蛋白質(zhì)代謝（蛋白質(zhì)在細胞內的代謝途徑）
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蛋白質(zhì)代謝
蛋白質(zhì)在細胞內的代謝途徑
蛋白質(zhì)代謝指蛋白質(zhì)在細胞內的代謝途徑。各種生物均含有水解蛋白質(zhì)的蛋白酶或肽酶，這些酶的專(zhuān)一性不同，但均能破壞肽鍵，使各種蛋白質(zhì)水解成其氨基酸成分的混合物。食物中的蛋白都要降解為氨基酸才能被機體利用，體內蛋白也要先分解為氨基酸才能繼續氧化分解或轉化。合成蛋白是主要用途，約占75%，而蛋白質(zhì)提供的能量約占人體所需總能量的10－15%。
基本信息
| 中文名 | 蛋白質(zhì)代謝 |
| 外文名 | protein metabolism |
| 拼音 | dàn bái zhì dài xiè |
| 定義 | 蛋白質(zhì) 在細胞內的代謝途徑 |
| 類(lèi)別 | 混合物 |
實(shí)現途徑
1、蛋白質(zhì)代謝以氨基酸為核心，細胞內外液中所有游離氨基酸稱(chēng)為游離氨基酸庫，其含量不足氨基酸總量的1%，卻可反映機體氮代謝的概況。食物中的蛋白都要降解為氨基酸才能被機體利用，體內蛋白也要先分解為氨基酸才能繼續氧化分解或轉化。
2、游離氨基酸可合成自身蛋白，可氧化分解放出能量，可轉化為糖類(lèi)或脂類(lèi)，也可合成其他生物活性物質(zhì)。合成蛋白是主要用途，約占75%，而蛋白質(zhì)提供的能量約占人體所需總能量的10－15%。蛋白質(zhì)的代謝平衡稱(chēng)氮平衡，一般每天排出5克氮，相當于30克蛋白質(zhì)。
合成代謝
蛋白質(zhì)合成代謝是蛋白質(zhì)由氨基酸形成的過(guò)程。它依賴(lài)于五個(gè)過(guò)程：氨基酸合成，轉錄，翻譯，翻譯后修飾和蛋白質(zhì)折疊。蛋白質(zhì)由氨基酸制成。在人類(lèi)中，可以使用已經(jīng)存在的中間體合成一些氨基酸。這些氨基酸被稱(chēng)為非必需氨基酸。必需氨基酸需要人體中不存在的中間體。這些中間體必須攝入，主要是攝食其他生物。
多肽合成
1.轉錄
在轉錄中，RNA聚合酶讀取DNA鏈并產(chǎn)生可以進(jìn)一步翻譯的mRNA鏈。為了啟動(dòng)轉錄，要轉錄的DNA片段必須是可接近的（即它不能緊密包裝）。一旦DNA片段可及，RNA聚合酶就可以通過(guò)將RNA核苷酸與模板DNA鏈配對來(lái)開(kāi)始轉錄編碼DNA鏈。在初始轉錄階段期間，RNA聚合酶在DNA模板鏈上搜索啟動(dòng)子區域。一旦RNA聚合酶與該區域結合，它就開(kāi)始以3'至5'方向“讀取”模板DNA鏈。RNA聚合酶附著(zhù)與模板DNA鏈互補的RNA堿基（將使用尿嘧啶代替胸腺嘧啶）。新的核苷酸堿基共價(jià)鍵合。新堿基最終與DNA堿基分離，但保持相互連接，形成新的mRNA鏈。該mRNA鏈以5'至3'方向合成。一旦RNA到達終止子序列，它就會(huì )從DNA模板鏈解離并終止mRNA序列。
通過(guò)轉錄因子在細胞中調節轉錄。轉錄因子是與DNA鏈中的調節序列結合的蛋白質(zhì)，例如啟動(dòng)子區域或操縱子區域。與這些區域結合的蛋白質(zhì)可以直接停止或允許RNA聚合酶讀取DNA鏈，或者可以指示其他蛋白質(zhì)停止或允許RNA聚合酶讀取。
2.翻譯
在翻譯過(guò)程中，核糖體將mRNA序列（信使RNA）轉化為氨基酸序列。每個(gè)3堿基對長(cháng)的mRNA區段是對應于一個(gè)氨基酸或終止信號的密碼子。氨基酸可以具有與其對應的多個(gè)密碼子。核糖體不直接將氨基酸連接至mRNA密碼子。他們也必須利用tRNA（轉移RNA）。轉移RNA可以與氨基酸結合并含有可與氫結合mRNA密碼子的反密碼子。將氨基酸與tRNA結合的過(guò)程稱(chēng)為tRNA充電。這里，氨基酰基-tRNA合成酶催化兩個(gè)反應。在第一個(gè)中，它將AMP分子（從ATP切割）附著(zhù)到氨基酸上。第二反應裂解氨酰基-AMP產(chǎn)生能量以將氨基酸連接至tRNA分子。
