第十三章 蛋白质代谢
一, 蛋白质的酶促降解
二, 氨基酸的分解代谢
三, 氨基酸的合成代谢
四, 蛋白质的合成代谢
一, 蛋白质的酶促降解
*总氮平衡,摄入氮 =排出氮
即蛋白质分解与合成处于平衡,如 成人;
*正氮平衡,摄入氮 >排出氮
即蛋白质合成量多于分解量,如 儿童、孕妇;
氮平衡
食物摄入氮 -(尿氮 +粪氮 )
可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系
蛋白质的需要量
成人每日最低需要量, 30~ 50g/d
我国营养学会推荐的
成人每日需要量, 80g/d
*负氮平衡,摄入氮 <排出氮
即蛋白质分解量多于合成量,如 饥饿、消耗
性疾病
蛋白质的营养价值 取决于其含必需氨基酸
种类及含量的多少
必需氨基酸,机体不能合成的氨基酸,必需 从食
物中摄取,有八种:
赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮,色、苏氨酸
非必需氨基酸,体内可合成的氨基酸
半必需氨基酸,婴幼儿时期合成量不能满足需
要,有两种,组氨酸和精氨酸。
蛋白质的营养价值
蛋白质 小片段 氨基酸蛋白酶 肽酶
蛋白质水解酶类
蛋白酶
(肽酶)
肽链内切酶
肽链外切酶
二肽酶
组织蛋白酶
肽链内切酶
胃蛋白酶,水解 芳香族氨基酸 的 — NH2形成
的肽键。
胰蛋白酶,水解 碱性氨基酸 的 — COOH形成
的肽键。
胰凝乳蛋白酶,水解 芳香族氨基酸 的 — COOH
形成的肽键。
肽链外切酶
氨肽酶
羧肽酶
1? 主要部位,小肠
( 1)氨基酸运载蛋白
碱性氨基酸运载蛋白
酸性氨基酸运载蛋白
亚氨基酸运载蛋白
( 2) ?-谷氨酸循环
2? 吸收机制
中性氨基酸运载蛋白
氨基酸的吸收
1,脱氨基作用
2,脱羧基作用
3,氨基酸碳骨架的氧化途径
4,生糖和生酮氨基酸
5,个别氨基酸特殊代谢
6,氨基酸分解产物的代谢
二, 氨基酸的分解代谢
食物蛋白 消化吸收
体内合成
(非必需
氨基酸 )
蛋白质( 主 )
合成
酮体
氧化供能
糖脱羧
胺类
转变
其它含氮化合物
经肾排出 (1g/d)






分解
脱氨
?-酮酸
(生成尿素)
组织蛋白质
分解
氨基酸代谢概况
1.脱氨基作用
? 定义,氨基酸失去氨基的作用叫 脱氨基作用。
? 脱氨基作用包括,a,氧化脱氨基作用
b,转氨基作用
c,联合脱氨基作用
d,脱酰胺作用
a,氧化脱氨基作用
? 定义,?-AA在酶的作用下,氧化生成 ?-酮酸,
同时消耗氧并产生氨的过程。
? 反应通式:
H
NH2
R-C-COOH
-
- +O2+H2O R-C-COOH +H2O2+NH3
AA氧化酶
O
H
NH2
R-C-COOH
-
-
AA氧化酶 R-C-COO-
NH2
H2O
R-C-COOH
O
+NH3FP FPH2
FPH2+O2 FP+H2O2
亚氨基酸
氨基酸氧化酶
– 2H
CH C O O HR
N H
?-酮酸
+ H2O
+ NH3
C C O O HR 2
O
氨基酸
CH C O O HR
N H 2
(特点:有氨生成)
L-氨基酸氧化酶 (活性低,分布于肝及肾
脏,辅基为 FMN)
D-氨基酸氧化酶 (活性强,但体内 D-氨基酸
少,辅基为 FAD)
L-谷 氨酸脱氢酶
?活性强,分布于肝、肾及脑组织
?为变构酶,受 ATP,ADP等调节,辅酶为
NAD+或 NADP+
?专一性强,只作用于谷氨酸,催 化的反应
可逆
氨基酸氧化脱氨的主要酶:
+ H2O
_H2O
+ NH3
??-酮戊二酸
(C H
2
)
2
C O O H
C = O
C O O H
L-谷氨酸
(C H
2
)
2
CO O H
CHNH
2
CO O H
L-谷氨酸脱氢酶
NAD+ NADH+H+
