第十二章蛋白質(zhì)代謝

1、 氨基酸的生物合成還原性氨基化作用,氨基轉(zhuǎn)移作用,氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用 蛋白質(zhì)的生物合成 蛋白質(zhì)合成體系的組成,蛋白質(zhì)的合成過程,蛋白質(zhì)合成后的定向輸送與修飾 蛋白質(zhì)的生物降解蛋白酶類,蛋白質(zhì)的消化吸收,食品蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值 氨基酸的分解氨基酸的脫氨基作用,氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用,聯(lián)合脫氨基作用,氨基酸的脫羧基作用,氨基酸碳骨架的氧化途徑,含氮排泄物的形成 蛋白質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)遺傳的控制,酶的控制,激素的調(diào)節(jié)還原性氨基化作用氨基轉(zhuǎn)移作用氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用(一)還原性氨基化作用 在多數(shù)機體中，NH3同化主要是經(jīng)谷氨酸和谷氨酰胺合成途徑完成的。1、谷氨酸合成的主要途徑是由L-谷氨酸脫氫酶催化的-酮戊二酸

2、氨基化途徑 2、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶聯(lián)合作用，將游離氨轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼岬?氨基。 NH3+-酮戊二酸+NAD(P)H+H+L-谷氨酸+NAD(P)+H2O谷氨酸+ATPNH3谷氨酰氨 ADPPi谷氨酰胺合成酶ATP NH3AMPPPiMg2+天冬氨酸合成酶天冬氨酸天冬酰氨(二)氨基轉(zhuǎn)移作用 氨基轉(zhuǎn)移作用是由一種氨基酸把它的分子上的氨基轉(zhuǎn)移至其它-酮酸上。以形成另一種氨基酸。這個反應(yīng)的通式是：R1CHCOOHR2CONH2+COOH轉(zhuǎn)氨酶COCOOHR1CHCOOHNH2R2(三)氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用 在有些情況下，氨基酸間也可以相互轉(zhuǎn)化。如由蘇氨酸或絲氨酸可生成甘氨酸，由色氨酸或胱氨酸可生

3、成丙氨酸。 必需氨基酸：人體及動物生長發(fā)育必需，而在機體中又不能合成，必須從食物中攝取的氨基酸，稱必需氨基酸。動物不能合成的氨基酸有賴氨酸、色氨酸、組氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、纈氨酸和精氨酸(人體能合成部分組氨酸和精氨酸)。 蛋白質(zhì)合成體系的組成蛋白質(zhì)的合成過程蛋白質(zhì)合成后的定向輸送與修飾1、mRNA 蛋白質(zhì)合成體系中一個重要組分是信使RNA（mRNA），它攜帶著DNA的遺傳信息。正值信息保存于相鄰三個堿基構(gòu)成的密碼子中。2、tRNA 在蛋白質(zhì)合成中，tRNA起著運輸氨基酸的作用，稱轉(zhuǎn)運RNA，即將氨基酸按mRNA鏈上的密碼所決定的氨基酸順序轉(zhuǎn)移入蛋白質(zhì)合成的場所核糖體

4、。3、rRNA及核糖體：核糖體是合成蛋白質(zhì)的場所,含有核糖體RNA(簡稱rRNA)。它由大小兩個亞基組成。4、輔助因子：在蛋白質(zhì)合成體系中，除了上述的蛋白質(zhì)因子外，蛋白質(zhì)的生物合成還需要ATP、GTP、Mg2+等參與。 蛋白質(zhì)的合成過程可以分為四個步驟：1、氨基酸的活化：氨基酸必須先行活化才能形成肽鏈，即將氨基酸的羧基以酯鍵連接于tRNA的3端羥基上，形成氨酰-tRNA。ATPMg2+PPi+氨基酸酶氨酰-AMP-酶復(fù)合物酶tRNA氨酰-tRNAAMP+氨酰-AMP-酶復(fù)合物氨基酸活化及結(jié)合氨基酸活化及結(jié)合rRNA2、起始：蛋白質(zhì)合成首先必須辯認(rèn)出mRNA上的起始點。mRNA鏈上的起始密碼子是

