11_蛋白质代谢

第十一章 蛋白质代谢,第一节 概述 第二节 氨基酸的代谢 第三节 蛋白质的合成（略）,第一节 概述,蛋白质的生理功能,结构物质成分维持组织细胞的生长、更新、修补 酶、调节物质参与重要的生理、生化活动 提供能量氧化供能或转化为其它蓄能物质（占机体需能量的10-15%）,蛋白质的需要量,氮平衡(nitrogen balance) 日摄入氮 - 排出氮 可反映体内蛋白质代谢概况 氮的总平衡、正平衡和负平衡 生理需要量：80g/日（成人）,蛋白质代谢特性,胞内蛋白质降解为氨基酸，氨基酸又合成新的蛋白质，表现出二重性 细胞有选择性地降解非正常蛋白质 正常蛋白降解速度具有个体差异： 不同蛋白酶“半衰期”不同 快速降解的酶蛋白居于重要的“代谢控制”位置，细胞 有效地对其环境和代谢需求作出应答。 蛋白质降解速度还因其营养及激素状况而变化,一、蛋白质的消化与吸收,1、消化蛋白酶的水解作用,胃中的消化 in Stomach,胃蛋白酶：专一性低，特别作用于酸性及芳香族氨基酸（如Glu、Asp、Phe、Tyr、Try等）C-肽键。,小肠中的消化 in Small Intestine 胰液和肠液中含多种蛋白酶和肽酶 胰液中的蛋白酶及其作用： 胰蛋白酶 Trypsin (C-terminal side of Lys， Arg) 糜蛋白酶 Chymotrypsin (C-term of Phe， Trp， Tyr) 弹性蛋白酶 Elstase (C-term of Leu，Ile，Ala等脂肪族) 以上为内肽酶 将肽链裂解为小肽 氨肽酶 Carboxypeptidase 羧肽酶 Aminopeptidase 以上为外肽酶 将肽段降解为氨基酸，吸收后转运至肝脏 小肠粘膜细胞的消化作用： 其存在的寡肽酶及二肽酶彻底将寡肽水解成氨基酸 等将小肽裂解为氨基酸以便其吸收并最终转运至肝脏；,消化道内几种蛋白酶的专一性,一、蛋白质的消化与吸收,2、吸收需要特定的膜蛋白转运,部位：小肠黏膜细胞 方式：耗能的主动运输过程 途径：活性受Na调节的氨基酸载体 不同氨基酸载体不同： （1）中性氨基酸载体 （2）碱性氨基酸载体 （3）酸性氨基酸载体 （4）亚氨基酸及甘氨酸载体 吸收的氨基酸经毛细管、静脉进入肝脏，小部分分解释放能量，大部分随血液循环运往外周组织参与蛋白更新,二、蛋白质的营养价值,1、必需氨基酸机体本身不能自行合成的氨基酸,蛋白质主要为20种常见的氨基酸组成 氨基酸分为两类：必需氨基酸、非必需氨基酸 物种不同，必需氨基酸种类不一样 人，8种氨基酸为必需氨基酸： 赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书” 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸,二、蛋白质的营养价值,2、营养效价人和动物的主要氮源,蛋白质的营养价值取决于其分子中必需氨基酸的 含量和比例 营养效价评价： （1）蛋白质消化率 （2）蛋白质利用率 （3）蛋白质生物价 （4）蛋白质净利用率 （5）蛋白质效率比值 （6）氨基酸分数,第二节 氨基酸代谢,氨基酸代谢概况,食物蛋白质,氨基酸,特殊途径,-酮酸,糖及其代谢中间产物,脂肪及其代谢中间产物,TCA,鸟氨酸循环,NH4+,NH4+,NH3,CO2 ATP,H2O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰氨衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,（次生物质代谢）,CO2,胺,一、氨基酸的脱氨基作用,4、非氧化脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用,2、转氨基作用,3、联合脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用,氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：,2、转氨基作用,转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）,在转氨酶的催化下， -氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。,-氨基酸,磷酸吡哆醛,醛亚胺,酮亚胺,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛的作用机理,-酮酸,互变异构,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),3、联合脱氨基作用,（1）概念,（2）类型,a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,注：肌肉组织中以此途径为主（谷氨酸脱氢酶含量少、活性低）,二、氨基酸的脱羧基作用,概念,脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）,脱羧基作用,脱羧酶：专一性高，只对 L-氨基酸作用。 辅酶是磷酸吡哆醛， 组氨酸脱羧酶不需要辅酶。