(C H
2
)
2
CO O H
C=NH
CO O H
L-谷氨酸脱氢酶:
指 α -AA和酮酸之间氨基的转移作用,α -AA
的 α -氨基借助 转氨酶 的催化作用转移到酮酸
的酮基上,结果原来的 AA生成相应的酮酸,而
原来的酮酸则形成相应的氨基酸。
迄今发现的 转氨酶 都以磷酸吡哆醛( PLP)为
辅基,它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。
b、转氨基作用
+
CH C O O HR 1
NH 2
转氨酶
磷酸吡哆醛
CH C O O HR 2
NH 2+
CH C O O HR 2
O
CH C O O HR 1
O
AAR1
α-酮酸 R2
P-吡哆醛
醛亚胺 ——
酮亚胺
AAR2
α-酮酸 R1
? 例如
草酰乙酸 +谷氨酸
谷氨酸 + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸
天冬氨酸 + α-酮戊二酸
(除 Lys,Thr)
Glu
α-Ket
Pyr
Ala
GPT
Glu
α-Ket
OAA
Asp
GOT
特点:
生理意义:
接受氨基的主要酮酸有:
* 只有氨基的转移,没有氨的生成
* 催化的反应可逆
* 其辅酶都是磷酸吡哆醛
是体内合成非必氨基酸的重要途径,也是联系
糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。
丙酮酸 ?-酮戊二酸 草酰乙酸
转氨基作用特点及意义
丙氨酸氨基转移酶( ALT) 又称谷丙转氨酶( GPT)
临床意义:急性肝炎患者血清 ALT升高
天冬氨酸氨基转移酶( AST)又称谷草转氨酶 (GOT)
临床意义:心肌梗患者血清 AST升高
ALT谷氨酸 + 丙酮酸 ?-酮戊二酸 + 丙氨酸
AST
谷氨酸 + 草酰乙酸 ?-酮戊二酸 +天冬氨酸
重要的转氨酶
c,联合脱氨基(动物组织主要采取的方式)
由于转氨并不能最后脱掉氨基,氧
化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高,
转氨基和氧化脱氨联合在一起才能
迅速脱氨。
α- AA
α-酮酸
转氨酶
α-酮戊二酸
谷 AA NAD(P)+
NAD(P)H+H+
谷 AA脱氢酶
?AA的 α - NH3借助转氨转移到 α -酮戊二酸上,生成相
应的 α -酮酸和谷 AA。
?谷 AA在谷 AA脱氢酶下脱 NH3,生成 α -酮戊二酸和 NH3
转氨酶
?-酮酸
CH C O O HR
O
?-酮戊二

(CH
2
)
2
COOH
C=O
COOH氨基酸
CH C O O HR
N H 2
谷氨酸
(CH
2
)
2
COOH
CHNH
2
COOH
OH2 + NAD+
谷氨酸脱氢酶
NH3+ NADH+H+
d,氨基酸的脱酰胺作用
CH2
-
CONH2
CH2
-
CHNH3+
COO-
-
-
+H2O CH2
-
COO-
CH2
-
CHNH3+
COO-
-
-
+NH3
谷氨酰胺酶
CH2
-CONH2
CHNH3+
COO-
-
-
+H2O 天冬酰胺酶 CH2
-COO-
CHNH3+
COO-
-
-
+NH3
上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中,有相当高的 专一性 。
血氨的来源及去路
来源,① 氨基酸脱氨
② 肾脏产生的氨
③ 胺的氧化
氨的代谢
去路:
排氨生物,NH3转变成酰胺( Gln),
运到排泄部位后再分解。(原生动物、
线虫和鱼类)
以尿酸排出,将 NH3转变为溶解度较小
的尿酸排出。通过消耗大量能量而保
存体内水分。(陆生爬虫及鸟类)
以尿素排出,经尿素循环(肝脏)将
NH3转变为尿素而排出。(哺乳动物)
