蛋白质降解与氨基酸代谢.ppt

第八章蛋白质降解与氨基酸代谢,蛋白质的营养功能与蛋白质的降解氨基酸的分解代谢氨基酸的生物合成,第一节蛋白质的营养功能与蛋白质的降解,一、蛋白质的营养功能,蛋白质是构成生物体细胞的主要成分氧化供能转化成其他营养物质和生理活性物质具有多种生物功能促进机体的生长发育和组织的更新与修补,二、蛋白质的需要量人体每天通过食物蛋白摄入的氮量与通过尿、粪排出的氮量之间的关系.1.氮平衡:摄入氮=排出氮,正常代谢;2.正氮平衡:摄入氮排出氮,合成旺盛;3.负氮平衡:摄入氮排出氮,分解加强.,生理需要量（成人）:每日最低需要食进50-100g蛋白,以补充体内蛋白的分解，保持氮平衡。,蛋白质的生理价值是指被消化吸收的食物或饲料蛋白质经代谢转化为机体组织蛋白的利用率.氮的保留量生理价值100氮的吸收量,蛋白质的互补作用:营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸可以相互补充，而提高蛋白质营养价值的作用.,必需氨基酸:人体自身不能合成或合成的量不足,必须通过食物供应的氨基酸.苏、赖、苯、蛋、色、亮、异、缬,半必需氨基酸:组氨酸和精氨酸,非必需氨基酸:其他十种,三、蛋白质的降解,(一)胃中的消化,蛋白质,胃蛋白酶,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,胃酸,多肽少量氨基酸,(+),自身激活,-42AA,(Phe.Try.Trp.Leu.Glu),(二)小肠中消化(主要),内肽酶:胰蛋白酶(碱性氨基酸羧基端肽键)糜蛋白酶(芳香族氨基酸羧基端肽键)弹性蛋白酶(脂肪族氨基酸肽键)外肽酶:羧肽酶A(中性氨基酸羧基末端肽键)羧肽酶B(碱性氨基酸羧基末端肽键)氨肽酶,肠激酶:激活胰蛋白酶原,胰蛋白酶再激活糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶等酶原小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用:水解产物中2/3是寡肽，再被肠粘膜细胞分泌的寡肽酶从氨基末端逐个水解成二肽,再经二肽酶水解成氨基酸.,（三）蛋白质的体外水解,酸水解：6mol/LHCI或4mol/LH2SO4真空100110水解1024小时。Trp被破坏，Asn和Gln转变为Asp和Glu。碱水解：5mol/LNaOH真空110水解20小时。Trp不被破坏。酶水解：在最适条件下，根据需要选择不同专一性的蛋白酶进行水解，得到不同水解产物。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,第二节氨基酸的分解代谢,氨基酸的一般代谢个别氨基酸的代谢,氨基酸分解的基本反应:,1.氨基酸的脱氨基作用2.氨基酸的转氨基作用3.氨基酸的联合脱氨基作用4.氨基酸的脱羧基作用5.氨基酸的羟化作用,一、氨基酸的一般代谢,1.脱羧基作用,+,特点：专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，辅酶是磷酸吡哆醛；脱羧反应广泛，有些产物具有重要生理功能；但多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,CO2,+,磷酸吡哆醛,醛亚胺,+H2O,CO2,H2O,+,反应机制:磷酸吡哆醛是辅酶,形成醛亚胺,脱羧,水解,释放产物胺,（一）-氨基丁酸（GABA）,COOH（CH2）2HC-NH2COOH,谷氨酸,COOH（CH2）2HC-NH2,GABA,谷氨酸脱羧酶,+CO2,-氨基丁酸是抑制性神经递质，对中枢神经系统有抑制作用，临床用作镇静剂。,（脑、肾）,（二）牛磺酸,半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸,3O,E,E：磺酸丙氨酸脱羧酶,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分，脑中亦有。,（三）组胺,HC=C-CH2CH-COOHHNNNH2CH,HC=C-CH2CH2NH2HNNCH,-CO2,组胺酸脱羧酶,组氨酸组胺,组胺生理作用：1.扩血管，增加通透性，降血压。2.收缩平滑肌（支气管痉挛-哮喘）3.刺激胃酸分泌,（四）5-羟色胺,色氨酸羟化酶,-CO2,5-羟色氨酸脱羧酶,色氨酸5-羟色氨酸,5-羟色胺,5-羟色胺又称血清素，广泛分布于体内各组织。脑中5-羟色胺作为抑制性神经递质；外周组织中5-羟色胺具有收缩血管的作用。,（五）多胺,NH2（CH2）3CHNH2COOH,NH2（CH2）4NH2,鸟氨酸脱羧酶,-CO2,SAM甲硫腺苷-CO2,精脒合成酶,NH2（CH2）4NH（CH2）3NH2,NH（CH2）3NH2（CH2）4NH（CH2）3NH2,-CO2,SAM甲硫腺苷,鸟氨酸腐胺,精胺亚精胺（精脒）,精胺与精脒是调节细胞生长的重要物质。