華南理工大學(xué)生物化學(xué)蛋白質(zhì)代謝

第十二章蛋白質(zhì)代謝主要內(nèi)容氨基酸的生物合成

—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)第一節(jié)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(一)還原性氨基化作用

在多數(shù)機(jī)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α-酮戊二酸氨基化途徑

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)楣劝彼岬摩?氨基。(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α-酮酸上。以形成另一種氨基酸。這個反應(yīng)的通式是：(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成丙氨酸。必需氨基酸：人體及動物生長發(fā)育必需而在機(jī)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)。第二節(jié)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一、蛋白質(zhì)合成體系的組成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(yùn)輸氨基酸的作用,稱轉(zhuǎn)運(yùn)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。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。二、蛋白質(zhì)的合成過程

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。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(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。原核細(xì)胞中蛋白質(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(jìn)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(jìn)行翻譯。三、蛋白質(zhì)合成后的定向輸送與修飾

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(signalrecognitionparticle,SRP)。SRP有兩個功能域(domain)，一個識別信號肽，一個干擾進(jìn)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)糖基化第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物降解蛋白酶蛋白質(zhì)的消化吸收食品蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值一、蛋白酶類

1、肽酶：又稱肽鏈端解酶，它們只作用于多肽鏈的末端。

編號名稱作用特征反應(yīng)3.4.11α-氨酰肽水解酶類作用于多肽鏈的氨基末端(N-末端)，生成氨基酸氨酰肽＋H2O→氨基酸＋肽3.4.13二肽水解酶類水解二肽二肽＋H2O→2氨基酸3.4.14二肽基肽水解酶類作用于多肽鏈的氨基端，生成二肽二肽基多肽＋H2O→二肽+多肽3.4.15肽基二肽水解酶類作用于多肽鏈的羧基末端(C-末端)，生成二肽多肽基二肽＋H2O→多肽＋二肽3.4.16絲氨酸羧肽酶類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(jī)氟、有機(jī)磷敏感的絲氨酸殘基肽基-L-氨基酸＋H2O→肽＋L-氨基酸3.4.17金屬羧肽酶類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肽基-L-氨基酸＋H2O→肽＋L-氨基酸2、蛋白酶：又稱肽鏈內(nèi)切酶，作用于肽鏈內(nèi)部。編號名稱作用特征例子3.4.21絲氨酸蛋白酶類在活性中心含絲氨酸胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、凝血酶3.4.22硫醇蛋白酶類在活性中心含半胱氨酸木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、菠蘿蛋白酶3.4.23羧基(酸性)蛋白酶類最適pH值在5以下胃蛋白酶、凝乳酶3.4.24金屬蛋白酶類含有催化活性所必需的金屬枯草桿菌中性蛋白酶、動物膠原酶

二、蛋白質(zhì)的消化吸收

(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(jìn)行消化(糜蛋白酶原和胰蛋白酶原，羧肽酶原A和B等，由胰腺分泌)。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(jìn)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(jìn)行各種代謝變化的重要器官。三、食品蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值食品蛋白質(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)3、蛋白質(zhì)凈效系數(shù)(NPU)

4、氨基酸分?jǐn)?shù)(AAS)第四節(jié)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一、氨基酸的脫氨基作用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2、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(qiáng)的只催化一種氨基酸氧化的酶。已發(fā)現(xiàn)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3、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

(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。

二、氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用1、一般反應(yīng)轉(zhuǎn)氨基作用是α-氨基酸的氨基通過酶促反應(yīng)，轉(zhuǎn)移到α-酮酸的酮基位置上，生成與原來的α-酮酸相應(yīng)的α-氨基酸，原來的α-氨基酸轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的α-酮酸。例如L-谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)移給丙酮酸: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α-酮酸的轉(zhuǎn)氨作用。而某些細(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。三、聯(lián)合脫氨基作用機(jī)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α-酮戊二酸的分子上，生成相應(yīng)的α-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α-酮戊二酸。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。四、氨基酸的脫羧基作用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。

五、氨基酸碳骨架的氧化途徑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。

六、含氮排泄物的形成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。

1、尿素的形成——尿素循環(huán)2、氨的排泄在