5、AUG。由起始氨酰-tRNAf 、mRNA 、核糖體及起始因子等經(jīng)多個步驟組裝成一個“起始復(fù)合物”，然后即可進行蛋白質(zhì)的合成。 原核細(xì)胞中蛋原核細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成起始白質(zhì)合成起始3、肽鏈延長4、終止：當(dāng)核糖體移動至終止密碼子UAA、UGA時，肽鏈延長便終止。 肽鏈合成的終止包括下列步驟：(1)終止因子進入A位，識別終止密碼子。(2)終止因子使肽基轉(zhuǎn)移酶的催化作用轉(zhuǎn)變?yōu)樗庾饔?，使肽鏈從tRNA上分離出來，生成一條新合成的蛋白質(zhì)分子。 多核糖體：在一條mRNA鏈上，可以有多個核糖體同時進行翻譯。 1、信號肽及其識別體 信號肽：在新生肽的N-端(有時位于肽鏈中部，如卵清蛋白)，常有一小段與蛋白質(zhì)定向

6、輸送有關(guān)并在輸送途中被切除的肽段，稱為信號肽。在C-端有一個可被信號肽酶識別的位點。 信號肽識別體：識別信號肽的是一種核蛋白質(zhì)體，稱為信號識別體(signal recognition particle, SRP)。SRP有兩個功能域(domain)，一個識別信號肽，一個干擾進入的氨酰-tRNA和肽酰移位酶的反應(yīng)，以終止多肽鏈的延伸作用。 新生肽在信號肽的導(dǎo)引下定向送往細(xì)胞的各個部分，以行使各自的生物功能，在這種定向輸送過程中，信號肽被信號肽酶水解。2、蛋白質(zhì)合成后的修飾蛋白質(zhì)糖基化蛋白質(zhì)糖基化蛋白酶蛋白質(zhì)的消化吸收食品蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值 1、肽酶：又稱肽鏈端解酶，它們只作用于多肽鏈的末端。 編編

7、 號號名名 稱稱作作 用用 特特 征征反反 應(yīng)應(yīng)3.4.11-氨酰肽水解氨酰肽水解酶類酶類作用于多肽鏈的氨基末端作用于多肽鏈的氨基末端(N-末末端端)，生成氨基酸，生成氨基酸氨酰肽氨酰肽H2O氨基酸氨基酸肽肽3.4.13二肽水解酶類二肽水解酶類水解二肽水解二肽二肽二肽H2O2氨基酸氨基酸3.4.14二肽基肽水解二肽基肽水解酶類酶類作用于多肽鏈的氨基端，生成二作用于多肽鏈的氨基端，生成二肽肽二肽基多肽二肽基多肽H2O二二肽肽+多肽多肽3.4.15肽基二肽水解肽基二肽水解酶類酶類作用于多肽鏈的羧基末端作用于多肽鏈的羧基末端(C-末末端端)，生成二肽，生成二肽多肽基二肽多肽基二肽H2O多多肽二肽肽二

8、肽3.4.16絲氨酸羧肽酶絲氨酸羧肽酶類類作用于多肽鏈的羧基末端生成氨作用于多肽鏈的羧基末端生成氨基酸，在催化部位含有對有機氟、基酸，在催化部位含有對有機氟、有機磷敏感的絲氨酸殘基有機磷敏感的絲氨酸殘基肽基肽基-L-氨基酸氨基酸H2O肽肽L-氨基酸氨基酸3.4.17金屬羧肽酶類金屬羧肽酶類作用于多肽鏈的羧基末端生成氨作用于多肽鏈的羧基末端生成氨基酸，其活性要求二價陽離子基酸，其活性要求二價陽離子肽基肽基-L-氨基酸氨基酸H2O肽肽L-氨基酸氨基酸2、蛋白酶：又稱肽鏈內(nèi)切酶，作用于肽鏈內(nèi)部。 編編 號號名名 稱稱作作 用用 特特 征征例例 子子3.4.21絲氨酸蛋白酶類絲氨酸蛋白酶類在活性中心含

9、絲氨酸在活性中心含絲氨酸胰凝乳蛋白酶、胰蛋胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、凝血酶白酶、凝血酶3.4.22硫醇蛋白酶類硫醇蛋白酶類在活性中心含半胱氨在活性中心含半胱氨酸酸木瓜蛋白酶、無花果木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、菠蘿蛋白酶蛋白酶、菠蘿蛋白酶3.4.23羧基羧基(酸性酸性)蛋白蛋白酶類酶類最適最適pH值在值在5以下以下胃蛋白酶、凝乳酶胃蛋白酶、凝乳酶3.4.24金屬蛋白酶類金屬蛋白酶類含有催化活性所必需含有催化活性所必需的金屬的金屬枯草桿菌中性蛋白酶、枯草桿菌中性蛋白酶、動物膠原酶動物膠原酶 (一)消化 蛋白質(zhì)的消化開始于胃(胃蛋白酶)，主要在小腸中進行消化(糜蛋白酶原和胰蛋白酶原，羧肽酶原A和B等，由

