氨基酸与蛋白质

admin · 发表于 2009-7-9 22:42

氨基酸与蛋白质
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氨基酸在蛋白质合成中的调节作用

无论研究人员还是应用营养学家都认为，动物对日粮氨基酸的需要量反映了氨基酸作为底物合成蛋白质的需要量。同时，氨基酸也作为机体某些代谢中间产物的前体，这些代谢中间产物在生长、产蛋、产奶以及其他生理代谢过程中起着重要的作用。但到目前为止，人们尚不清楚合成这些代谢中间产物所需的氨基酸的具体数量。日粮氨基酸需要量的典型资料提供了机体各项功能的氨基酸总需要量，然而，这一数据的合理与否取决于动物的生理状况。

最近关于蛋白质周转调节的研究表明，氨基酸在细胞内蛋白质合成和降解过程中起着重要的调节功能，在这一过程中内分泌因子和个别氨基酸相互作用。有关这方面的研究表明，通过调控日粮氨基酸，可以进一步提高动物的生产性能。本文就氨基酸作为蛋白质合成中的调节因子作一综述。

1.亮氨酸与蛋白质周转

Fulks等（1975）指出，当支链氨基酸（亮氨酸，异亮氨酸和缬氨酸）注入老鼠正常浓度的原生质中，会刺激蛋白质的合成，而抑制蛋白质的降解。其它氨基酸在这方面没有作用。当注入约5倍于血清浓度的氨基酸，即亮氨酸0.5mM或异亮氨酸和缬氨酸各0.5mM时,刺激了蛋白质的合成，而抑制蛋白质的降解。

在随后的研究中，Buse和Reid(1975)以及Buse和Weigand(1977)发现，是亮氨酸而不是异亮氨酸或缬氨酸刺激老鼠体内蛋白质的合成而倾向于抑制蛋白质的降解。此外，一些研究（Li和Jefferson，1978；Tischler等，1982）也证实了亮氨酸在骨骼肌蛋白质周转代谢中的这种作用。这一发现在医药和动物生产中的潜在价值引起了人们极大的兴趣。然而，关于这方面的应用研究进展缓慢。

最近关于蛋白质合成机制方面的研究为进一步研究氨基酸在这一过程中的作用提供了新的思路。尽管氨基酸在这方面的分子学本质尚未弄清，但关于氨基酸在信号传导特别是作为蛋白质合成起始阶段的作用已为人们所认识。

2.氨基酸与蛋白质合成

蛋白质的合成包括DNA分子的转录以及随后的mRNA的翻译过程。氨基酸调节基因转录已见一些报道（Averous等，2003），对氨基酸在mRNA翻译过程中的作用的研究有利于更好的了解氨基酸对蛋白质的整体调节（Kimball，2002；Jefferson和Kimball，2003）。

mRNA的翻译要求氨基酸与特定的转移RNA（tRNA）结合，包括tRNA与酰基化蛋氨酸结合，同时需要核糖体亚基、GTP、40s核糖体亚基以及参与起始、延长和翻译终止的一些蛋白质（Pain，1996）。

一般认为，在真核细胞中，与翻译相关的一些蛋白质称为起始因子（eIFs）和延长因子（eEFs），而且它们在整个翻译过程中始终作为一种识别手段。

翻译起始于eIF2，在eIF2B引起的分解反应中，结合部位eIF2通过GTP与GDP之间的转换而开始反应，产生的eIF2-GTP与蛋氨酰-tRNA结合后，形成三元复合体，三元复合体及随后的eIF3均与40s核糖体亚基结合。

大多数mRNAs的翻译依赖于帽子结构，即mRNA在分子始端含有一个甲基化的GTP帽子结构，mRNA帽子结构与起始因子4A、4E和4G相互结合（称为eIF4F复合体）。然后，mRNA起始码中蛋氨酰-tRNA的完整的核糖体在最后的集合中，帽子结构的mRNA-eIF4F与含有三元复合体和eIF3的40s核糖体相互反应。在这一反应中，eIF4G连接到eIF4E上是必要的。

肽合成起始于GTP的降解和eIF2-GDP及eIF4F的释放，上述两者可参与下一轮的反应。

当氨基酸缺乏时，起始过程唯一的调节点是eIF2的磷酸化。磷酸化的eIF2抑制eIF2B，限制了eIF2-GTP的形成，因而调控了蛋白质的翻译。未酰基化的tRNA（如：tRNA未连接氨基酸）是eIF2磷酸化的可能信号，但这一机制存在争议（Kimball，2002）。

起始过程的另一调节点是eIF4E与eIF4G的结合。特定的结合蛋白（4E-BP1）与eIF4E相关。因为，eIF4E上的4E-BP1结合位点与eIF4G及IF4E结合位点重叠，4E-BP1的存在阻止了eIF4E与eIF4G的结合，因而阻止了起始反应（Kimball，2002）。

