蛋白质的分解代谢-2.ppt

蛋白质的分解代谢 Metabolism of Proteins,第 十一 章,本章学习目标,掌握蛋白质的营养作用和氨基酸的一般代谢 熟悉蛋白质的腐败作用、一碳单位代谢、芳香族氨基酸代谢和含硫氨基酸代谢 了解蛋白质的消化吸收及机制,蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein,第一节,一、 蛋白质营养的重要性,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补,2. 参与多种重要的生理活动,催化、免疫、运动、物质转运、凝血等,3. 氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。,二、蛋白质需要量和营养价值,1. 氮平衡(nitrogen balance) 摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮总平衡：摄入氮 = 排出氮 （正常成人）,氮正平衡：摄入氮 排出氮 （婴幼儿、青少年、孕妇、哺乳期妇女及疾病恢复期的患者）,氮平衡有以下三种情况,氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的概况。, 氮负平衡：摄入氮 排出氮 （常见于营养不良、饥饿、消耗性疾病、大面积烧伤等情况）,最低生理需要量：3050g/天,我国营养学会推荐的需要量：80g/天 (正常成年人每天需要量),2. 生理需要量,1、必需氨基酸(essential amino acid),指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。,共有8种： Lys(赖)、 Val (缬)、 Ile(异亮)、Leu(亮)、 Phe(苯)、 Met(蛋)、 Trp(色) 、 Thr(苏) 。,三、蛋白质的营养价值与互补作用,其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,记忆口诀,赖色缬亮异亮苏 甲硫苯丙加精组,主要取决于必需氨基酸的 种类、含量和比例 是否与人体蛋白质的氨基酸组成接近。,2、蛋白质的营养价值(nutrition value),3、蛋白质的互补作用,指将不同种类营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,谷 类 豆 类 Lys（赖） 较少 较多 Trp （色） 较多 较少,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、 蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,便于吸收。 消除种属特异性和抗原性。,消化过程,（一）胃中的消化作用,蛋白质 多肽,（二）小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位。,1. 胰腺分泌的蛋白酶（胰酶）及其作用,胰酶是消化蛋白质的主要酶，包括,内肽酶(endopeptidase) 如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase) 如羧肽酶A、羧肽酶B,各类胰酶作用结果 胰蛋白酶 靡蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶A 羧肽酶B,食物蛋白质, 寡肽 氨基酸,(1) 肠激酶(enterokinase) 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 糜蛋白酶原 糜蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶,肠激酶,（）,(+),2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,(2) 寡肽酶（氨肽酶和二肽酶） 寡肽 二肽 氨基酸,氨基酸,氨肽酶,二肽酶,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,二、氨基酸的吸收和转运,吸收部位：主要在小肠 氨基酸的吸收是需要载体蛋白帮助的、耗能、需钠的主动吸收过程。,氨基酸吸收载体,载体类型,中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体,ADP+Pi,ATP,氨基酸,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,吸收机制：,Na+依赖型氨基酸转运体,刷状缘,细胞基底膜,三、 蛋白质的腐败作用,未被消化、吸收的蛋白质 胺类、氨、酚类、吲哚类、H2S等,蛋白质的腐败作用(putrefaction),肠菌,（一）胺类(amines)的生成,胺类的毒性（假神经递质学说）,假神经递质(false neurotransmitter),某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,-羟酪胺和苯乙醇胺与儿茶酚胺结构类似,-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。,苯丙氨酸 酪氨酸,肠菌,苯乙胺 酪胺,肝脏,正常,代谢,肝病,-羟化酶,脑组织,苯乙醇胺 羟酪胺,假神经递质,肝性脑昏迷,胺类的毒性（假神经递质学说）,（二） 氨的生成,（三）其它有害物质的生成,第三节 氨基酸的代谢概况,一、氨基酸代谢库(amino acid pool),体内各种来源（外源性与内源性）的氨基酸混合在一起，分布于全身各组织细胞内外参与代谢。,氨基酸代谢库,目 录,二、氨基酸的代谢概况,第四节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,定义： 氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸和氨的过程,1.转氨基作用 2.氧化脱氨基作用 3.联合脱氨基作用 4.