10、胰腺分泌) 。 酶作用具有專一性，消化道蛋白酶作用同樣具有專一性 ，特定的蛋白酶分解特定的肽鍵。(二)吸收 消化道內(nèi)的物質(zhì)透過粘膜進入血液或淋巴的過程稱為吸收。食物蛋白質(zhì)消化后形成的游離氨基酸和小肽通過腸粘膜的刷狀緣細(xì)胞吸收后，其小肽多在腸細(xì)胞中被水解，氨基酸則通過門靜脈被輸送到肝。肝臟是氨基酸進行各種代謝變化的重要器官。 食品蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值是指攝取的蛋白質(zhì)維持人體氮素代謝平衡和滿足氨基酸需求以及保證良好地生長和生活的能力。(一)影響蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的因素 1、蛋白質(zhì)含量 2、蛋白質(zhì)的質(zhì)量 3、氨基酸的有效性 影響膳食蛋白質(zhì)中氨基酸的有效性的因素有：(1)蛋白質(zhì)構(gòu)象 蛋白酶較難作用于不溶性的纖

11、維狀蛋白，因而其有效性低于可溶性球蛋白。(2)結(jié)合蛋白質(zhì)含量 結(jié)合蛋白的消化吸收率低于簡單蛋白。(3)蛋白酶抑制劑 膳食中存在蛋白酶抑制劑時，降低蛋白消化吸收率。(4)蛋白顆粒大小與表面積 體積大、表面積小的蛋白質(zhì)消化吸收率低。(5)加工條件 在高溫、堿性或存在還原糖類的條件下加工常降低膳食蛋白的有效性。(6)人體生理差別 膳食蛋白的消化吸收率與人體生理狀況關(guān)系密切。 (二)蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值的測定 1、蛋白質(zhì)效率比值(PER) 2、生理價值(BV) PER體重增重蛋白質(zhì)攝入量=BV(%)被利用的N被吸收的N食物N (糞N 代謝N) (尿N 內(nèi)生N)=100%食物N (糞N 代謝N)100%3、

12、蛋白質(zhì)凈效系數(shù)(NPU) 4、氨基酸分?jǐn)?shù)(AAS) NPU(%)=食物N (糞N 代謝N) (尿N 內(nèi)生N)食物N100%AAS=lg待測蛋白質(zhì)中某種必需氨基酸的mg數(shù)lg標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)中某種必需氨基酸的mg數(shù)100%氨基酸的脫氨基作用氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基作用氨基酸的脫羧基作用氨基酸碳骨架的氧化途徑含氮排泄物的形成 氨基酸失去氨基的作用稱為脫氨基作用，脫氨基作用有氧化脫氨基和非氧化脫氨基作用兩類。(一) 氧化脫氨基作用 1、氧化脫氨基作用RCHNH2COOHFPNHH2OONH3氨基酸氧化酶RCCOOHRCCOOHFP 2H2、氧化脫氨酶類(1) L-氨基酸氧化酶：L-氨基酸氧化酶有兩種類

13、型，一類以黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)為輔基；另一類以黃素單核苷酸(FMN)為輔基。 (2) D-氨基酸氧化酶：D-氨基酸氧化酶是以FAD為輔基的黃素蛋白酶。 (3) 氧化專一氨基酸的酶：專一的氨基酸氧化酶是專一性能強的只催化一種氨基酸氧化的酶。已發(fā)現(xiàn)的有甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶及L-谷氨酸脫氫酶等。 (二)氨基酸的非氧化脫氨基作用1、還原脫氨基作用2、水解脫氨基作用 2HRCHCOOHNH2NH3氫化酶脂肪酸+RCH2COOHH2O水解酶羥酸+ R CHCOOHNH2RCHOHCOOH NH33、脫水脫氨基作用 4、脫硫氫基脫氨基作用 5、氧化-還原脫氨基作用 HOCH2CHCOOH

14、NH2H2OCH2CNH3NHCH3L-絲氨酸脫水酶分子重排絲氨酸亞氨基丙酸-氨基丙烯酸自發(fā)水解丙酮酸COOHNH2CCOOHH2OCH3COCOOHNH3自發(fā)水解丙酮酸H2OCH3COCOOHHSCH2COOHH2SCHNH2脫硫氫基酶CH2CNHCH3分子重排亞氨基丙酸-氨基丙烯酸COOHNH2CCOOHL-半胱氨酸RCHCOOHNH2+RCHCOOHNH2酶RCOCOOHRCH2COOH+2NH3酮酸有機酸(三)氨基酸的脫酰胺基作用 谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下分別發(fā)生脫酰胺基作用而形成相應(yīng)的氨基酸。 OC(CH2)2CHNH2COOHH2OHOOCNH3谷氨酰胺