核糖體有兩個(gè)亞基，一個(gè)大，一個(gè)小。這些亞基圍繞mRNA鏈。較大的亞基含有三個(gè)結合位點(diǎn)：A（氨基酰基），P（肽基）和E（出口）。在翻譯起始后（其在原核生物和真核生物中不同），核糖體進(jìn)入延長(cháng)期，其遵循重復循環(huán)。首先，具有正確氨基酸的tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)。核糖體將肽從P位點(diǎn)的tRNA轉移到A位點(diǎn)的tRNA上的新氨基酸。來(lái)自P位點(diǎn)的tRNA將被轉移到E位點(diǎn)，在那里它將被彈出。這種情況持續發(fā)生，直到核糖體到達終止密碼子或接收到停止的信號。A.肽鍵與P位點(diǎn)中與tRNA連接的氨基酸和與A位點(diǎn)中的tRNA連接的氨基酸形成。肽鍵的形成需要能量輸入。兩個(gè)反應分子是一個(gè)氨基酸的α氨基和另一個(gè)氨基酸的α羧基。這種鍵形成的副產(chǎn)物是水的釋放（氨基提供質(zhì)子，而羧基提供羥基）。
翻譯可以下調的miRNA的（微RNA）。這些RNA鏈可以切割它們互補的mRNA鏈，從而停止翻譯。翻譯也可以通過(guò)輔助蛋白進(jìn)行調節。例如，稱(chēng)為真核起始因子-2（eIF-2）的蛋白質(zhì)可以與核糖體的較小亞基結合，開(kāi)始翻譯。當elF-2被磷酸化時(shí)，它不能與核糖體結合并停止翻譯。
3.翻譯后修飾
一旦肽鏈合成，它仍然必須被修飾。翻譯后修飾可以在蛋白質(zhì)折疊之前或之后發(fā)生。翻譯后修飾肽鏈的常見(jiàn)生物學(xué)方法包括甲基化，磷酸化和二硫鍵形成。甲基化通常發(fā)生于精氨酸或賴(lài)氨酸和涉及將甲基的氮（置換氫）。這些氨基酸上的R基團可以被甲基化只要與氮的鍵不超過(guò)4，就會(huì )多次。甲基化降低了這些氨基酸形成氫鍵的能力，因此甲基化的精氨酸和賴(lài)氨酸具有與其標準對應物不同的性質(zhì)。磷酸化通常發(fā)生在絲氨酸，蘇氨酸和酪氨酸上，并涉及用磷酸基團取代R基團末端的醇基上的氫。這增加了R基團的負電荷，因此將改變氨基酸與其標準對應物相比的行為方式。二硫鍵形成是二硫鍵（共價(jià)鍵）的產(chǎn)生）在鏈中的兩個(gè)半胱氨酸氨基酸之間，其增加了折疊結構的穩定性。
肽鏈的盤(pán)曲折疊
4.蛋白質(zhì)折疊
細胞中的多肽鏈不必保持線(xiàn)性；它可以變成分支或折疊在自身上。多肽鏈以特定方式折疊，這取決于它們所處的溶液。所有氨基酸含有具有不同性質(zhì)的R基團的事實(shí)是蛋白質(zhì)折疊的主要原因。在諸如胞質(zhì)溶膠的親水環(huán)境中，疏水性氨基酸將集中在蛋白質(zhì)的核心，而親水性氨基酸將在外部。這是熵有利的因為水分子可以比疏水性氨基酸更自由地在親水性氨基酸周?chē)苿?dòng)。在疏水環(huán)境中，親水性氨基酸將集中在蛋白質(zhì)的核心，而疏水性氨基酸將在外部。由于親水性氨基酸之間的相互作用強于疏水性-親水性相互作用，因此這在焓方面是有利的。一旦多肽鏈完全折疊，它就被稱(chēng)為蛋白質(zhì)。盡管存在僅含有一條多肽鏈的生理蛋白，但通常許多亞基將組合形成功能完整的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)還可以結合其他分子，如血紅素基團中的血紅蛋白，一種負責攜帶血液中氧氣的蛋白質(zhì)。
分解代謝
酶的蛋白質(zhì)
1.蛋白酶
最初被認為僅破壞酶促反應，蛋白酶（也稱(chēng)為肽酶）實(shí)際上通過(guò)切割幫助分解代謝蛋白質(zhì)并產(chǎn)生之前不存在的新蛋白質(zhì)。蛋白酶也有助于調節代謝途徑。他們這樣做的一種方法是在不需要運行的途徑中切割酶（即當血糖濃度高時(shí)糖原異生）。這有助于節省盡可能多的能量并避免徒勞無(wú)功的循環(huán)。當分解代謝和合成代謝途徑在相同時(shí)間和相同反應的速率下都有效時(shí)，發(fā)生無(wú)效循環(huán)。由于產(chǎn)生的中間體被消耗，因此身體不會(huì )產(chǎn)生凈增益。能量通過(guò)徒勞的循環(huán)而消失。蛋白酶通過(guò)改變其中一種途徑的速率來(lái)阻止這種循環(huán)，或者通過(guò)切割關(guān)鍵酶，它們可以阻止其中一種途徑。當與底物結合時(shí)，蛋白酶也是非特異性的，允許細胞和其他蛋白質(zhì)內的大量多樣性，因為它們可以以能量有效的方式更容易地裂解。
