Двадесет аминокиселини, включително девет, които не могат да бъдат синтезирани при хора и трябва да бъдат получени чрез храната, участват в метаболизма. Аминокиселините са градивните елементи на протеините; някои също функционират като или се синтезират във важни молекули в тялото като невротрансмитери, хормони, пигменти и молекули, пренасящи кислород. Всяка аминокиселина се разгражда допълнително до амоняк, въглероден диоксид и вода. Нарушенията, които засягат метаболизма на аминокиселините, включват фенилкетонурия, тирозинемия, хомоцистинурия, некетотична хиперглицинемия и заболяване на урината от кленов сироп. Тези нарушения са автозомно-рецесивни и всички могат да бъдат диагностицирани чрез анализ на концентрациите на аминокиселини в телесните течности. (Болестта на кленовия сироп също се характеризира с производството на органични киселини и е обсъдена в раздела Органични киселини.)

Фенилкетонурията (PKU) се причинява от намалена активност на фенилаланин хидроксилазата (PAH), ензим, който превръща аминокиселината фенилаланин в тирозин, предшественик на няколко важни хормона и пигменти на кожата, косата и очите. Намалената активност на PAH води до натрупване на фенилаланин и намалено количество тирозин и други метаболити. Постоянните високи нива на фенилаланин в кръвта от своя страна водят до прогресивно забавяне на развитието, малка обиколка на главата, нарушения на поведението и гърчове. Поради намаленото количество на пигмента меланин, хората с PKU са склонни да имат по-леки черти, като руса коса и сини очи, отколкото други членове на семейството, които нямат болестта. Лечението със специални формули и с храни с ниско съдържание на фенилаланин и протеини може да намали нивата на фенилаланин до нормални стойности и да поддържа нормална интелигентност. Въпреки това, редки случаи на PKU, които са резултат от нарушен метаболизъм на биоптерин, съществен кофактор в реакцията на фенилаланин хидроксилаза, може да не повлияят последователно на терапията.

Класическата (хепаторенална или тип I) тирозинемия се причинява от дефицит на фумарилацетоацетат хидролаза (FAH), последният ензим в тирозиновия катаболизъм. Характеристиките на класическата тирозинемия включват тежко чернодробно заболяване, незадоволително наддаване на тегло, периферни нервни заболявания и бъбречни дефекти. Приблизително 40% от хората с разстройство развиват рак на черния дроб до 5-годишна възраст, ако не се лекуват. Лечението с 2- (2-нитро-4-трифлуорометилбензоил) -1,3-циклохександион (NTBC), мощен инхибитор на катаболния път на тирозин, предотвратява производството на токсични метаболити. Въпреки че това води до подобряване на чернодробните, бъбречните и неврологичните симптоми, появата на рак на черния дроб може да не бъде предотвратена. Трансплантация на черен дроб може да се наложи при тежко чернодробно заболяване или ако се развие рак. Съществува и доброкачествена, преходна неонатална форма на тирозинемия, която реагира на ограничаване на протеините и терапия с витамин С.

Хомоцистинурията се причинява от дефект в цистатионин бета-синтазата (или β-синтазата), ензим, който участва в метаболизма на метионин, което води до натрупване на хомоцистеин. Симптомите включват подчертано зачервяване на бузите, висока, тънка рамка, дислокация на лещата, съдови заболявания и изтъняване на костите (остеопороза). Също така могат да присъстват интелектуални увреждания и психиатрични разстройства. Приблизително 50% от хората с хомоцистинурия реагират на лечение с витамин В6 (пиридоксин) и тези индивиди са склонни да имат по-добра интелектуална прогноза. Терапията с фолиева киселина, бетаин (лекарство, което премахва излишния хомоцистеин от тялото), аспирин и диетични ограничения на протеини и метионин също могат да бъдат от полза.

Некетотичната хиперглицинемия се характеризира с гърчове, нисък мускулен тонус, хълцане, задържане на дъха и тежко увреждане на развитието. Причинява се от повишени нива на невротрансмитера глицин в централната нервна система, които от своя страна са причинени от дефект в ензимната система, отговорен за разцепването на аминокиселината глицин. Лекарствата, които блокират действието на глицин (напр. Декстрометорфан), диета с ниско съдържание на протеини и лекарства за отстраняване на глицин (напр. Натриев бензоат), могат да облекчат симптомите, но няма лечение за това тежко състояние.

Дефекти на урейния цикъл

Чернодробните клетки играят критична роля при изхвърлянето на азотни отпадъци чрез образуване на съединението карбамид (основният твърд компонент на урината) чрез действието на урейния цикъл. Когато аминокиселината се разгради, амонячният азот в единия край на молекулата се отделя, включва в урея и се екскретира с урината. Дефект на който и да е от ензимите на урейния цикъл води до токсично натрупване на амоняк в кръвта. Това от своя страна причинява лошо хранене, повръщане, летаргия и евентуално кома през първите два или три дни от живота (с изключение на дефицита на аргиназа, който се проявява по-късно в детството).