其它脱氨基作用,氨基酸,氨,-酮酸,一、 氨基酸的脱氨基作用,（一）转氨基作用(transamination),1、定义,氨基酸,-酮酸,常见的氨基酸和相应的-酮酸,谷氨酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 草酰乙酸 丙氨酸 丙酮酸,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,来自于何种维生素？,2、体内重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶(ALT或GPT),天冬氨酸氨基转移酶(AST或GOT),(alanine aminotransferase),(aspartate aminotransferase),正常人各组织ALT及AST活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,AST ALT,AST ALT,ALT、AST的临床意义,ALT常用于急性肝炎的辅助诊断,AST常用于心肌梗塞的辅助诊断,3、转氨基作用的生理意义 是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式 是机体合成非必需氨基酸的重要途径 4、特点: 只有氨基的转移，没有氨的生成；反应是可逆的,水解脱氨,氧化脱氢,（二）氧化脱氨基作用,1、L-谷氨酸脱氢酶（辅酶NAD+/NADP+）,活性高、分布广（肌肉中活性很低）,催化的反应可逆，逆过程可合成谷氨酸,3.氧化脱氨基作用的局限性：,仅谷氨酸经此方式脱氨基,2.谷氨酸脱氢酶的特点：,（三）联合脱氨基作用(conjunct deamination),两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,2. 类型, 转氨基联合氧化脱氨基作用,1. 定义, 转氨基联合嘌呤核苷酸循环, 转氨基联合氧化脱氨基作用,主要在肝、肾组织进行。,使体内许多氨基酸能真正脱氨基 其逆反应是合成非必需AA的主要途径, 转氨基联合嘌呤核苷酸循环,苹果酸,腺苷酸 代琥珀酸,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),腺苷酸代琥 珀酸合成酶,转氨酶 2,此种方式主要在肌肉组织进行。,延胡索酸,腺嘌呤 核苷酸 (AMP),氨是机体正常代谢产物，具有毒性。 体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。 正常人血氨浓度一般不超过 65mol/L。,二、氨 的 代 谢,（一）血氨的来源与去路,肠道PH，NH4+NH3，肠道氨吸收,高血氨病人禁用碱性肥皂液灌肠,肝硬化腹水病人，不宜使用碱性利尿药,肠道对氨的吸收取决于肠道pH值：,（二）氨的转运,转运形式：谷氨酰胺 丙氨酸 特点： 无毒 转运方式： 1. 谷氨酰胺的运氨作用 2. 葡萄糖-丙氨酸循环,1. 谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,合成部位：脑、肌肉； 转运至：肝、肾,H2O,临床上用谷氨酸盐降低血氨,氨在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再 分解为氨和谷氨酸，从而对氨进行解毒。,生理意义：,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式,2. 葡萄糖-丙氨酸循环(alanine-glucose cycle),反应过程,丙 氨 酸,葡 萄 糖,肌肉 蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,葡萄糖-丙氨酸循环,葡萄糖,目 录,（三）尿素的生成,（一）生成部位 主要在肝细胞的线粒体及胞质,（三）生成过程,尿素生成的过程由Krebs 和 Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,（二）原料：氨和CO2,尿素的结构式,1. 氨甲酰磷酸的合成,CO2 + NH3 + H2O + 2ATP,氨甲酰磷酸合成酶,C,O,H2N,O PO32-,+ 2ADP + Pi,氨基甲酰磷酸,反应部位：线粒体,反应由氨甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。 N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),2. 瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨甲酰转移酶,H3PO4,+,氨甲酰磷酸,反应部位：线粒体,进入胞质,3. 精氨酸的合成,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,反应部位：胞质,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,4. 精氨酸水解生成尿素,精氨酸,尿素,鸟氨酸,H2O,反应部位：胞质,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,CO2 + NH3 + H2O,氨甲酰磷酸,2ATP,氨基酸,线粒体,胞 质,目 录,H2O,反应小结,原料：2 个氮，直接来自于游离氨和天冬氨酸。 过程：先在线粒体中进行，再在胞质中进行。 耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。 意义：是肝脏解除氨毒的主要方式 鸟氨酸循环与三羧酸循环有代谢上联系。,高血氨症与肝昏迷,* 血氨正常参考值：5.5465mol/L,*原因：肝功能严重损伤，尿素合成障碍,血氨浓度升高称高氨血症 ( hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)或肝昏迷。,肝功能受损 尿素合成障碍 血氨 （高血氨症） 大量氨进入脑组织 NH3 + -酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰胺 严重发展 NADH+H+、ATP 能源物质消耗 -酮戊二酸 TCA循环受抑ATP生成,NADH+H+,ATP,脑组织 供能不足,肝昏迷,氨中毒的可能机制（肝昏迷学说）,谷氨酸（神经递质）,*降低血氨的措施： 限制蛋白进食量，给肠道抑菌药物， 给谷氨酸使其与氨结合为谷氨酰胺,三、-酮酸的代谢,（一）经氨基化生成非必需氨基酸,（二）转变成糖及脂类,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸二羟丙酮,葡萄糖或糖原,糖,3-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,目 录,（三）氧化供能,-酮酸在体内可通过TCA循环和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。