《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》 二、含硫氨基酸的代謝

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(zhuǎn)變?yōu)榘腚装彼岷碗装彼?，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?/p>

(一)蛋氨酸代謝

1.轉(zhuǎn)甲基作用與蛋氨酸循環(huán)　蛋氨酸中含有S甲基，可參與多種轉(zhuǎn)甲基的反應(yīng)生成多種含甲基的生理活性物質(zhì)。在腺苷轉(zhuǎn)移酶催化下與ATP反應(yīng)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(zhuǎn)移酶(methyl transferase)的催化下，將甲基轉(zhuǎn)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(nèi)最主要的甲基供體。

SAM轉(zhuǎn)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?yōu)橥桶腚装彼?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(gè)循環(huán)過程，稱為蛋氨酸循環(huán)(methionine cycle)。此循環(huán)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)。

圖7-15　S-腺苷蛋氨酸循環(huán)

N5－CH3FH4同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的輔酶是甲基B12。維生素B12缺乏會(huì)引起蛋氨酸循環(huán)受阻。臨床上可以見到維生素B12缺乏引起的巨幼細(xì)胞性貧血。1962年Noronha與Silverman首先提出了甲基陷阱學(xué)說(methyl－trap hypothesis)，后來Herbert與Zaulsky又作了修改。這個(gè)學(xué)說認(rèn)為：由于維生素B12缺乏，引起甲基B12缺乏，使甲基轉(zhuǎn)移酶活性低下，甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)受阻導(dǎo)致葉酸以N5－CH3FH4形式在體內(nèi)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(xì)胞性貧血。也就是說，維生素B12對(duì)核酸合成的影響是間接地通過影響葉酸代謝而實(shí)現(xiàn)的。

雖蛋氨酸循環(huán)可生成蛋氨酸，但體內(nèi)不能合成同型半胱氨酸，只能由蛋氨酸轉(zhuǎn)變而來，所以體內(nèi)實(shí)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(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)殓晁釂熙oA，通過三羧酸循環(huán)，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?jī)?chǔ)存及利用中起重要作用。二者互變使體內(nèi)ATP供應(yīng)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(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下合成。在肌酸激酶(creatinephosphohinase,CPK)催化下將ATP中桺轉(zhuǎn)移到肌酸分子中形成磷酸肌酸(CP)儲(chǔ)備起來(圖7－16)。

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(shí)，血中MB型CPK活性增高，可作輔助診斷的指標(biāo)之一。

肌酸和磷酸肌酸代謝的終產(chǎn)物是肌酸酐(creatinine)簡(jiǎn)稱肌酐。正常成人，每日尿中肌酐量恒定。腎功能障礙時(shí)，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(zhì)的合成，蛋白質(zhì)中的胱氨酸由半胱氨酸殘基氧化脫氫而來。在蛋白質(zhì)分子中兩個(gè)半胱氨酸殘基間所形成的二硫鍵對(duì)維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)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(zhì)或酶的活性基團(tuán)。

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(zhuǎn)氨的3-巰基丙酮酸途徑。

3.活性硫酸根代謝　含硫氨基酸經(jīng)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(jī)鹽形式從尿中排出，一部分經(jīng)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(zhì)活潑，在肝臟的生物轉(zhuǎn)化中有重要作用。例如類固醇激素可與PAPS結(jié)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(zhì)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?；h(huán)(γ－glutamyl cycle)，由Meister提出，又稱為Meister循環(huán)(圖7-17)。γ-谷氨?；h(huán)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(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。

圖7-17　γ-谷氨?；h(huán)

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(zhuǎn)肽酶(γ-glutamyl transpeptidase)、γ-谷氨酰環(huán)轉(zhuǎn)移酶(γ-gltamyl cyclotransforase)和5氧脯氨酸酶(5oxoprolinase)及一個(gè)細(xì)胞內(nèi)肽酶(protease)所催化。

GSH在人體解毒、氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝中均有重要作用。GSH的活性基團(tuán)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(yīng)，輔酶為NADPH，細(xì)胞中GSH與GSSG的比例為100：1。GSH可保護(hù)某些蛋白質(zhì)及酶分子的巰基不被氧化，從而維持其生物活性。如紅細(xì)胞中含有較多GSH，對(duì)保護(hù)紅細(xì)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(nèi)產(chǎn)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：