激素（如胰岛素）的某些信号传导途径能使4E-BP1磷酸化，磷酸化的4E-BP1不能与eIF4E结合。因而，允许eIF4E与eIF4G的结合，mRNAs的翻译起始过程得以延续。

3.信号传导途径

包含mTOR激酶的信号传导途径调控着4E-BP1的磷酸化过程。影响mTOR活性的因素会改变蛋白质的合成，例如，胰岛素可通过影响参与磷脂酰肌醇-3-激酶和蛋白激酶B的中间受体信号而激活mTOR（Jefferson和Kimball，2003）。

氨基酸，特别是亮氨酸也激活mTOR或通过某种鲜为人知的方式加速4E-BP1的磷酸化过程（Jefferson和Kimball，2003）。然而，氨基酸不会激活蛋白激酶B（Greiwe等，2001；Suryawan等，2004），因而，氨基酸不会作用于胰岛素信号传导途径mTOR的上游。

氨基酸在胰岛素低于激活水平时是有效的（Long等，2000；Greiwe等，2001），而且，在相关细胞缺乏氨基酸时，胰岛素不会引起4E-BP1的磷酸化（Hara等，1998）。

这些发现说明，胰岛素和氨基酸通过各自独立的途径影响mTOR（Meijer和Dubbelhuis，2004）。

其它蛋白质，如：p70-S6激酶，在信号传导途径中刺激依赖于帽子结构的mRNAs的翻译，它含有一个终止低聚嘧啶（TOP）尾部，TOP-mRNAs编码许多核糖体蛋白包括起始和延长因子，因而提高了核糖体蛋白质合成能力。p70-S6激酶活性的调节是复杂的，包括大量激酶参与的特定位点的磷酸化。现已发现mTOR复合体是p70-S6激酶重要的激活剂。

胰岛素也是一个激活剂。在胰岛素缺乏时，亮氨酸能激活激酶（Meijer和Dubbelhuis，2004）。Bolster等（2004）最近提出了氨基酸添加效应的证据。在他们的研究中，高于生理浓度的亮氨酸提高了eIF4G的磷酸化，以及eIF4E-eIF4G在老鼠后肢骨骼肌中的聚集。这出现在PKB和mTOR活性缺乏及4E-BP1磷酸化受阻的情况下。这也许说明亮氨酸信号是一条与胰岛素信号和mTOR活性相独立的传导途径。

这些研究显示，氨基酸在蛋白质合成起始阶段中的重要作用，这一作用超出了氨基酸作为多肽合成底物的单一作用。

必须强调的是，亮氨酸是刺激mRNA翻译最有效的氨基酸而不是唯一的氨基酸，例如，在肝脏，苯丙氨酸和酪氨酸在刺激p70-S6激酶磷酸化方面也是有效的。但由于亮氨酸比其它氨基酸的效果好得多，所以引起人们更多的关注。

4.蛋白质降解

蛋白质合成和通过细胞自我吞噬作用而降解的信号同时存在。细胞的自我吞噬是通过溶酶体降解细胞蛋白质实现的，它不仅是肝脏中蛋白质降解的主要机制，而且是其它组织包括骨骼肌中蛋白质降解的重要途径。

亮氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸能通过mTOR抑制肝脏中的自我吞噬作用。谷氨酸也有此功能，但效果较差。它们似乎通过mTOR的独特信号途径起作用。胰岛素通过蛋白激酶B抑制吞噬作用，但就翻译过程而言，氨基酸能独立于胰岛素之外发挥作用。因此，氨基酸如亮氨酸似乎能通过调控吞噬作用来调节组织中蛋白质的降解。

5.意义

糖尿病是一组以高血糖为主要特征的代谢-内分泌疾病。临床上，补充胰岛素是治疗糖尿病的有效措施。由于氨基酸和胰岛素在蛋白质合成和降解中具有显著的协同途径，因而，对胰岛素产生耐受性的糖尿病成为氨基酸应用的目标（Greiwe等，2001）。

胰岛素耐受性会出现在许多情况下，如：肥胖、外伤、外科、怀孕、免疫等。似乎有大量的潜力去开拓氨基酸在人和动物营养中的应用，以提高这些情况下机体蛋白质的合成和分泌。

最近在试验鼠上的研究表明，日粮亮氨酸在刺激生长动物骨骼肌蛋白质的合成中是有效的。生长是动物生命及动物产品存在的重要体现，因此，这一研究对于动物和人的营养具有重要意义。

ninghd616 · 发表于 2010-9-14 14:24

不错好贴。。。。。。。。。。顶啊

zycyhj04030699 · 发表于 2013-6-15 10:52

很专业的解说！

elmo596656229 · 发表于 2013-7-7 22:10

我承认我没看完 ... 呃..我再回去看...

小军长 · 发表于 2013-7-7 23:24

哈哈哈'好帖！可惜没看懂'哭啊

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