生物化学11 蛋白质的降解和氨基酸代谢201508.pdf

第11章 氨基酸代谢 11.1 蛋白质的酶促降解 11.2 氨基酸的分解代谢 11.3 氨基酸的合成代谢 蛋白质和氨基酸代谢的意义 ①去除异常蛋白质，它们的积累对细胞有害。 ②通过降解多余的酶和调节蛋白来调节物质在细胞中的 代谢，降解最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点上。 ③以蛋白质的形式贮存养分，在代谢需要时将其降解。 因此细胞中蛋白质降解的速度也随其营养状况和激素水平 的变化而变化。 蛋白质降解产生的氨基酸能通过氧化产生能量供机体需要， 食肉动物所需能量的90％来自氨基酸氧化，食草动物依赖氨基 酸氧化供能所占比例很小，大多数微生物可以利用氨基酸氧化 供能。光合植物则很少利用氨基酸供能，却能按合成蛋白质、 核酸和其他含氮化合物的需求合成氨基酸。 大多数生物氨基酸分解代谢方式非常相似，而氨基酸合 成代谢途径则有所不同。 成年人体不能合成苏氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、 苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸八种氨基酸，必需由 食物供给，此八种氨基酸称为必需氨基酸。 婴幼儿时期能合成组氨酸和精氨酸，但合成数量不能满 足要求，仍需由食物提供，因此组氨酸和精氨酸对于婴幼儿 为半必需氨基酸，昆虫不能合成甘氨酸。 人和动物的食物缺少蛋白质或处于饥饿状态或患消耗性 疾病时，体内组织蛋白质的分解即刻增强。 11.1 蛋白质的酶促降解 11.1.1 细胞内蛋白质的降解 真核细胞对蛋白质的降解有两个体系。其一是溶酶体降解， 其二是依赖ATP，在细胞溶胶中以泛素 （ubiquitin，Ub ）标记 的选择性蛋白质的降解。 溶酶体约含50种水解酶类，其中包括蛋白水解酶。溶酶体 内pH约为5，其所含酶类均具有酸性最适pH，在细胞溶质的 pH下大部分酶都将失活。 溶酶体可降解细胞通过胞饮作用摄取的物质，也可融合细 胞中的自噬泡。在营养充足的细胞中，溶酶体的蛋白质降解是 非选择性的。在饥饿细胞中，溶酶体会选择性降解含有五肽 Lys-Phe-Glu-Arg-Gln或与其密切相关序列的胞内蛋白质，为那 些必不可少的代谢过程提供必需的营养物质。 泛素系统由泛素、26S蛋白酶体、多种酶构成。 在真核细胞中泛素是含76个氨基酸残基的单体蛋白， 因其广泛存在且含量丰富而得名。 人、果蝇、鲑鱼的泛素是相同的，酵母与人的 泛素也仅三个氨基酸的差别。泛素可通过酶的作用， 消耗ATP，给选择降解的蛋白质加上标记，然后由 蛋白酶体水解成小肽，再由细胞溶胶中的肽酶水解 为氨基酸。 2004年Aaron Ciechanover，Avram Hershko和 Irwin Rose 因发现泛素调节的蛋白质降解而获得诺贝 尔化学奖。 N末端为Asp、Arg、Leu、Lys、和Phe残基的蛋白质半 衰期只有2～3min，而N-末端为Ala、Gly、Met、Ser和Val残 基的蛋白质的半衰期在原核生物超过10 h，在真核生物则超 过20h，这一规律被称为N-末端规则 （N-end rule ）。 原核生物没有泛素，但富含Pro （P ）、Glu （G ）、Ser （S ）、Thr （T ）片段的蛋白质很快被降解，删除PGST序列， 可延长蛋白质的半衰期，识别这些信号的机制有待研究。 泛素系统通过特异性的降解蛋白质，调节细胞分化、免 疫反应，参与转录、离子通道、分泌的调控及神经元网络、 细胞器的形成等等，泛素系统还与人类某些疾病有关。 11.1.2 外源蛋白的酶促降解 食物蛋白质进入胃后，胃粘膜分泌胃泌素，刺激胃壁细 胞分泌盐酸，主细胞分泌胃蛋白酶原。胃蛋白酶原经酸激活 转变成胃蛋白酶，将食物蛋白质水解成大小不等的多肽片段。 多肽片段随食糜流入小肠，触发小肠分泌胰泌素。胰泌 素刺激胰腺分泌碳酸氢盐进入小肠，中和盐酸。同时十二指 肠释放出肠促胰酶肽，刺激胰腺分泌蛋白酶原、胰凝乳蛋白 酶原和羧肽酶原等多种胰酶酶原。在十二指肠，胰蛋白酶原 经小肠细胞分泌的肠激酶作用，转变成有活性的胰蛋白酶， 催化其他胰酶酶原激活。这些胰酶将肽片段水解成更短的肽。 再由由羧肽酶从肽的C端降解，