,四、氨基酸脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),生物活性,（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA),L-谷氨酸,GABA,CO2,L- 谷氨酸脱羧酶,GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,（二）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用 在松果体生成褪黑素 在外周组织有收缩血管的作用,（三）牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。 脑内具有抑制性递质作用,（四）组胺 (histamine),强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，起到扩张血管、降低血压作用 支气管平滑肌收缩，引起支气管痉挛，产生哮喘 可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,（五）多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脱羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,亚精胺 (spermidine),丙胺转移酶,5-甲硫腺苷,精胺 (spermine),调节细胞生长、促进细胞增殖。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,5-甲硫腺苷,几种重要的生物活性胺类（小结）,谷氨酸 -氨基丁酸（GABA）,色氨酸 5-羟色胺（5-HT）,组氨酸 组胺,半胱氨酸 牛磺酸,鸟氨酸、甲硫氨酸 多胺,第五节 个别氨基酸的特殊代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,1. 一碳单位代谢,2. 含硫氨基酸代谢,3. 芳香族氨基酸代谢,4. 支链氨基酸代谢,个别氨基酸特殊代谢,一、一碳单位的代谢,分解,含一个碳原子的活性基团,概念：氨基酸,载体：四氢叶酸（FH4）,（一）一碳单位的种类和来源,一碳单位的种类:,（二）一碳单位的生成与FH4,例如：,（三）一碳单位的生成和互相转变,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,嘌呤环C-2,C-8,胸腺嘧啶,甲硫氨酸,甲硫氨酸循环,（四）一碳单位的生理意义,一碳单位为嘌呤及嘧啶合成提供原料 参与活性甲基的合成 是联系氨基酸代谢与核苷酸代谢的枢纽 一碳单位代谢障碍可造成某些疾病， 如巨幼红细胞性贫血等,二、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一） 甲硫氨酸的代谢,1.甲硫氨酸循环过程,+,SAM为体内甲基的直接供体,甲硫氨酸循环(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,3、甲硫氨酸循环的生理意义,1）为体内合成甲基化合物提供甲基,2）使四氢叶酸得到再生, B12不足也会出现类似于叶酸缺乏的症状 巨幼红细胞性贫血 同型半胱氨酸堆积 动脉粥样硬化及心血管疾病,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2.半胱氨酸氧化分解为硫酸根,PAPS是活性硫酸根，是体内硫酸基的直接供体， 参与生物转化反应，参与粘多糖的合成,3. 半胱氨酸参与合成谷胱甘肽,谷胱甘肽的生理功用：,抗氧化作用：作为抗氧化剂，维持酶-SH的 还原性和膜的完整性, 参与生物转化,保护蛋白质分子中的活性巯基,参与氨基酸转运,半胱氨酸与胱氨酸代谢小结,胱氨酸,半胱氨酸,氧化脱羧,牛磺酸 胆盐,氧化脱氨,丙酮酸 + H2SO4 （糖代谢） 生物转化 ),GSH,合成,互变,抗氧化作用 参与生物转化等,三、芳香族氨基酸的代谢,苯丙氨酸,酪氨酸,甲状腺激素,黑色素,儿茶酚胺,氧化分解,苯丙酮酸,苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,（一）苯丙氨酸羟化成酪氨酸,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径，反应不可逆,苯丙氨酸,苯丙氨酸羟化酶,酪氨酸,苯丙酮酸,转氨 基,苯丙酮酸尿症（PKU）,对中枢神经系统有毒性,智力发育障碍,（缺乏）,PKU患者,智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。,（二）酪氨酸转变为甲状腺激素（T3、T4）,甲状腺激素（T3、T4）的作用 1） 促进糖、脂和蛋白质代谢以及能量代谢 2） 促进机体生长、发育（尤其脑和长骨） 婴幼儿缺乏甲状腺激素： 影响中枢神经系统发育 和长骨生长,呆小症,（三）酪氨酸转变为黑色素,皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。,白化病,帕金森病,合成不足,儿茶酚胺 （catecholamines, CAs）,（DOPA）,（DA）,（NE）,（E）,（四）酪氨酸转变为儿茶酚胺,尿黑酸氧化酶,（五） 酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶（尿黑酸氧化酶）先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,酪氨酸代谢总结：,四、支链氨基酸的代谢,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,-酮酸,脂酰CoA,琥珀酰CoA,乙酰CoA,-酮戊二酸,谷氨酸,转氨酶,CoA-SH,氧化