谷胱甘肽中的异肽键

关于氨基酸的结构、性质等本科教材已有论述，除了我们通常所说的20种氨基酸外，这里主要介绍蛋白质含有的一些特殊氨基酸，如羟脯氨酸等“非编码氨基酸”和硒代半胱氨酸等。

（一）特殊氨基酸

尽管蛋白质主要是由20种L-α-氨基酸按不同比例组成的，但也有一些蛋白质含有一些其他特殊的氨基酸。其中绝大多数特殊氨基酸都是通过对已经掺入到肽或蛋白质中的氨基酸进行化学修饰而形成的，如对脯氨酸和赖氨酸进行羟化使其转变为4-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸；对谷氨酸的γ-羧基进行羧化使其转变为γ羧化谷氨酸；以及对氨基酸侧链功能基团的甲基化、甲酰化、丙酰化、磷酸化和两个半胱氨酸形成二巯键等。

与上述氨基酸、肽链翻译完成后的化学修饰不同，硒代半胱氨酸是在肽链合成中与肽链结合的，硒代半胱氨酸是通过对结合在tRNA分子上的丝氨酸加以修饰而形成的。硒代半胱氨酸-tRNAsec的合成包括两个步骤：首先在连接酶的催化下，L-丝氨酸氨酰化与tRNAsec连接形成L-丝氨酸-tRNAsec，然后硒磷酸的硒转换丝氨酸的氧合成硒代半胱氨酸-tRNAsec。硒代半胱氨酸构成真核细胞和原核细胞中几种酶的活性部位，如人的硫氧还蛋白还原酶、清除过氧化物的谷胱甘肽过氧化物酶以及催化甲状腺素（T4）转变为三碘甲腺原氨酸（T3）脱碘酶均含有硒代半胱氨酸。硒代半胱氨酸的翻译过程必须包含一个特异的tRNA即硒代半胱氨酸-tRNAsec，它的反密码子对应的密码子是UGA，一般情况下UGA代表的是终止信号，而在翻译产物中包含有硒代半胱氨酸时，这个多肽链对应的模板mRNA的3′非翻译区（3′UTR）内存在硒代半胱氨酸插入序列（selenocysteine insertion sequence，SECIS），即在mRNA的3′-端非翻译区存在一个特异的茎-环结构，此时可读框内的UGA作为硒代半胱氨酸的密码子而被翻译。图8-1显示人体细胞的谷胱甘肽过氧化物酶的mRNA一级结构，142～144为UGA编码硒代半胱氨酸，607～609的UAG是终止密码，编码区缺失茎-环结构或发夹结构不影响硒代半胱氨酸的掺入，但在3′UTR区茎-环结构缺失不配对的AAAU和UAGU就使硒代半胱氨酸完全失去掺入谷胱甘肽过氧化物酶的能力，它们周围的200个碱基对维持在3′UTR区茎-环结构是必需的，真核生物的几种硒蛋白均有这种茎-环结构。

图8-1　人类谷胱甘肽过氧化物酶的mRNA的一级结构

A．序列；B．茎-环结构

（二）氨基酸的其他功能

除了是蛋白质的基本组成单位外，L-氨基酸及其衍生物在细胞内还执行着多种功能，如神经传递、细胞生长的调节和卟啉、嘌呤、嘧啶的生物合成等，丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的磷酸化与去磷酸化在信号转导途径中起着重要作用，通过信号转导，细胞与它们所处的环境进行交流并对外界环境作出应答。

1．甘氨酸 是体内最小的氨基酸，作为脊椎动物神经系统的神经递质发挥着多种功能。在下位脑干、脊髓和视网膜的甘氨酸能途径中，甘氨酸是一个经典的抑制性神经递质，并参与对运动、视觉和听觉信息的加工。甘氨酸介导的功能涉及随着神经元的去极化而释放递质并在突触小泡储存。甘氨酸能与突触后细胞的配体门控Cl-通道受体结合从而诱导通道开放，产生一个突触后的能被士的宁拮抗的抑制性电位。除了抑制作用以外，甘氨酸对激动性的谷氨酸能的神经传递施加正协调调节。虽然在谷氨酸能轴突中，小泡并不释放甘氨酸，但甘氨酸作为谷氨酸的共激动剂作用于N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体／通道，是NMDA受体／通道的正性别构调节物，使离子通道开放频率增加4～6倍，增大NMDA受体介导的兴奋性突触后电位。

2．谷氨酸和天冬氨酸 中枢神经系统中的兴奋性氨基酸递质是谷氨酸和天冬氨酸。谷氨酸分布于脑的各个部位并且是脑内含量最高的氨基酸。分布于中枢神经系统不同区域的谷氨酸表现出不同的功能。神经递质池的谷氨酸主要分布于大脑皮质、小脑和纹状体。天冬氨酸也广泛分布于中枢神经系统，作为神经递质的天冬氨酸分布于小脑、丘脑和下丘脑。它们存在于特殊的突触前神经元。当受到生理刺激时，突触前神经元能分泌高浓度的谷氨酸引起突触后应答。兴奋性氨基酸的特点是作用快，消失也快。

谷氨酸在脑的代谢中起重要作用，它能改善精神行为和有利于治疗癫和精神发育迟缓等神经精神疾病。谷氨酸也参与脑内对氨的解毒作用，其机制是谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸与脑细胞产生的氨反应生成谷氨酰胺，从而接触氨对大脑的毒害作用。兴奋性氨基酸通过G蛋白介导的谷氨酸受体与NMDA受体，参与了学习、记忆过程，尤其是短期记忆和空间定位。代谢型谷氨酸受体通过磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）一方面增加胞质中的Ca2＋的浓度，另一方面激活蛋白激酶C（protein kinaseC，PKC）使NMDA受体蛋白磷酸化，增加Ca2＋内流入突触后膜触发海马长时程增加。学习和记忆与NMDA受体通道的开放和开放维持有关。谷氨酸和天冬氨酸还能激活磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2），释放出花生四烯酸。

高浓度的兴奋性氨基酸通过持久、强烈的兴奋受体引起兴奋性神经元持续性地去极化，导致大量Ca2＋内流、细胞内Ca2＋超载，进而出现细胞坏死。兴奋性氨基酸在神经退行性变、癫发作和脑缺血引起的脑损伤等疾病的发生、发展中起重要作用。