重新利用合成 AA:
合成酰胺 (高等植物中)
嘧啶环的合成 (核酸代谢)
尿素生成的主要器官,肝脏
瓜氨酸
OH2
OH2
精氨酸酶
尿素 鸟氨酸 NH3 + CO2
精氨酸
OH2 NH3
2分子氨与
1分子 CO2结
合生成 1分
子尿素及 1
分子水
尿素的生成
尿素生成的鸟氨酸循环
尿素的合成
NH3 + CO2 + H2O氨基甲酰磷酸
精氨酸代琥珀酸
2ATP2ADP+ Pi
N-乙酰谷氨酸
鸟 氨酸
Pi
瓜氨酸
瓜氨酸
尿素
鸟 氨酸
H2O
ATP
AMP+PPi
天冬氨酸
精氨酸
延胡索酸 苹果酸
草酰乙酸
谷氨酸
?-酮戊二酸
Aa
?-酮酸
线粒体
胞液
1)主要器官,肝脏
? CO2
? 2NH3(其中 1分子来自于天冬氨酸)
? 3个 ATP的 4个高能磷酸键
2)原料:合成 1分子尿素需:
尿素合成小结,
1.血氨正常参考值,5.54~ 65?mol/L
2.引起高血氨症主要原因:
肝功能严重损伤,尿素合成障碍
3.机制:
脑中氨升高,消耗 ?-酮戊二酸(转变为谷氨
酸),使三羧酸循环减弱,ATP合成减少,引起
大脑功能障碍,严重时昏迷。
4.降低血氨的措施:
限制蛋白进食量 给于肠道抑菌药物
给予谷氨酸使其与氨结合为谷氨酰胺
高血氨症与肝昏迷
各种动物 氨基氮的排泄方式
动物 氨基氮排泄方式
人、哺乳动物、两栖
动物
尿素
鸟类 尿酸
大多数鱼类 氨
少数鱼类 三甲氨
4)生理意义:
是体内氨的主要去路,解氨毒的重要途径。
3)总反应方程式:
尿素 + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi
2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O
2,脱 羧 基 作 用
AA 胺类化合物脱羧酶(辅酶为磷酸吡哆醛)
R1
COOH
H-C-NH2
-
-
H
R2
O=C
-
-+
脱羧酶
(辅酶为磷酸吡哆醛)
磷酸吡哆醛
R1
COOH
H-C-N= C
-
-
-H
-
R2
醛亚胺
+H2O
R1
H
H-C-N= C
-
-
-H
-
R2
CO2
H2OH
R2
O=C
-
-+
R1
H
H-C-NH2
-
-
专一性强
L-谷氨酸脱羧酶
– CO2
功能,为一种抑制性神经递质,对中枢神经
系统有抑制作用。
GABA
(C H
2
)
2
C O O H
CH
2
NH
2
L-谷氨酸
(C H
2
)
2
CO O H
CHNH
2
CO O H
a.谷氨酸脱羧生成 ?-氨基丁酸( GABA)
– CO2
组氨酸脱羧酶
组胺
CH 2 CH 2 NH 2
N HN
L-组氨酸
C OOHCCH 2
N H 2N HN
H
b,组氨酸的脱羧基生成组胺
功能:
? 扩张血管、降低血压
? 刺激胃酸分泌、
? 感觉神经递质,与外
周神经的感觉与传递有关
功能:
? 脑中的 5-HT是一种抑制性神经递质
? 外周组织的 5-HT有收缩血管的作用
– CO2
5-HT羟化、
脱羧酶
5-HT
CH 2 NH 2CH 2
N
H
C O O HCHCH 2
N H 2
N
H色氨酸
c.色氨酸脱羧基生成 3,5-羟色胺( 5-HT)
HO-
– CO2
功能,结合胆汁酸的重要组成成分
L-半胱氨酸
CO O H
CHNH 2
CH 2SH
牛磺酸
CHNH 2
CH 2 SO 3 H
磺酸丙氨酸
3( O)
COO H
CHNH 2
CH 2SO 3H
d 半胱氨酸脱羧并氧化生成牛磺酸
磺酸丙氨
酸脱羧酶
腐胺:鸟氨酸脱氨产物
精胺,精氨酸脱氨产物
1)定义:
分子中含有 2个以上氨基的胺类物质
? 调节细胞增长,促进细胞增殖。
? 血尿中多胺的水平可作为肿瘤的
辅助诊断及观察病情变化的指标。
