单碳代谢

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单碳代谢指转移单个碳的生化途径。通常，这些反应由使用辅助因子或修复基团的酶催化，如S-腺苷蛋氨酸、四氢叶酸、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或钴胺素，其中许多是维生素衍生的[1][2]转移的碳可能具有不同的氧化状态，最终形成不同的官能团，如甲基、甲基、甲酰基或羧酸盐。单碳转移反应在氨基酸和核酸生物合成、表观遗传学和细胞氧化还原状态中发挥作用[3].

目录

概述

下图显示了单碳代谢的代谢物（正方形）和酶（椭圆形）的概述。您可以将鼠标悬停在上面并单击选定的代谢物和酶，以了解有关该途径各个部分的更多信息。

SAM synthetaseDihydrofolate reductaseThymidylate synthaseSerine hydroxymethyltransferaseMethylenetetrahydrofolate reductaseCategory:TetrahydrofolateCategory:S-adenosyl-l-methionineCategory:S-adenosyl-homocysteineS-adenosylhomocysteine hydrolaseCategory:HomocysteineCategory:DihydrofolateMethionine synthaseAmino Acidshttps://en.wikipedia.org/wiki/Levomefolic_acid5,10-Methylenetetrahydrofolatehttps://en.wikipedia.org/wiki/10-Formyltetrahydrofolate5,10-Methenyltetrahydrofolate
单碳代谢关于此图像

叶酸循环

叶酸循环将代谢物二氢叶酸（DHF）和四氢叶酸（THF）与四种不同的甲基化形式的四氢叶酸酯连接起来。甲基化形式按单碳单元氧化状态的增加顺序依次为5-甲基四氢呋喃、5,10-亚甲基四氢氰酸、5,10-甲苯基四氢氰酸酯和甲酰基四氢氰酸甲酯。虽然该途径中的大多数转化都可能在任一方向进行，但从5,10-甲烯基THF到DHF（将甲基转移到dUMP）和从DHF到THF（NADPH还原）的反应只在一个方向进行。蛋氨酸合成酶通过将甲基从5-甲基四氢呋喃转移到同型半胱氨酸来连接叶酸和蛋氨酸循环。

蛋氨酸循环

作为的辅因子数百种酶S-腺苷蛋氨酸是最常见的甲基供体辅因子。捐献甲基后，剩余的S-腺苷同型半胱氨酸水解为腺苷和同型半月氨酸。同型半胱氨酸甲基化（主要通过连接叶酸循环和蛋氨酸循环的蛋氨酸合成酶）形成蛋氨酸，然后与ATP反应形成S-腺苷蛋氨酸（和三磷酸）。与叶酸循环不同，这些反应是单向的，每个循环的费用相当于三个ATP到ADP反应的费用。

碳的来源和目的地

碳的来源包括丝氨酸转化为甘氨酸（通过丝氨酸羟甲基转移酶)甲酸（HCOOH[4]，甘氨酸分解(甘氨酸切割系统)和脱甲基反应得到的甲基。

单碳单位用于合成核酸、氨基酸、脂质和各种其他代谢物。叶酸循环直接为从dUMP合成dTMP、嘌呤合成和甲酰化蛋氨酸提供甲基。通过为蛋氨酸循环提供甲基，它间接地为DNA、神经递质、各种脂质和许多其他代谢物的甲基化提供甲基。

在下面的动画中，显示了两个场景。在这两种情况下，碳通过从丝氨酸中除去一个碳单元进入循环。在一种情况下，碳被用于甲基化dUMP以生成dTMP用于DNA合成，在另一种情况中，碳被用作甲基化DNA，作为表观遗传修饰的一部分。

图片：Onecarbon.gif

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进一步阅读

  • 途径中甲基的起源[5]
  • 细胞周期调节[6]
  • 表观遗传学[7]
  • 太空飞行后的视力变化[8]

工具书类

  1. ↑Li K，Wahlqvist ML，Li D.营养，单碳代谢和神经管缺陷：综述。营养物。2016年11月23日；8(11). 邮政编码：8110741。doi:10.3390/nu8110741。PMID：27886045数字对象标识：http://dx.doi.org/10.3390/nu8110741
  2. ↑Zheng Y，Cantley LC。更好地理解叶酸代谢在健康和疾病中的作用。《实验医学杂志》，2019年2月4日；216(2):253-266. doi:10.1084/jem.20181965。Epub 2018年12月26日。PMID：30587505数字对象标识：http://dx.doi.org/10.1084/jem.20181965
  3. ↑Ducker GS，Rabinowitz JD。健康与疾病中的单碳代谢。细胞代谢。2017年1月10日；25(1):27-42. doi:10.1016/j.cmet.2016.08.009。Epub 2016年9月15日。PMID：27641100数字对象标识：网址：http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2016.08.009
  4. ↑Pietzke M，Meiser J，Vazquez A.健康和疾病中的甲酸代谢。摩尔金属。2020年3月；33:23-37. doi:10.1016/j.molmet.2019.05.012。Epub 2019年7月30日。PMID：31402327数字对象标识：http://dx.doi.org/10.1016/j.molmet.2019.05.012
  5. ↑洛杉矶JW。丝氨酸、甘氨酸和单碳单位：癌症的全循环代谢。Nat Rev癌症。2013年8月；13(8):572-83. doi:10.1038/nrc3557。Epub 2013年7月4日。PMID：23822983数字对象标识：http://dx.doi.org/10.1038/nrc3557
  6. ↑Lan X、Field MS、Stover PJ。叶酸介导的单碳代谢的细胞周期调控。Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med.2018年11月；10（6）：e1426。doi:，10.1002/wsbm.1426。Epub 2018年6月11日。PMID：29889360数字对象标识：http://dx.doi.org/10.1002/wsbm.1426
  7. ↑Friso S、Udali S、De Santis D、Choi SW。单碳代谢和表观遗传学。Mol Aspects Med.2017年4月；54:28-36. doi:10.1016/j.mam.2016.11.007。Epub 2016年11月19日。PMID：27876555数字对象标识：http://dx.doi.org/10.1016/j.mam.2016.11.007
  8. ↑Zwart SR、Gibson CR、Mader TH、Ericson K、Ploutz Snyder R、Heer M、Smith SM。太空飞行后的视力变化与叶酸和维生素B-12依赖性单碳代谢的改变有关。营养学杂志。2012年3月；142(3):427-31. doi:10.3945/jn.111.154245。Epub 2012年2月1日。PMID：22298570数字对象标识：http://dx.doi.org/10.3945/jn.111.154245

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