因為許多蛋白酶是非特異性的，它們在細胞中受到高度調節。沒(méi)有調節，蛋白酶會(huì )破壞生理過(guò)程中的許多必需蛋白質(zhì)。身體調節蛋白酶的一種方法是通過(guò)蛋白酶抑制劑。蛋白酶抑制劑可以是其他蛋白質(zhì)，小肽或分子。有兩種類(lèi)型的蛋白酶抑制劑：可逆和不可逆。可逆蛋白酶抑制劑與限制其功能的蛋白酶形成非共價(jià)相互作用。它們可以是競爭性抑制劑，非競爭性抑制劑和非競爭性抑制劑。競爭性抑制劑與肽競爭結合蛋白酶活性位點(diǎn)。當競爭肽結合時(shí)，非競爭性抑制劑與蛋白酶結合，但不讓蛋白酶切割肽鍵。非競爭性抑制劑可以做到這兩點(diǎn)。不可逆的蛋白酶抑制劑共價(jià)修飾蛋白酶的活性位點(diǎn)，因此它不能切割肽。
2.外肽酶
外肽酶是主要通過(guò)添加水來(lái)切割氨基酸側鏈末端的酶。這些酶有兩類(lèi)：氨肽酶和羧肽酶。氨肽酶是從蛋白質(zhì)的氨基末端去除氨基酸的酶。它們存在于所有生命形式中并且對于生存至關(guān)重要，因為它們?yōu)榱吮３址€定而執行許多細胞任務(wù)。這種形式的肽酶是鋅金屬酶，它被過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物抑制。該模擬類(lèi)似于實(shí)際的過(guò)渡狀態(tài)因此它可以使酶與其結合而不是實(shí)際的過(guò)渡態(tài)，從而防止底物結合并降低反應速率。羧肽酶在蛋白質(zhì)的羧基末端裂解。雖然它們可以使蛋白質(zhì)分解代謝，但它們更常用于轉錄后修飾。
3.內肽酶
內肽酶是指到內部加水酶肽鍵在肽鏈和打破鍵。三種常見(jiàn)的內肽酶是胃蛋白酶，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶進(jìn)行水解反應，在芳香族殘基后裂解。涉及的主要氨基酸是絲氨酸，組氨酸和天冬氨酸。它們都在切割肽鍵中起作用。這三種氨基酸被稱(chēng)為催化三聯(lián)體，這意味著(zhù)這三種氨基酸必須全部存在才能正常發(fā)揮作用。胰蛋白酶在長(cháng)的帶正電荷的殘基后切割，并在活性位點(diǎn)具有帶負電荷的結合口袋。兩者都作為酶原產(chǎn)生，意味著(zhù)它們最初以其無(wú)活性狀態(tài)存在，并且在通過(guò)水解反應裂解后，它們被激活。非共價(jià)相互作用，如肽骨架和催化三聯(lián)體之間的氫鍵有助于提高反應速率，使這些肽酶有效地切割許多肽。
環(huán)境變化
1.pH
細胞蛋白質(zhì)保持在相對恒定的pH中，以防止氨基酸質(zhì)子化狀態(tài)的變化。如果pH下降，如果其R基團的pka高于新的pH，則多肽鏈中的一些氨基酸可以質(zhì)子化。質(zhì)子化可以改變這些R基團的電荷。如果pH升高，鏈中的一些氨基酸可以去質(zhì)子化（如果R基團的pka低于新的pH）。這也改變了R組的費用。由于許多氨基酸基于靜電吸引力與其他氨基酸相互作用，改變電荷可以打破這些相互作用。這些相互作用的喪失改變了蛋白質(zhì)結構，但最重要的是它改變了蛋白質(zhì)功能，這可能是有益的或有害的。pH的顯著(zhù)變化甚至可以破壞氨基酸產(chǎn)生的許多相互作用并使蛋白質(zhì)變性（展開(kāi)）。
2.溫度
隨著(zhù)環(huán)境溫度的升高，分子移動(dòng)得更快。氫鍵和疏水相互作用是蛋白質(zhì)中重要的穩定力。如果溫度升高并且含有這些相互作用的分子移動(dòng)得太快，則相互作用會(huì )受到損害甚至破壞。在高溫下，不能形成這些相互作用，并且功能性蛋白質(zhì)變性。但是，它依賴(lài)于兩個(gè)因素;使用的蛋白質(zhì)類(lèi)型和施加的熱量。施加的熱量決定了蛋白質(zhì)的這種變化是永久性的還是可以轉變回其原始形式。
消化過(guò)程
降解蛋白
營(yíng)養吸收
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