生物化學與分子生物學/含硫氨基酸的代謝

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生物化學與分子生物學

氨基酸代謝
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含硫氨基酸共有蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸三種，蛋氨酸可轉變為半胱氨酸和胱氨酸，后兩者也可以互變，但后者不能變成蛋氨酸，所以蛋氨酸是必需氨基酸。

(一)蛋氨酸代謝

1.轉甲基作用與蛋氨酸循環　蛋氨酸中含有S甲基，可參與多種轉甲基的反應生成多種含甲基的生理活性物質。在腺苷轉移酶催化下與ATP反應生成S-腺苷蛋氨酸(S-adenosglmethiomine,SAM)。SAM中的甲基是高度活化的，稱活性甲基，SAM稱為活性蛋氨酸。

SAM可在不同甲基轉移酶(methyl transferase)的催化下，將甲基轉移給各種甲接受體而形成許多甲基化合物，如腎上腺素、膽堿、甜菜堿、肉毒堿、肌酸等都是從SAM中獲得甲基的。SAM是體內最主要的甲基供體。

SAM轉出甲基后形成S腺苷同型半胱氨酸Sadenosylhomocystine，SAH)，SAH水解釋出腺苷變為同型半胱氨酸(homocystine,hCys)。同型半胱氨酸可以接受N5桟H3桯F4提供的甲基再生成蛋氨酸，形成一個循環過程，稱為蛋氨酸循環(methionine cycle)。此循環的生理意義在于蛋氨酸分子中甲基可間接通過N5桟H3桭H4由其它非必需氨基酸提供，以防蛋氨酸的大量消耗(圖7－15)。

S-腺苷蛋氨酸循環

圖7-15　S-腺苷蛋氨酸循環

N5-CH3FH4同型半胱氨酸甲基轉移酶的輔酶是甲基B12。維生素B12缺乏會引起蛋氨酸循環受阻。臨床上可以見到維生素B12缺乏引起的巨幼細胞性貧血。1962年Noronha與Silverman首先提出了甲基陷阱學說(methyl－trap hypothesis)，后來Herbert與Zaulsky又作了修改。這個學說認為：由于維生素B12缺乏，引起甲基B12缺乏，使甲基轉移酶活性低下，甲基轉移反應受阻導致葉酸以N5-CH3FH4形式在體內堆積。這樣，其它形式的葉酸大量消耗，以這些葉酸作輔酶的酶活力降低，影響了嘌呤堿和胸腺嘧啶的合成，因而影響核酸的合成，引起巨幼細胞性貧血。也就是說，維生素B12對核酸合成的影響是間接地通過影響葉酸代謝而實現的。

雖蛋氨酸循環可生成蛋氨酸，但體內不能合成同型半胱氨酸，只能由蛋氨酸轉變而來，所以體內實際上不能合成蛋氨酸，必須由食物供給。

同型半胱氨酸還可在胱硫醚合成酶(cystathiorinesynthase)催化下與絲氨酸縮合生成胱硫醚(cystathionine)，再經胱硫醚酶催化水解生成半胱氨酸，α-酮丁酸和氨。α-酮丁酸轉變為琥珀酸單酰CoA，通過三羧酸循環，可以生成葡萄糖、所以蛋氨酸為生糖氨基酸。

2.肌酸的合成　肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatinephosphate)在能量儲存及利用中起重要作用。二者互變使體內ATP供應具有后備潛力。肌酸在肝和腎中合成，廣泛分布于骨骼肌、心肌、大腦等組織中。肌酸以甘氨酸為骨架，精氨酸提供脒基、SAM供給甲基、在脒基轉移酶和甲基轉移酶的催化下合成。在肌酸激酶(creatinephosphohinase,CPK)催化下將ATP中桺轉移到肌酸分子中形成磷酸肌酸(CP)儲備起來(圖7－16)。

肌酸的代謝

圖7-16　肌酸的代謝

CPK由兩種亞基組成；即M亞基(肌型)與B亞基(腦型)。有三種同工酶；即MM型(在骨骼肌中)BB型在腦中)和MB型(在心肌中)。心肌梗塞時，血中MB型CPK活性增高，可作輔助診斷的指標之一。

肌酸和磷酸肌酸代謝的終產物是肌酸酐(creatinine)簡稱肌酐。正常成人，每日尿中肌酐量恒定。腎功能障礙時，檢查血或尿中肌酐含量以幫助診斷。

(二)半胱氨酸和胱氨酸的代謝

1.半胱氨酸和胱氨酸的互變　半胱氨酸含巰基(-SH)，胱氨酸含有二硫鍵（S-S-），二者可通過氧化還原而互變。胱氨酸不參與蛋白質的合成，蛋白質中的胱氨酸由半胱氨酸殘基氧化脫氫而來。在蛋白質分子中兩個半胱氨酸殘基間所形成的二硫鍵對維持蛋白質分子構象起重要作用。而蛋白分子中半胱氨酸的巰基是許多蛋白質或酶的活性基團。

2.半胱氨酸分解代謝　人體中半胱氨酸主要通過兩條途徑降解為丙酮酸。一是加雙氧酶催化的直接氧化途徑，或稱半胱亞磺酸途徑，另一是通過轉氨的3-巰基丙酮酸途徑。

3.活性硫酸根代謝　含硫氨基酸經分解代謝可生成H2S，H2S氧化成為硫酸。半胱氨酸巰基亦可先氧化生成亞磺基，然后再生成硫酸。其中一部分以無機鹽形式從尿中排出，一部分經活化生成3′磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸(3'-phosphoadenosine5'-phosphosulfate,PAPS)，即活性硫酸根。

PAPS的性質活潑，在肝臟的生物轉化中有重要作用。例如類固醇激素可與PAPS結合成硫酸酯而被滅活，一些外源性酚類亦可形成硫酸酯而增加其溶解性以利于從尿于排出。此外，PAPS也可參與硫酸角質素及硫酸軟骨素等分子中硫酸化氨基多糖的合成。

4.谷胱甘肽的合成　谷胱甘肽(glutathiose,rglutamylcysteinglglycine,GSH)是一種含γ－酰胺鍵的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸組成。GSH的合成通過γ－谷氨酰基循環(γ－glutamyl cycle)，由Meister提出，又稱為Meister循環(圖7-17)。γ-谷氨酰基循環有雙重作用，一是GSH的再合成，二是通過GSH的合成與分解將外源氨基酸主動轉運到細胞內。

γ-谷氨酰基循環

圖7-17　γ-谷氨酰基循環

GSH的合成由γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-glutamylcysteinsynthetase)和GSH合成酶(GSHsynthetase)所催化。由ATP水解供能。GSH的分解中γ-谷氨酰轉肽酶(γ-glutamyl transpeptidase)、γ-谷氨酰環轉移酶(γ-gltamyl cyclotransforase)和5氧脯氨酸酶(5oxoprolinase)及一個細胞內肽酶(protease)所催化。

GSH在人體解毒、氨基酸轉運及代謝中均有重要作用。GSH的活性基團是其半胱氨酸殘基上的巰基，GSH有氧化型和還原型兩種形式，可以互變。

谷胱甘胱還原酶催化上面反應，輔酶為NADPH，細胞中GSH與GSSG的比例為100：1。GSH可保護某些蛋白質及酶分子的巰基不被氧化，從而維持其生物活性。如紅細胞中含有較多GSH，對保護紅細胞膜完整性及促使高鐵血紅蛋白還原為血紅蛋白均有重要作用。此外，體內產生的過氧化物及自由基，亦可通過含硒的GSH過氧化酶而被清除，如：