e.多胺的生成
2)功能:
? 胺类有一定作用,但有些胺类化合物有害(尤
其对人),应维持在一定水平,体内胺氧化酶
可将多余的胺氧化成醛,进一步氧化成脂肪酸 。
RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3
RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O
AA
尿素
谷 AA γ -氨基丁酸 +CO2
天冬 AA β -丙 AA+CO2
赖 AA 尸胺 + CO2
鸟 AA 腐胺 + CO2
丝氨酸 乙醇胺 胆碱 卵磷脂
色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸
1,酮戊二酸衍生类型
2,草酰乙酸衍生类型
3,丙酮酸衍生类型
4,甘油酸 -3-磷酸衍生类型
5,赤藓糖 -4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型
6,组氨酸生物合成
三, 氨基酸的合成代谢
非必需氨基酸
半必需氨基酸,Arg His
必需氨基酸:
Lys,Trp,Thr,Phe,Ile,Leu,Val,Met
主要通过转氨基作用
AA-R1
α-酮酸 R1
转氨酶
AA-R2
α-酮酸 R2
许多氨基酸可以作为氨基的供体,其中最
主要的是谷氨酸,其被称为氨基的, 转换
站,,先 Glu 其它 AA。
? 几种氨基酸的关系
草酰乙酸 赖氨酸
苏氨酸
甲硫氨酸
异亮氨酸
天冬酰胺
天冬氨酸
β-天冬氨酸半醛
? 几种氨基酸的关系
α-酮戊二酸 谷 AA
谷氨酰胺
脯 AA 羟脯 AA
鸟 AA 瓜 AA 精 AA
?芳香族氨基酸 的关系
色氨酸
PEP
4-磷酸赤藓糖
莽草酸 分支酸
预苯酸
酪氨酸 苯丙氨酸
若将 莽草酸 看作 芳香族
氨基酸合成的前体
,因此芳香族氨基酸合
成时相同的一段
过程叫 莽草酸途径
乙酰乙酰 CoA 酮体
草酰乙酸
三羧酸循环
琥珀酰 CoA
?-酮戊二酸
延胡索酸
苯丙、酪
蛋、
缬、异亮
天冬
亮、色
异亮
丙、甘、
丝、半胱
苏 脂肪酸
脂肪甘油
亮、赖, 苯丙、酪、色
谷 精、组、脯
氨基酸、糖及脂肪代谢的联系:糖
丙酮酸
乙酰 CoA
磷酸丙糖
AA碳骨架的去路
? AA分解产生 5种产物进入 TCA循环,进行彻底的氧
化分解。
五种产物为:乙酰 CoA,?-酮戊二酸、琥珀酰
CoA、延胡索酸、草酰乙酸
? 再合成 AA
? 转变成糖和脂肪
生糖 AA:凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和
?-酮戊二酸的 AA。( Ala Thr Gly Ser Cys Asp
Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val)
? 转变成酮体
生酮 AA:凡能生成乙酰乙酸,?-丁酸的 AA。
( Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中)
缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸
转氨基作用
相应的 ?-酮酸
氧化脱羧基作用
相应的脂肪酰 CoA
缬氨酸
琥珀酸单
酰 CoA
亮氨酸
乙酰辅酶 A及乙
酰乙酰辅酶 A
异亮氨酸
乙酰辅酶 A及琥
珀酸单酰辅酶 A
支链氨基酸的代谢
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氨基酸合成简介
一、氨基酸合成的碳骨架
来源于糖分解
返回
氨基酸合成简介
二、氮气是有机氮
的最基本的来源
(一 ) 中心法则
(二 ) 合成体系