,一些胺，具有重要的生理作用,植物和微生物 转变成酰胺、氨基酸或铵盐贮存起来 动物 （1）丙氨酸葡萄糖循环 肌肉氨基酸转氨基给丙酮酸生成丙氨酸，经血液运至肝脏，联合脱氨还原为丙酮酸，经糖异生途径生成葡萄糖，经血液运至肌肉后EMP降解为丙酮酸，再重复转氨 （2）氨的重新利用 主要为谷氨酰胺转运氨 （3）废物排出 氨（水生动物）、尿素（陆生脊椎动物） 尿酸（鸟类）,1.氨的代谢,三、氨基酸分解产物的代谢,氨基氮的转运,为什么以谷氨酰胺、丙氨酸转运氨呢？,尿素的生成,部位：哺乳动物肝脏 途径：鸟氨酸循环（尿素循环）： 发现者：克雷布斯（krebs) 1932年,精氨酸酶,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,尿素循环图示,由5种酶参与 氨甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸转氨甲酰酶 精氨酸琥珀酸合成酶 精氨琥珀酸酶 精氨酸酶,延胡索酸,氨甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸转氨甲酰酶 精氨酸琥珀酸合成酶 精氨琥珀酸酶 精氨酸酶,2. 胺的代谢,3.-酮酸的代谢(碳骨架) 再合成氨基酸 转变成糖及脂肪 彻底氧化成CO2和H2O,4. CO2的去路 脱羧形成的CO2直接排除，小部分走TCA回补途径。,氨基酸与糖代谢、脂肪代谢的关系,乙酰辅酶A在代谢中的地位,来源 去路,四、个别氨基酸的代谢（略）,氨基酸衍生的其他重要物质,甘、苏、丝、组、甲硫氨酸等。可作为一碳单位的来源： 一碳单位的转移靠四氢叶酸(THF)，携带甲基的部位是在N5，N10位上 。THF 前体物为叶酸。,1.氨基酸与一碳单位,-CH=NH H-C0- -CH2OH- -CH2- -CH= -CH3,2.氨基酸与生物活性物质,儿茶酚胺,神经递质,心脏、血管,色氨酸,5-羟色氨,5-羟色氨酸,吲哚丙酮酸,吲哚乙酸,(神经递质),(植物生长激素),抑制作用神经递质,组氨酸,组胺,组氨酸脱羧酶,使血管舒张，感觉神经递质,谷氨酸, - 氨基丁酸 (GABA),氨基酸代谢概况（动物）,组织蛋白质,三、蛋白质的生物合成及转运,蛋白质合成的分子基础 翻译的步骤 多核糖体 蛋白质合成的抑制剂 蛋白质的运输及翻译后修饰,二、氨基酸及其重要衍生物的生物合成,遗传信息的传递,遗传密码,密码子：mRNA从5 3，每三个相邻的碱基形成三联体，即组成一个密码子。(1961年),读码框架：每一个氨基酸可通过mRNA上3个核苷酸序列组成的遗传密码来决定，这些密码以连续的方式连接，组成读码框架,终止密码子：UAG、UGA、UAA为，只被肽链释放因子阅读；起始密码子： AUG，也是甲硫氨酸的密码子。 多数生物的密码是不重叠的。 密码的简并性与同义密码： 密码子通用性和变异性： 密码的防错系统：可使基因突变造成的危害降至最低程度。 密码的变偶性：mRNA上密码子专一性取决于前两位碱基，且与tRNA上反密码子配对是严格的，第三位碱基“摆动碱基”可有一定的变动，此现象称。513页,遗传密码的基本特性,密码子的摆动性,（一）蛋白质合成的分子基础,mRNA 、tRNA 、核糖体、氨基酸、GTP、ATP、非核糖体蛋白质( 起始因子、延伸因子、释放因子等)等。,1.mRNA是蛋白质合成的模板 传递DNA上的信息、是一种不稳定的物质、分子大小不等。,真核生物mRNA,原核生物mRNA,2.tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上,与多肽合成有关的位点： 3端-CCA氨基酸接受位点 识别氨酰-tRNA合成酶位点 识别核糖体的位点 反密码子 (与密码子碱基互补),书写：tRNA Phe,3. 核糖体是蛋白质合成的工厂,核糖体：大、小亚基组成(蛋白质和rRNA),522页,DNA rRNA,转录,4.氨基酸、氨基酰tRNA合成酶、多种蛋白因子等,核糖体的功能,是合成蛋白质的机器 有两个 tRNA的 结合位点 : 肽酰结合位点（P位） 氨酰接受位（A位）,（二）翻译的步骤(在细胞溶胶中进行),1.氨基酸的激活(氨酰-tRNA的形成(准备),2.在核糖体上合成蛋白质(起始、延长及终止),原核生物,起始 (起始复合物的形成),fMet,fMet,fMet,mRNA上的阅读方向： 是从mRNA的5端向3端进行的。,延长(三个步骤),进位 三种延长因子(EF-Tu, 、EF-Ts) GTP 氨基酸tRNA-A位,转肽-肽键的形成 在核糖体转肽酶作用下， A位上形成了一个二肽酰tRNA,Thr,fMet,fMet,fMet,延伸的方向：从N端到C端,移位 移位因子EF-2、 GTP和Mg2+的参加,三种终止密码子：UAA、UAG、UGA 释放因子： RF1、RF2、RF3(还不明确) (真核生物中只有一种释放因子eRF) 释放因子都作用于A位点：使转肽酶活性变为水解酶活性。 核糖体在IF-3作用下，解离出大、小亚基。,终止,核糖体循环：多肽链在核糖体上的合成过程又称。,（三）多核糖体 在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。多核糖体的核糖体个数，与模板mRN