氨基酸脱氨的产物通常进入三羧酸循环氧化分解，称为碳架氧化。20种氨基酸分别通过5种物质进入三羧酸循环：乙酰辅酶A、α-酮戊二酸、琥珀酰辅酶A、延胡索酸和草酰乙酸。
草酰乙酸途径最简单，只有天冬氨酸和天冬酰胺，通过脱酰胺和转氨反应即可完成。延胡索酸途径也只有两个氨基酸，苯丙氨酸和酪氨酸。不过这只是它们的一部分，另一部分是通过乙酰辅酶A途径进入的。
α-酮戊二酸途径有5个氨基酸，除了谷氨酸和谷氨酰胺外还有脯氨酸、精氨酸和组氨酸。这三个氨基酸有个共同的特点：都不按照正常的先转氨再处理碳架的模式进行，而是转变成谷氨酸以后才去处理α-氨基。
脯氨酸的氨基是亚氨基，处于环状结构中，所以不能被转氨酶催化。它被脯氨酸脱氢酶（PRODH）催化，形成5-羧基二氢吡咯（Δ1-pyrroline-5-carboxylate，P5C），P5C与谷氨酸-γ-半醛是互变异构，后者被醛脱氢酶（P5CDH，编码基因为ALDH4A1）氧化成谷氨酸。
精氨酸的降解要借助于尿素循环，由精氨酸酶水解生成鸟氨酸。鸟氨酸过量时，会被转氨酶（OAT）催化转走侧链氨基，生成谷氨酸-γ-半醛，然后被P5CDH氧化。
组氨酸被组氨酸氨基裂解酶（histidine ammonia-lyase，HAL）催化，脱去氨基形成尿刊酸。HAL也叫组氨酸酶（histidase）。尿刊酸水合、开环生成N-甲亚氨基谷氨酸，然后把甲亚氨基转给四氢叶酸，就转化成谷氨酸了。催化这一步的酶是谷氨酸甲亚氨基转移酶（glutamate formiminotransferase，也叫formimidoyltransferase cyclodeaminase，FTCD）。甲亚氨基四氢叶酸用于碱基合成，这是组氨酸的一个重要作用。
通过琥珀酰辅酶A进入的有苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸和异亮氨酸，也就是我们在《脂肪酸的转运与氧化分解》一文中提到的VOMIT途径，其中O是指奇数碳脂肪酸。
苏氨酸的分解途径有三条，VOMIT途径是最主要的一条。首先是在苏氨酸脱水酶催化下脱水脱氨，产生α-酮丁酸，然后脱氢脱羧，生成丙酰辅酶A，进入丙酸代谢，经羧化、消旋、变位生成琥珀酰辅酶A。
此途径的脱水脱氨属于非氧化脱氨，我们在《氨基酸的脱氨与氨基酸氧化酶》一文中提到过。此酶在狗和啮齿动物中可以催化丝氨酸脱氨，所以也称为丝氨酸/苏氨酸脱水酶（serine/threonine dehydratase），但在人体中没有观察到其催化丝氨酸的活性。
甲硫氨酸的主要作用是作为甲基供体，这也是其代谢的开端。甲硫氨酸先被ATP活化，生成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。催化的酶是甲硫氨酸腺苷基转移酶（MAT）。这个反应的特点是ATP上的磷酸都被放出，所以最后转移到蛋氨酸上的是腺苷而不是AMP。
SAM是通用甲基供体，为多种物质的合成反应提供甲基，如肾上腺素、胆碱合成、组蛋白甲基化等。SAM转甲基后水解，生成高半胱氨酸，也称为同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）。Hcy先与丝氨酸合成胱硫醚，然后在硫的另一侧断裂，就把硫转给了丝氨酸，生成半胱氨酸和α-酮丁酸。之后的反应与苏氨酸代谢相同。
这个途径同时也是半胱氨酸的合成途径，所以半胱氨酸是非必需氨基酸。此外，Hcy还可以得到甲基，再生为甲硫氨酸。这样就构成一个循环，即甲硫氨酸循环。其意义在于，这是将甲基四氢叶酸中的甲基转移到其它甲基受体的唯一途径。此途径受阻会导致叶酸不能正常循环，需要叶酸的碱基合成过程被抑制，造成巨幼红细胞贫血等症状。详见《叶酸、钴胺素（维生素B12）与一碳单位代谢》一文。
以前认为从Hcy再生Met只有甲硫氨酸合成酶（MS），但后来发现还有另外两种酶：甜菜碱-同型半胱氨酸S-甲基转移酶（BHMT）和BHMT2。后者因为序列与BHMT相似而得名，但后来发现它使用S-甲基甲硫氨酸作为甲基供体，而不是甜菜碱（J Biol Chem. 2008）。正常情况下，甲硫氨酸的再生仍以MS为主。
甜菜碱是N,N,N-三甲基甘氨酸，一种重要的甲基供体，可恢复细胞内甲硫氨酸稳态。因为肝脏脂肪堆积与甲硫氨酸代谢密切相关，所以甜菜碱对于脂肪肝有治疗作用，包括ALD和MAFLD（Biology (Basel). 2021）。
甜菜碱在肝脏中的功能 Biology (Basel). 2021
缬氨酸和异亮氨酸的代谢属于正常程序：先转氨生成α-酮酸，再脱氢脱羧生成脂酰辅酶A，然后再将其降解。
异亮氨酸脱氢脱羧后，经过类似β-氧化的过程生成乙酰辅酶A和丙酰辅酶A，后者生成琥珀酰辅酶A。缬氨酸生成的是异丁酰辅酶A，脱氢、水化后再水解，生成3-羟基异丁酸，氧化为甲基丙二酰辅酶A，再变位生成琥珀酰辅酶A。
其实同属于支链氨基酸的亮氨酸也是如此，它们需要的转氨酶都是支链氨基酸转氨酶（BCAT），脱氢脱羧都是用支链α-酮酸脱氢酶（BCKD）。只不过亮氨酸最后生成的是乙酰辅酶A和乙酰乙酸，被划分到另一条途径而已。
参考文献：
Sandra S Szegedi, et al. Betaine-homocysteine S-methyltransferase-2 is an S-methylmethionine-homocysteine methyltransferase. J Biol Chem. 2008 Apr 4;283(14):8939-45.
Madan Kumar Arumugam, et al. Beneficial Effects of Betaine: A Comprehensive Review. Biology (Basel). 2021 Jun; 10(6): 456.
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