(三 ) 合成过程
四, 蛋白质的合成代谢
蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制,
真核细胞中,蛋白质的合成需要:
70种以上的核糖体蛋白参与;
多于 20种的酶来激活氨基酸;
12种或更多的辅酶和其它专一性的蛋白因子来进
行肽链合成的起始、延伸、和终止;
100多种酶参与各类蛋白的最后修饰;
还需要多于 40种的 tRNA和核糖体 RNA。
共有 300多种不同的生物大分子参与且协同地工
作来合成多肽。
复制,亲代 DNA或 RNA在一系列酶的作用下,生
成与亲代相同的子代 DNA或 RNA的过程。
转录,以 DNA为模板,按照碱基配对原则将其所
含的遗传信息传给 RNA,形成一条与 DNA链互补
的 RNA的过程。
翻译,亦叫转译,以 mRNA为模板,将 mRNA的
密码解读成蛋白质的 AA顺序的过程。
逆转录,以 RNA为模板,在逆转录酶的作用下,
生成 DNA的过程。
Reverse
transcription
(一 ) 中心法则
A G C C T G
U C G G A C
Ser Asp Ser
1,原料
是 20种 L-氨基酸,反应所需 能量 由 ATP、
GTP提供,此外还有 Mg2+,K+ 等金属离
子参与。
(二 ) 合成体系
?1961年,M.Nirenberg等人提出。 43 =64
?大肠杆菌中,以多聚 U做为 mRNA,即
polyU+20种放射性同位素标记的氨基酸,大肠
杆菌合成体系,在外界环境合适下,合成了一
条多聚苯丙氨酸( phe)肽链。
2,mRNA和遗传密码
?UUU为 phe的三联体密码。
?发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸,
并且含 3? -OH和 5? -磷酸基的三核苷酸最有效。
?阅读方向为 5?-3? 。至 1966年,20中氨基酸对
应的 61个密码子和三个终止密码子全部被查清。
遗 传 密 码 阅读方向为 5’-3’
? 遗传密码的特点
⑴密码子的方向性
密码子的 阅读方向及它们在 mRNA由起始信号到
终止信号的排列方向均为 5?-3’,与 mRNA链合成时
延伸方向相同。
⑵密码子的简并性
64-3=61个代表 20种氨基酸,仅甲硫氨酸、色氨
酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同
的密码子,编码同一个氨基酸的一组密码子称为
同义密码子。这种现象称为 密码子的简并性 。
⑶ 密码子的连续性(读码)(无标点、无重叠)
从正确起点开始至终止信号,密码子的排列是连续
的。既不存在间隔(无标点),也无重叠。在 mRNA
分子上插入或删去一个碱基,会使该点以后的读码
发生错误,称为 移码,由这种情况引起的突变称为
移码突变。
3‘
起始密
码子
5‘
⑷ 密码子的基本通用性(近于完全通用)
对于高等、低等生物都适用,只有一个例外:
真核生物线粒体 DNA。一些原核生物中利用终
止密码翻译 AA( UGA-Trp\硒代半胱氨酸 )
⑸ 起始密码子和终止密码子
64种密码子中,AUG为甲硫氨酸的密码子,又是
肽链合成的起始密码子,UAA,UAG,UGA为终止
密码子,不编码任何氨基酸,而成为肽链合成的
终止部位(无义密码子)。
⑹ 密码子的摆动性(变偶性)
如丙氨酸,GCU,GCC,GCA,GCG,只第三位不
同,显然密码子的专一性基本取决于前两位碱
基,第三位碱基有较大灵活性。发现 tRNA上的反
密码子与 mRNA上的密码子配对时,密码子的第一
位、第二位碱基配对是严格的,第三位碱基可以
有一定变动,这种现象称为密码的摆动性或变偶
性( wobble)。 I?A,U,C配对。
3,tRNA
