胺基酸分解代謝是氮代謝的核心，連接蛋白質周轉（turnover）、能量代謝和生合成中間體的供應。
PLP 化學的統一機制
幾乎所有胺基酸轉化反應（transamination、decarboxylation、racemization、α,β-elimination、β,γ-elimination）都由 PLP-dependent enzymes 催化。Dunathan（1966, PNAS）提出：被切斷的鍵必須垂直於 PLP-imine π system（Dunathan hypothesis），使 σ-π overlap 最大化以穩定 carbanion 中間體。不同反應的專一性由活性位點控制哪條鍵垂直於 π plane。
Aminotransferases 催化 ping-pong bi-bi mechanism：(1) 胺基酸 + E-PLP → α-keto acid + E-PMP（pyridoxamine phosphate）；(2) α-ketoglutarate + E-PMP → glutamate + E-PLP。反應完全可逆，方向由底物/產物比例決定。
Glutamate Dehydrogenase（GDH）的多重調控
GDH 是 homohexamer，具有複雜的異位調控：GTP（能量充足 signal）和 palmitoyl-CoA 抑制；ADP 和 Leu 活化。Gain-of-function GDH 突變導致 Hyperinsulinism-Hyperammonemia syndrome（GDH 過度活化 → α-KG↑ → 在 β-cell 中推動 TCA → ATP/ADP↑ → insulin 分泌↑；同時 NH₄⁺ 過度產生 → hyperammonemia）。SIRT4（mitochondrial sirtuin）ADP-ribosylates GDH 使其失活，是 caloric restriction 和 nutrient sensing 的調控節點（Haigis et al., Cell 2006）。
支鏈胺基酸分解的組織特異性和臨床意義
BCAT 有兩種同工酶：BCATm（mitochondrial, 骨骼肌高度表達）和 BCATc（cytosolic, 腦部）。BCKDH 的調控類似 PDH：BCKDH kinase 磷酸化 E1α → 失活；BCKDH phosphatase 去磷酸化 → 活化。BCKDH kinase 被 α-ketoisocaproate（Leu 的 α-keto acid）抑制——這解釋了為什麼高 Leu 攝入促進所有 BCAA 氧化（「leucine 效應」）。
Maple Syrup Urine Disease（MSUD）：BCKDH 缺陷（多為 E1α 或 E2 突變）→ BCAA 及 branched-chain α-keto acids 堆積。Classic MSUD（殘餘活性 <2%）在新生兒期即出現 encephalopathy；intermediate 和 intermittent 型較輕。新生兒篩檢以 tandem MS 偵測血 Leu/Ile 升高。治療：限制 BCAA 飲食 + 急性期 thiamine 試驗（部分 thiamine-responsive 突變）。肝臟移植可治癒（肝臟 BCKDH 活性足以清除 BCAA）。
特殊胺基酸代謝病
- Phenylketonuria（PKU）：Phe hydroxylase（PAH）缺陷 → Phe 堆積。PAH 需 BH4（tetrahydrobiopterin）為輔因子。治療：低 Phe 飲食 + sapropterin（BH4 supplement, 對 BH4-responsive 突變有效）+ pegvaliase（PEGylated Phe ammonia lyase, 2018 FDA 核准）。
- Homocystinuria：cystathionine β-synthase（CBS）缺陷 → homocysteine↑。臨床：Marfan-like 骨骼異常、lens dislocation（下方脫位，vs Marfan 上方脫位）、血栓傾向、智能障礙。治療：高劑量 B₆（pyridoxine, PLP precursor）、低 Met 飲食、betaine（alternative homocysteine→methionine pathway）。
- Alkaptonuria：homogentisate 1,2-dioxygenase 缺陷 → homogentisic acid 堆積 → 尿變黑（ochronosis）。Garrod（1902）首次描述為 inborn error of metabolism 的經典案例。Nitisinone（HPPD inhibitor）可降低 homogentisic acid 生成。
文獻：Dunathan, H.C. (1966) PNAS 55:712. / Haigis, M.C. et al. (2006) Cell 126:941. / Chuang, D.T. et al. (2006) Mol Genet Metab 89:289.