метаболизма

Дефектите на урейния цикъл са автозомно-рецесивни, което означава, че се предават на потомството само когато и двамата родители носят дефекта. Едно изключение е дефицитът на орнитин транскарбамилаза (OTC), който е Х-свързан (и следователно причинява тежко заболяване при мъжете, които наследяват мутантната Х хромозома). Недостигът на извънборсови лекарства обаче може да засегне и жени, които „проявяват хетерозиготи“ (вижте раздела Наследяване), проявяващи се с тежко заболяване по време на ранна детска възраст или по-късно в живота по време на метаболитен стрес - например по време на вирусно заболяване или раждане. Спешното управление на нарушения на цикъла на уреята включва интравенозно лечение с амоняк и хемодиализа за намаляване на нивото на амоняк в кръвта. Дългосрочната терапия се състои от диета с ниско съдържание на протеини, осигуряване на хранителни вещества с дефицит при тези нарушения и фенилбутират или бензоат (лекарства, които освобождават тялото от излишния амоняк). Хората с нарушения на цикъла на урея са изложени на риск от повтарящи се кризи с повишени нива на амоняк, особено по време на инфекция; нелекувани или повтарящи се епизоди с високи нива на амоняк могат да причинят интелектуални затруднения и увреждане на развитието. Трансплантацията на черен дроб може да излекува някои от тези нарушения.

Нарушения на транспорта на аминокиселини

Необходима е енергия за преместване на много аминокиселини от чревния тракт в кръвта или за възстановяването им от урината от специални клетки в бъбреците. Този транспорт на аминокиселини не включва ензими в метаболитните пътища, а по-скоро транспортира протеини, вградени в клетъчни или вътреклетъчни органелни мембрани. Мутантните протеини с намалена транспортна активност могат да предотвратят усвояването на диетичните аминокиселини или да причинят загубата им в урината. Например при цистинурия има повишена екскреция на цистин, орнитин, аргинин и лизин в урината, което води до камъни в бъбреците. Цистинозата се характеризира с дефектно излизане на цистин от клетъчните органели, наречени лизозоми, поради дефект в транспортиращия цистинозин; хората с това разстройство развиват роговични отлагания и бъбречно заболяване и може да се наложи трансплантация на бъбрек. Дефектният мембранен транспорт на лизин, аргинин и орнитин в червата причинява непоносимост към лизинуринов протеин (LPI), разстройство, характеризиращо се с непоносимост към протеини, диария, незадоволително наддаване на тегло, остеопороза и обриви; късните усложнения на LPI включват бъбречни и белодробни заболявания. Болестта на Хартнуп е нарушение на транспорта на аминокиселини в червата и бъбреците; атаксия, фоточувствителен обрив и психични отклонения са основните симптоми.

Органични киселини

Органичните киселини са съединения на основата на въглерод, които се появяват при необичайно повишени нива, когато метаболитните пътища, включващи специфични ензими, са блокирани. Органичните ацидемии са състояния, характеризиращи се с натрупване на органични киселини в телесните тъкани и течности, особено в урината. Най-честите от тези нарушения са автозомно-рецесивни състояния, които включват метаболизма на аминокиселините с разклонена верига левцин, изолевцин и валин. Органичните ацидемии имат много характеристики, включително повишена киселина в кръвта (ацидемия), ниска кръвна захар (хипогликемия), нисък брой на белите кръвни клетки (неутропения), лош растеж и различна степен на умствено увреждане. Тези нарушения могат да се проявят в ранна детска възраст или по-късно в детска възраст.

Пропионовата ацидемия се причинява от дефицит на ензима пропионил-КоА карбоксилаза, което води до натрупване на пропионова киселина. Хората с това разстройство обикновено имат животозастрашаващо заболяване в ранна детска възраст. Ацидемия, дехидратация, нисък брой на белите кръвни клетки, нисък мускулен тонус и летаргия, прогресираща до кома са типични характеристики. Нивото на амоняк в кръвта също може да бъде високо, тъй като анормалните метаболити възпрепятстват нормалния цикъл на уреята. Основните терапии за пропионова ацидемия са диетично ограничаване на аминокиселини с разклонена верига, добавяне на карнитин и енергично лечение на метаболитни кризи с интравенозни течности, глюкоза и бикарбонат.

Хората с класическата форма на метилмалонова ацидемия (ММА), причинена от дефект в ензима метилмалонил-КоА мутаза, имат симптоми, подобни на индивидите с пропионова ацидемия, но могат да развият и дългосрочно усложнение на бъбречната недостатъчност. Комбинирана трансплантация на черен дроб и бъбреци може да бъде от полза при някои пациенти с тежко бъбречно заболяване. Една форма на класически ММА отговаря на лечението с витамин В12. По-редки форми се причиняват от дефекти в преработката на витамин В12 и често се появяват по-късно в детството с прогресиращо неврологично увреждане.

Болестта на урината от кленов сироп (MSUD) е нарушение на метаболизма на аминокиселини с разклонена верига, което води до натрупване на левцин, изолевцин, валин и съответните им оксокиселини в телесните течности - един резултат е характерен мирис на кленов сироп към урината на някои пациенти . Разстройството е често срещано при менонитите в Пенсилвания. Класическата форма на MSUD се проявява в ранна детска възраст с летаргия и прогресивно неврологично влошаване, характеризиращо се с припадъци и кома. За разлика от повечето органични ацидемии, видната ацидемия е рядка. Лечението включва ограничаване на протеините и хранене с формули с дефицит на аминокиселини с разклонена верига. Хората с MSUD могат да имат умствени увреждания въпреки терапията, но ранното и внимателно лечение може да доведе до нормално интелектуално развитие. По-леките форми на MSUD могат да бъдат лекувани с просто ограничаване на протеините или прилагане на тиамин (витамин В1).