在蛋白质合成中,起着运载氨基酸的作用,按
照 mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨
基酸转运到核糖体的特定部位。
同功受体 tRNA:一种氨基酸可以有一种以上
tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密
码子不同的一组 tRNA称为同功受体 tRNA
? 反密码子
tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子,
位于反密码子环上。
?tRNA有两个关键部位:
⑴ 3’ 端 CCA:接受氨基酸,形成氨酰 -tRNA。需
ATP提供活化氨基酸所需的能量。
⑵ 与 mRNA结合部位 — 反密码子部位( tRNA的接头
作用)
tRNA凭借自身的反密码子与 mRNA链上的密码子
相识别,把所带氨基酸放到肽链的一定位置。
3’
5’
I
CCA-OH
5’ 3’
G G C
C C G
密码子与反密码子的
阅读方向均为 5‘? 3’,
两者反向平行配对。
4,rRNA及核糖体
核糖体是由几十种蛋白质和几种 rRNA组成
的亚细胞颗粒,其中蛋白质与 rRNA的重量
比约为 1:2。 核糖体是蛋白质合成的场所。
核糖体的存在形态有三种:单核糖体、核
糖体亚
基和多核糖体。
真核生物:游离核糖体或与内质网结合
原核生物:游离核糖体或与 mRNA结合成串状的 核糖
体 (提高翻译效率 )。
不同来源核糖体的大小和 RNA组成
原核生物
核糖体( S) 亚基( S) rRNA (S)
真核生物 80
60
40
28
5.8
5
18
50
70
30
23
5
16
核糖体
核糖体存在两个重要的 tRNA的结合部位(大肠
杆菌)
P位和 A位,二者紧密连接,各占一个密码子的
距离。
P:结合起始的氨酰 -tRNA和肽基 -tRNA,
A:结合新掺入的氨酰 - tRNA。
P A5’ 3’
P位上肽酰 - tRNA上的羧基与进入 A位的氨酰 -
tRNA上的氨基形成新的肽键 ?P位上 tRNA卸下
肽链成为无负载的 tRNA?核糖体 移动一个密码
子的距离,A位上的肽酰 - tRNA又回到 P位,A
位又空,再进行下一次循环。
多核糖体
大肠杆菌 由一定数目的单个核糖
体与一个 mRNA 分子结合而成的念珠
状结构。 每个核糖体可独立完成一条
肽链的合成,所以在多核糖体上可以
同时进行多条肽链的合成,提高了翻
译的效率。
5,参与蛋白质合成的辅助因子(大肠杆菌)
a,需 GTP,ATP,Mg2+等参与
a,起始因子(起始因子协助起始复合物的形成)
IF1,协助 IF2,IF3起作用
IF2:促进氨酰 -tRNA结合在起始密码子上
IF3:促进小亚基与 mRNA结合
真核生物为 eIF(13种)
EF-Tu:热不稳定,将氨酰 -tRNA结合在核糖
体 A位点
c,延长因子
EF-Ts:热稳定,重新生成 EF-Tu-GTP
(促进肽链延长)
EF-G:依赖于 GTP,又称移位因子
真核 EF1,EF2两种
d,终止释放因子
RF1:识别终止密码子 UAA和 UAG
RF2:识别终止密码子 UAA和 UGA
RF3:刺激 RF1和 RF2活性,协助肽链的释放
真核生物为 eRF一种
a,氨基酸的活化
b,肽链合成的起始
c,肽链的延伸
d,肽链合成的终止与释放
(三 ) 合成过程 (大肠杆菌)
a,氨基酸的活化
?氨基酸在掺入肽链前必须活化, 在 胞液中
进行 。
?氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的
AA与携带它的相应的 tRNA结 合成氨酰 -
tRNA的过程 。 活化反应在 氨酰 -tRNA 合成
