 或肉。

一些患有遗传或医学疾病的人（如早产儿）无法制造足够的肉碱，需要膳食补充剂。 尽管运动员普遍食用肉碱补充剂以改善运动表现或恢复，但没有足够的高质量临床证据表明它有任何好处。

许多真核生物都具有合成 碱的能力，包括人类。 人类从底物 TML（6-N-三甲基赖氨酸）合成 碱，后者又衍生自氨基酸赖氨酸的甲基化。 TML 然后被三甲基赖氨酸双加氧酶 (TMLD) 羟基化为羟基三甲基赖氨酸 (HTML)，需要抗坏血酸和铁的存在。 然后 HTML 被 HTML 醛缩酶（一种需要磷酸吡哆醛的酶）裂解，产生 4-三甲基氨基丁醛 (TMABA) 和甘氨酸。 TMABA 然后在 NAD+ 依赖性反应中脱氢成 γ-丁基甜菜碱，由 TMABA 脱氢酶催化。 然后，γ-丁基甜菜碱被γ-丁基甜菜碱羟化酶（一种锌结合酶）羟基化为左旋肉碱，需要 Fe2+ 形式的铁。

肉碱通过形成长链乙酰肉碱酯并由肉碱棕榈酰转移酶 I 和肉碱棕榈酰转移酶 II 转运，参与跨线粒体膜转运脂肪酸。 肉碱还通过接收或提供乙酰基的能力在稳定乙酰辅酶 A 和辅酶 A 水平方面发挥作用。

人体中 碱生物合成酶的组织分布表明 TMLD 在肝脏、心脏、肌肉、大脑中具有活性，在肾脏中活性最高。 HTMLA 活性主要存在于肝脏中。 TMABA 氧化速率在肝脏中最高，在肾脏中也具有相当大的活性。

从脂肪组织释放到血液中的自由漂浮脂肪酸与被称为血清白蛋白的载体蛋白分子结合，后者将脂肪酸运送到靶细胞（如心脏、骨骼肌和其他组织细胞）的细胞质中，在那里它们 用于燃料。 但在目标细胞可以使用脂肪酸进行 ATP 生产和 β 氧化之前，链长为 14 个或更多碳的脂肪酸必须被激活，然后通过 碱穿梭的三个酶促反应转运到细胞的线粒体基质中。

碱穿梭的xxx个反应是一个两步过程，由线粒体外膜中的酰基辅酶 A 合成酶的同工酶家族催化，它们通过在脂肪酸之间形成硫酯键来促进脂肪酸的活化 辅酶 A 的羧基和硫醇基生成脂酰辅酶 A。

在反应的xxx步中，酰基辅酶 A 合成酶催化单磷酸腺苷基团 (AMP) 从 ATP 分子转移到脂肪酸上，产生脂肪酰基-腺苷酸中间体和焦磷酸基团 (PPi)。 由 ATP 中的两个高能键水解形成的焦磷酸盐立即被无机焦磷酸酶水解为两个分子的 Pi。 该反应是高度放能的，可推动活化反应向前发展并使其更加有利。 在第二步中，胞质辅酶 A 的硫醇基团攻击酰基腺苷酸，取代 AMP 形成硫酯脂酰辅酶 A。

在第二个反应中，酰基辅酶 A 瞬时连接到肉碱的羟基上，形成脂肪酰基肉碱。 这种酯交换由线粒体外膜中的一种酶催化，该酶称为肉碱酰基转移酶 1（也称为肉碱棕榈酰转移酶 1，CPT1）。

形成的脂肪酰基肉碱酯随后扩散穿过膜间隙并通过促进扩散进入基质。