第三十一章-氨基酸代谢

杨荣武生物化学原理第二版第三十一章氨基酸代谢提纲一、蛋白质的酶促降解二、氨基酸的分解1.氨基的代谢2.氨的进一步代谢转变3.碳骨架的代谢三、氨基酸及其衍生物的合成蛋白质酶促降解细胞外降解细胞内降解–不依赖于ATP的降解途径发生在溶酶体–依赖于ATP的降解途径i)N-端规则和“PEST”序列ii)需要泛素iii)降解发生在蛋白酶体iiii)高度调控N-端规则☺一种蛋白质的半衰期与N-端氨基酸的性质有关。如果一种蛋白质N端的氨基酸是Met,Ser,Ala,Thr,Val或Gly，则半衰期较长，大于20个小时。如果一种蛋白质的N端氨基酸是Phe,Leu,Asp,Lys或Arg，则半衰期较短，3分钟或者更短。N端氨基酸与蛋白质半寿期之间的关系N端残基半寿期（half-time）稳定性氨基酸残基:Met，Gly，Ala，Ser，Thr，Val20个小时去稳定的氨基酸残基Ile,Gln约30分钟Tyr,Glu约10分钟Pro约7分钟Leu,Phe,Asp,LysArg约3分钟约2分钟PEST蛋白富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)和Thr(T)序列的蛋白质质被称为PEST蛋白，它们比其他蛋白质更容易发生水解。泛素泛素广泛存在于古菌和所有的真核生物，但不存在于细菌。它由76个氨基酸残基组成，是一种高度保守的蛋白质。在三维结构上，泛素则是一个结构紧密的球蛋白，但其C-端四肽序列（Leu-Arg-Gly-Gly）离开蛋白主体伸向水相，这有助于它与其它蛋白质形成异肽键。泛素本身并不降解蛋白质，它仅仅是给降解的靶蛋白打上标记，降解过程由26S蛋白酶体执行。泛素是一种热激蛋白泛素的三维结构及其与靶蛋白形成的异肽键蛋白质泛酰化与蛋白质的定向水解泛酰化的类型及其功能蛋白酶体20S核心颗粒，形状如桶，为大的多功能蛋白酶复合物，降解细胞内多聚泛酰化的蛋白质19S帽状调节颗粒，负责识别泛酰化的蛋白质，并将它们去折叠以及输送到CP的蛋白酶活性中心。26S蛋白酶体的结构以及靶蛋白进入蛋白酶体的水解过程氨基酸的分解氨基的去除1.脱氨基①L-氨基酸氧化酶②D-氨基酸氧化酶③谷氨酸脱氢酶2.转氨基3.联合脱氨基碳骨架的命运1.生酮氨基酸2.生糖氨基酸氨基的排泄和解毒氧化脱氨基反应谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基反应哺乳动物体内的谷氨酸脱氢酶还受到一种特殊的共价修饰的调节。这种共价修饰是ADP-核糖基化，催化此反应的是一种叫SIRT4的蛋白质，ADP-核糖基的供体是辅酶I。ADP-核糖基化可抑制谷氨酸脱氢酶的活性。转氨基反应转氨基反应是指一种氨基酸的氨基被转移到一种α-酮酸的酮基上形成一种新的氨基酸和一种新的α-酮酸的过程。催化此反应的酶被称为转氨酶。转氨反应是完全可逆的，因此它既参与氨基酸的降解，又参与氨基酸的合成。转氨酶有多种，但是每一种转氨酶都需要磷酸吡哆醛作为辅基，而且绝大多数转氨酶以谷氨酸作为氨基的供体或者以α-酮戊二酸为氨基的受体。并不是所有的氨基酸都可以发生转氨基反应，Thr,Pro,lys是例外。转氨酶辅基与酶蛋白之间的连接磷酸吡哆醛赖氨酸侧链转氨基反应谷草转氨酶催化的转氨基反应联合脱氨基反应C骨架的命运生糖氨基酸：其他生酮氨基酸:Leu&Lys生酮兼生糖氨基酸:Trp,Thr,Tyr,Ile,Phe(tttip)氨基酸碳骨架的代谢铵离子的命运直接排出体外植物将其转变成Asn(Asn合成酶)动物将其转变成Gln(Gln合成酶)尿素或尿酸N的命运NH4+尿酸尿素+尿酸植物的氨解毒动物的氨解毒谷氨酰胺合成酶（GS）产生生物活性酰胺N大肠杆菌的GS为例，该酶是一种十二聚体蛋白动物的GS参与铵毒的解除，特别在脑细胞.GS受到严格的调控Gln的酰胺N被用于氨基酸、核苷酸和氨基糖的合成。共受到9种物质的反馈抑制。这9种反馈抑制剂要么是Gln代谢的终产物，要么是氨基酸代谢一般状态的指示剂。上述任何一种抑制剂与酶的结合至少能够部分抑制酶的活性，结合的抑制剂越多，抑制效果就越强。大肠杆菌的GS还受到共价修饰的调节，但共价修饰的方式并不是真核细胞普遍使用的磷酸化，而是腺苷酸化。大肠杆菌GS的调节大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的活性调节谷氨酰胺合成酶的共价修饰调节尿素循环尿素是通过尿素循环产生的，它发生在哺乳动物的肝细胞。肝外组织氨基酸分解产生的氨主要通过Gln运输到肝细胞，但肌肉蛋白分解产生的Ala可经血液循环进入肝细胞。此外，在细胞内合成NO的反应中，精氨酸转变成瓜氨酸，后者是尿素循环的中间物。瓜氨酸需要重新转变为精氨酸，以补充被消耗的精氨酸，因此，在使用NO作为信号分子的细胞中含有足够的与尿素循环相关的酶，以维持细胞内精氨酸的供应。尿素循环尿素循环的准备反应发生在肝细胞线粒体基质，由氨甲酰磷酸合成酶1(CPS-1)催化氨基的活化反应，需要消耗2ATP反应1：氨甲酰磷酸的形成反应2：鸟氨酸→瓜氨酸发生在肝细胞线粒体基质，由鸟氨酸转氨甲酰酶催化反应3：鸟氨酸和瓜氨酸的反向转运发生在线粒体内膜上鸟氨酸进入线粒体，同时瓜氨酸离开线粒体反应4：精氨琥珀酸的合成发生在细胞质基质由精氨琥珀酸合成酶催化，需消耗2ATPAsp通过此反应为尿素提供了第二个N原子反应5：精氨琥珀酸的裂解发生在细胞质基质由精氨琥珀酸裂合酶催化反应6：尿素的形成和鸟氨酸的再生发生在细胞质基质由在精氨酸酶催化尿素循环的调节别构调节N-乙酰谷氨酸对CPS-1的别构激活，控制了尿素产生的总速率。参与尿素循环各种酶浓度的变化底物浓度的积累诱导酶的表达；产物的积累抑制酶的表达。植物和微生物在有合适的N源时能够从头合成所有的20种标准氨基酸。而哺乳动物只能制造其中的10种，这10种氨基酸被称为非必需氨基酸，其余10种氨基酸必需从食物中获取，被称为必需氨基酸。任何氨基酸合成的前体都来自于糖酵解、TCA循环或磷酸戊糖途径，其中N原子通过Glu或Gln进入相关的合成途径，而合成的场所有的在细胞液，有的在线粒体。按照各氨基酸合成前体的性质，所有的氨基酸可分为5大家族。氨基酸的生物合成氨基酸的衍生物及其生物功能