酶 的催化下进行 。
?活化反应分两步进行:
1,活化, AA-AMP-E复合物的形成
E-CR1-C-O ~P-O- CH2
=O
OH
-
O
腺嘌呤
OH OH
ONH2
AA+ATP+E AA-AMP-E +PPiMg
2+
Mn 2+
高能酸苷键
2,转移
AA-AMP-E+ tRNA 氨酰 -tRNA +AMP+E
P P P
C C A
O C-C-R
O H
NH3
+
OH
2?-OH连接 AA,影响下一步
肽键形成
氨基酸活化的总反应式是:
氨基酸 +ATP+tRNA +H2O
氨酰 -tRNA+AMP+PPi
20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰 -
tRNA合成酶 。 氨酰 -tRNA合成酶 具有高度的专
一性, 它既能识别相应的氨基酸 ( L-构型 ),
又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个 tRNA
分子;即使 AA识别出现错误, 此酶具有水解功
能, 可以将其水解掉 。
氨酰 -tRNA 合成酶
这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的
tRNA准确匹配, 从而使蛋白质的合成具有一定
的保真性 。
tRNAIle—— 携带 Ile的 tRNA
Ile- tRNAIle—— 异亮氨酰 -tRNAIle
氨酰 -tRNA合成酶和之相对应的
tRNA分子被称为遗传密码第二
tRNA与多肽合成的有关位点
? 3’ 端 -CCA上 AA接受位点
? 识别氨酰 -tRNA合成酶位点
? 核糖体识别位点
? 反密码子位点(识别 mRNA上的密码子)
b,肽链合成的起始
起始密码子的识别:
( 30S复合物形成)
5’ 3’
AUG AUG AUG
起始 AUG一般位于距 5‘端 25个核苷酸以后,并
在其上游( 5’端)约 10个核苷酸处有一段富含
嘌呤的序列( SD序列 ),原核生物核糖体 30S
小亚基上的 16SrRNA3’端富含嘧啶的序列能与
之互补配对,这样 30S亚基能与 mRNA结合 (IF3
参加,识别起始密码子 AUG),在 IF1参与下,
30S-mRNA-IF3进一步与 fMet-tRNAf,GTP结合,
并释放 IF3,形成 30S复合物,30S-mRNA-
fMet-tRNAf
现在已经知道作为多肽合成起始信号的
密码子有两个, 即甲硫氨酸的密码子
(AUG)和缬氨酸的密码子 (GUG)(极少出
现 )。
在大肠杆菌中,起始密码子 AUG 所编码
的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲
酰甲硫氨酸 。
?fMet-tRNAf的形成
Met-tRNAf + N10-甲酰 FH4 fMet-tRNAf + FH4甲酰化酶
真核生物,Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过
程,起始氨基酸是 Met,起始 tRNA为 Met-tRNAMet
fMet-tRNAifMet
30S复合物形成:
AUG
IF3 IF3
AUG
IF3 GTP,IF1、IF2
fMet-tRNAf
小亚基
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?
? 在肽链合成起始时,首先是核糖体小亚
基与 mRNA上的核糖体结合位点识别结合,
然后,大亚基与小亚基结合,形成完整
的核糖体 (70S起始复合物 )。
f
f
70S复合物的形成:
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?