15、谷氨酰胺酶谷氨酸(CH2)2CHNH2COOHNH2OCCH2CHNH2COOHH2O天冬酰胺NH2天冬酰胺酶HOOCNH3天冬氨酸CHNH2COOHCH21、一般反應(yīng) 轉(zhuǎn)氨基作用是-氨基酸的氨基通過酶促反應(yīng)，轉(zhuǎn)移到-酮酸的酮基位置上，生成與原來的-酮酸相應(yīng)的-氨基酸，原來的-氨基酸轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的-酮酸。例如L-谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)移給丙酮酸：丙酮酸-酮戊二酸丙氨酸COOHCOOHOCOOHCOOHH2NCOOHO+轉(zhuǎn)氨酶COOHH2N+谷氨酸2、轉(zhuǎn)氨酶 催化轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的酶稱為轉(zhuǎn)氨酶，種類很多，在動物、植物組織及微生物中分布很廣。 動物和高等植物的轉(zhuǎn)氨酶一般都只催化L-氨基酸和-酮酸的轉(zhuǎn)氨作用。而某些

16、細(xì)菌，例如枯草桿菌的轉(zhuǎn)氨酶，能催化D-和L-兩種氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用。 機體借助聯(lián)合脫氨基作用可迅速地使各種不同的氨基作用轉(zhuǎn)移到-酮戊二酸的分子上，生成相應(yīng)的-酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脫氫酶的作用下，脫去氨基又生成-酮戊二酸。 轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸NADH+H+或NADPH+H+NH3谷氨酸脫氫酶NAD+或NADP+H2O圖12-1 聯(lián)合脫氨基作用示意圖氨基酸-酮戊二酸-酮酸 嘌呤核苷酸循環(huán)為聯(lián)合脫氨基的另一種形式。 骨骼肌、心肌、肝臟中氨基酸的脫氨基作用主要是由嘌呤核苷酸循環(huán)來實現(xiàn)的。 CH2NHCHCOOH腺苷酸琥珀酸R5PNNNNCOOHNH2腺嘌呤核苷酸R5PNNNN(AMP)OHR

17、5P次黃嘌呤核苷酸NNNN(IMP)H2O天冬氨酸COOHH2CCHCOOHH2N延胡索酸COOHHOOC裂合酶H2ONH3 氨基酸可脫羧形成一級胺類，此反應(yīng)可表示如下： 氨基酸脫羧后生成的胺類，有許多具有藥物作用，如組胺又稱組織胺，可以降低血壓。 RCHCOOHNH2CH2NH2(一級胺) CO2+脫羧酶(含磷酸吡哆醛)R 氨基酸碳骨架的去路：一是形成乙酰輔酶A或經(jīng)丙酮酸形成乙酰輔酶A，二是形成三羧酸循環(huán)內(nèi)的中間產(chǎn)物。 丙氨酸 蘇氨酸 甘氨酸 絲氨酸 半胱氨酸丙酮酸谷氨酸 精氨酸 組氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸也產(chǎn)生乙酰-CoA 異亮氨酸 蛋氨酸 纈氨酸乙酰-CoA乙酰乙酰-CoA 苯丙氨酸 酪氨

18、酸 亮氨酸 賴氨酸 色氨酸異檸檬酸檸檬酸琥珀酰-CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸天冬氨酸天冬酰胺 苯丙氨酸 酪氨酸圖12-3 氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸-酮戊二酸 高等動植物都有保留并再利用體內(nèi)氨的能力，催化重新利用氨的酶是谷氨酸脫氫酶。反應(yīng)如下： 動植物體內(nèi)產(chǎn)生的氨不可能都重新利用，有一部分氨不能被利用而以尿素或尿酸的形式排出體外。 谷氨酸NH3NADH(NADPH)+H+NAD+(NADP+)+H2O+-酮戊二酸1、尿素的形成尿素循環(huán)尿素:胞液鳥氨酸特殊的鳥氨酸內(nèi)膜傳遞系統(tǒng)來源于聯(lián)合脫氨基作用精氨酸延胡索酸精氨琥珀酸氨甲酰磷酸瓜氨酸線粒體基質(zhì)圖12-4 尿素循環(huán)(表明在細(xì)胞液的線粒體中所進行的步驟)H2NCONH2H2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+2PiPiAMP+PPiATP天冬氨