氨基酸除了构成蛋白和氧化分解之外，还可用来合成多种生物活性分子，如一碳单位、激素、神经递质等。
一碳单位（one-carbon unit）是含一个碳原子的基团，甲烷和二氧化碳例外。主要有甲基、亚甲基（甲叉基、甲烯基）、次甲基（甲川基、甲炔基）、羟甲基、亚氨甲基和甲酰基。
作为一种基团，一碳单位不能独立存在，只能连接在载体上。主要的载体是四氢叶酸（FH4），一碳单位连接在其5位和10位氮上。
四氢叶酸
除甲基外，其它一碳单位之间可以互相转化。在一碳单位转化和利用的过程中还会涉及到维生素B2、B6和B12。
叶酸代谢。引自IUBMB Life. 2008
一碳单位是甲基供体，与肾上腺素、肌酸、胆碱、嘌呤、嘧啶等的生物合成有关。快速增殖的细胞对此需求较高，所以对相关物质的缺乏更为敏感。比如抑制叶酸代谢可用来抗菌，人体缺乏叶酸容易贫血，孕期要补充叶酸等等。
一碳单位的主要来源是氨基酸的碳架氧化，特别是甘氨酸。甘氨酸裂解可生成亚甲基四氢叶酸；氧化脱氨生成的乙醛酸可产生次甲基四氢叶酸，乙醛酸氧化生成的甲酸可生成甲酰基四氢叶酸。
苏氨酸和丝氨酸都可转化为甘氨酸，从而产生一碳单位。丝氨酸转化时还产生亚甲基四氢叶酸。
组氨酸分解时产生亚氨甲基四氢叶酸，脱氨后产生次甲基四氢叶酸。甲硫氨酸生成的S-腺苷甲硫氨酸（SAM）可为多种反应提供甲基，产生的高半胱氨酸可从四氢叶酸接受甲基，再生甲硫氨酸，构成一个循环，称为甲硫氨酸循环。
甲硫氨酸循环。引自themedicalbiochemistrypage
氨基酸脱羧会形成胺类化合物，包括多种生物活性物质，比如激素、神经递质、组胺、多胺等。
酪氨酸被酪氨酸羟化酶（TH）催化，生成二羟苯丙氨酸，即多巴（dopa）。多巴脱羧酶（DDC）催化形成多巴胺（dopamine），多巴胺β-羟化酶（DBH）催化形成去甲肾上腺素，再被苯乙醇胺N-甲基转移酶（PNMT）催化，接受SAM的甲基形成肾上腺素。后三种激素统称儿茶酚胺类激素，对心血管和神经系统有重要作用。
儿茶酚胺激素的合成。引自themedicalbiochemistrypage
多巴的另一个去向是氧化成多巴醌，再自发聚合形成黑色素。此途径的问题可引起白化病。
色氨酸羟化酶（TPH）催化色氨酸形成5-羟色氨酸（5-HTP），然后被DDC催化脱羧，形成5-羟色胺（5-HT）。5-羟色胺也称血清素（serotonin），是一种神经递质，与神经兴奋、小动脉和支气管平滑肌收缩、胃肠道肽类激素的释放有关。
5-羟色胺和褪黑激素的合成。引自themedicalbiochemistrypage
血清素给人带来愉悦感和幸福感，缺乏则易导致强迫症、焦躁、抑郁等。5-羟色胺从神经元释放后，大多数会迅速被一种再摄取机制重新转运回去。这种机制由5-羟色胺再摄取转运蛋白（SERT，SLC6A4）控制。
选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs）可抑制这种过程，使5-羟色胺在突触间隙中的存在时间延长，起到抗抑郁作用。但过量5-羟色胺也会导致毒性，即5-羟色胺综合症（SS），包括神经肌肉异常，自主神经过度活跃和精神状态改变。
5-羟色胺再摄取与5-羟色胺综合征。引自 Int J Tryptophan Res. 2019
在松果体和视网膜中，5-羟色胺被进一步乙酰化和甲基化，生成褪黑激素（melatonin）。褪黑激素合成后储存在松果体内，支配松果体的交感神经兴奋会促进其合成与释放。
褪黑激素
交感神经分泌的去甲肾上腺素激活β-肾上腺素受体，导致cAMP水平升高，PKA磷酸化并激活芳烷基胺N-乙酰基转移酶（AA-NAT）。后者是褪黑激素合成的限速酶。
褪黑素通过抑制其他神经递质（如多巴胺和GABA）的合成和分泌发挥作用，例如促进睡眠等。褪黑激素的合成和分泌受人体内源性昼夜节律和光照控制，在白天保持较低水平，在夜晚和黑暗中增加。內源节律由下丘脑视交叉上核（SCN）的昼夜节律系统驱动，例如Clock基因的表达以大约24小时的昼夜节律振荡。光照调节则通过视网膜下丘脑束和SCN起作用（Int J Mol Sci. 2019）。
光照调控褪黑激素合成。引自Int J Mol Sci. 2019
在老年人中，褪黑激素浓度降低，其节律的幅度也随着年龄的增长而降低，从而导致睡眠呈分散模式（Endotext [Internet]. South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc.; 2000-.）。
褪黑激素可以调节昼夜节律，所以可用于改善睡眠、调整时差等。另外，褪黑激素也有调节个体发育、性腺功能以及能量代谢等作用，也有报道其抗氧化、抗肿瘤作用。但不要将其当作神药，更不要盲目服用。因为其作用与昼夜节律有关，所以不仅其剂量需要单独调整，因人而异，而且服用时间也很重要。滥用容易导致节律紊乱，甚至性腺功能异常等。
谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸（GABA），是有抑制作用的神经递质。分泌GABA的神经元称为GABA能神经元。GABA是中枢神经系统的主要抑制性神经递质，与谷氨酸的兴奋作用相对。
GABA合成。引自themedicalbiochemistrypage
如果抑制和兴奋之间的平衡被破坏，会导致多种问题。GABA不足可能导致过度兴奋，例如癫痫，痉挛性疾病等。所以GABA激动剂有抗癫痫作用。
神经元的兴奋-抑制平衡与癫痫发作。引自Children (Basel). 2019
参考文献：
Nissar Ahmad Wani, et al. Folate status in various pathophysiological conditions. IUBMB Life. 2008 Dec;60(12):834-42.
William J Scotton, et al. Serotonin Syndrome: Pathophysiology, Clinical Features, Management, and Potential Future Directions.Int J Tryptophan Res.2019; 12: 1178646919873925.
Alice Poisson, et al. Smith-Magenis Syndrome: Molecular Basis of a Genetic-Driven Melatonin Circadian Secretion Disorder. Int J Mol Sci. 2019 Jul 19;20(14):3533.
Anna Aulinas. Physiology of the Pineal Gland and Melatonin. Endotext [Internet]. South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc.; 2000–.
Li-Rong Shao, et al. Pediatric Epilepsy Mechanisms: Expanding the Paradigm of Excitation/Inhibition Imbalance. Children (Basel). 2019 Feb 5;6(2):23.