+ 50S核糖体
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?P位点
A位点
GDP+Pi,IF1,IF2
消炎药:链霉素、新霉素、卡那霉素与原核
细胞 30S核糖体结合,阻止 50S核糖体亚基与
之结合,从而抑制其蛋白质合成。
蛋白质合成抑制剂
c,肽链的延伸
分为三步:
1、进位
新的氨酰 - tRNA进入 A位。需要消耗 GTP,并需
EF-Tu(热不稳定),EF-Ts(热稳定)两种延伸因
子。
EF-Tu-GTP+下一个要进入的氨酰 -tRNA? 形成复
合物,将这个氨酰 -tRNA 送入核糖体 A位,同时
GTP? GDP + Pi,EFTu-GDP释放。
促进氨酰 -tRNA 进入
A位与 mRNA结合
? EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts
重新参与下一轮循环
所有氨酰 -tRNA必须与 EF-Tu-GTP
结合才可进入 70S核糖体,除了
fMet-tRNAf f
2、转肽 肽酰转移酶
在肽酰转移酶的作用下 P位点上 fMet-tRNAf的
甲酰甲硫氨酸从相应的 tRNA上解离下来,其 -
COOH(高能酯键) 与刚进入 A位的氨酰 -tRNA
上的 -NH2形成肽键(实质是 A位点氨酰 -tRNA
氨基亲核攻击 酯键羰基 ),无负荷的 tRNA留
在 P位,此时 A位点携带一个二肽。
5’ 3’P A
AA-fMetAA
AP
fMet
5’
3’
嘌呤霉素(与 AMP相似)与 AA反应生成
氨酰嘌呤霉素,中断蛋白质的合成反应。
3、移位
在 EF-G(移位酶)的作用下,核糖体沿
mRNA5’? 3’方向移动,每次移动一个密码子
的距离,结果使原来在 A上的肽酰 -tRNA移到
了 P位点,原来在 P位点的无负载的 tRNA离开
核糖体,同时一个新的密码子进入空的 A位,
EF-G 催化的 移位过程需水解 GTP提供能量 。
肽链合成 从 N-C。
P A5’ 3’
P A5’ 3’
P A
P
P
A
? 以上三步为一个延伸循环,肽链每掺入一个氨
基酸就重复一次延伸循环。
? 肽链合成 从 N-C
d,肽链合成的终止与释放
当终止密码子出现在 A位时,终止因子结合在 A位,
肽链合成终止。
RF1:识别终止密码子 UAA和 UAG
RF2:识别终止密码子 UAA和 UGA
RF3:具 GTP酶活性,激活 RF1和 RF2活性,协助
肽链的释放
终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为 水解酶
活性,肽基不转移给 A位 tRNA,而转移给 H2O,
并把已合成的多肽链从核糖体和 tRNA上释放
出来,无负荷的 tRNA随机从核糖体脱落,该核
糖体立即离开 mRNA,在 IF3存在下,消耗 GTP而
解离为 30S 和 50S非功能性亚基。再重复下一
轮过程。
蛋白质的合成是一个高耗能过程
AA活化 2个高能磷酸键( ATP)
肽链起始 1个( 70S复合物形成,GTP)
进位 1个( GTP)
移位 1个( GTP)
第一个氨基酸参入需消耗 3个(活化 2+起始 1 )
以后每掺入一个 AA需要消耗 4个(活化 2 +进位 1个
+移位 1个)。
肽链合成后的加工和折叠
1,水解
N末端的 (甲酰 )甲硫氨酸的切除,
?在去甲酰酶催化下将肽链合成的起始氨基酸 -
甲酰甲硫氨酸水解脱掉甲酰基,以便肽链形成
所需的构象,
?在氨肽酶催化下切去 N末端一个或几个氨基酸。
?多肽链还未释放时,上两个过程已发生。而真
核生物 15-30氨基酸时,就已开始上过程。
水解断裂
?如动物体中蛋白酶形成的是无活性的酶原,到
消化道后,水解切下一部分肽链,使酶原变成
有活性的酶。
2、氨基酸侧链的修饰
脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。
苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸
化酶
糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白( N-糖苷
键和 O-糖苷键)。
3、加辅基
结合上辅基(酶)才具生物活性,如乙酰辅酶 A羧
化酶与生物素的结合。
4、二硫键的形成
两个半胱氨酸 -SH氧化
蛋白质构象的形成
新生肽连在细胞内特定的部位,在多种蛋白质的
帮助下卷曲成正确构象,大多数蛋白质的折叠是
边翻译边折叠的,至少有两类因子参与了折叠过
程:
酶:二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶
分子伴侣,由若干在结构上不相关的蛋白质家
族组成,但它们具有共同的功能,在细胞内帮
助其他多肽链的结构完成正确的组装,而且在
组装完毕后与之分离,不构成这些蛋白质在执
行功能时的结构组分。
蛋白质合成后的运送
无论是原核生物还是真核生物,新合成
的蛋白质必须转运到特定的亚细胞位置
或运输到胞外才能发挥其相应活性。
多肽是在核糖体上合成的吗?