凡生长旺盛的组织（胚胎、再生肝及癌瘤组织）多胺含量有所增加。推测其具有促进核酸及蛋白质合成的作用。故临床测定癌瘤病人血、尿多胺含量作为观察病情和辅助诊断癌症的生化指标之一。,2.氨基酸的脱氨基作用,氧化脱氨非氧化脱氨脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基作用,（一）氧化脱氨基作用,定义：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。反应通式：,+O2+H2O,R-C-COOH,+H2O2+NH3,AA氧化酶,O,氨基酸-酮酸,氨基酸氧化酶的种类L-氨基酸氧化酶：催化L-氨基酸氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。D-氨基酸氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-氨基酸不多。,L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。,谷氨酸-酮戊二酸,G0,1.活性高（肝、肾、脑）2.分布广(动、植、微)2.特异性强3.是一种变构酶:GTP、ATP是变构抑制剂GDP、ADP是变构激活剂.,L-谷氨酸脱氢酶的特点:,还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别氨基酸进行,不普遍）,（二）非氧化脱氨,（三）氨基酸的脱酰胺作用,+H2O,+NH3,谷氨酰胺酶,CH2,-,CONH2,CHNH3+,COO-,-,-,+H2O,天冬酰胺酶,+NH3,广泛存在于微、动、植中，有相当高的专一性。,（四）.转氨基作用,-氨基酸在转氨酶的催化下将氨基转移到-酮酸上,生成相应的-氨基酸;原来的-氨基酸则转变成相应的-酮酸.,转氨酶特点：1.种类多，分布广泛。2.大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成谷氨酸。3.反应平衡常数为1.0左右。4.在线粒体和细胞液中都可进行转氨反应。,重要的酶:1.GPT(谷丙转氨酶)2.GOT(谷草转氨酶)分布于细胞内，正常血清含量甚少。某种原因造成细胞膜通透性增高、组织坏死或细胞破裂时，大量转氨酶释放入血，血清转氨酶含量升高。,CH3H-C-NH2COOH,COOH（CH2）2C=OCOOH,CH3C=OCOOH,COOH（CH2）2HC-NH2COOH,+,+,丙氨酸-酮戊二酸丙酮酸谷氨酸,GPT：谷丙转氨酶，急性肝炎时血清GPT活性显著增高。,GPT,COOHCH2H-C-NH2COOH,COOH（CH2）2C=OCOOH,+,GOT,COOHCH2C=OCOOH,COOH（CH2）2HC-NH2COOH,天冬氨酸-酮戊二酸草酰乙酸谷氨酸,GOT:：谷草转氨酶，心肌梗塞时血清含量明显增高.,N,CHOHOCH2OH3C,N,CH2NH2HOCH2OH3C,N,P,P,RH-C-NH2COOH,RC=OCOOH,R2H-C-NH2COOH,R2C=OCOOH,氨基酸-1,磷酸吡哆醛(氨基传递体),氨基酸-2,-酮酸-1,磷酸吡哆胺,-酮酸-2,氨基传递过程,转氨酶作用机制:1.氨基酸与磷酸吡哆醛形成醛亚胺，双键移位，水解，释放出-酮酸与磷酸吡哆胺；2.-酮酸与磷酸吡哆胺形成醛亚胺，双键移位，水解，释放出氨基酸与磷酸吡哆醛。,（五）.联合脱氨基作用-体内脱氨的主要方式,氨基酸与-酮戊二酸进行转氨基作用，生成相应的-酮酸和谷氨酸，后者在谷氨酸脱氢酶作用下脱去氨基生成-酮戊二酸和NH3。,RH-C-NH2COOH,氨基酸,COOH（CH2）2C=OCOOH,RC=OCOOH,-酮酸,COOH（CH2）2HC-NH2COOH,-酮戊二酸,谷氨酸,转氨酶,NH3+NADH,NAD+H2O,L-谷氨酸脱氢酶,氨基酸的联合脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环,存在于肌肉组织中的另一种氨基酸脱氨基作用。,氨基酸-酮戊二酸天冬氨酸IMPNH3,-酮酸谷氨酸草酰乙酸延胡索酸AMPH2O,苹果酸,腺苷酸代琥珀酸,腺苷酸脱氢酶,联合脱氨基作用的特点：,a.转氨基作用与谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基作用偶联。,b.联合脱氨基的结果产生游离氨。,c.既是脱氨的方式，也是合成非必需氨基酸的重要途径。,d.主要存在于肝、肾、脑组织中。,3.氨的代谢去路,氨的转运谷氨酰胺的生成(主要)丙氨酸转运尿素的生成,氨，具有强烈的神经毒性。正常人血氨含量甚微，0.06mmol/L(0.1mg/100ml)。,体内氨的来源,1.内源性氨体内代谢产生的氨(1)氨基酸的脱氨基作用（为主）。(2)肾小管上皮细胞中谷氨酰胺分解产氨。,2.外源性氨消化道吸收的氨肠道未消化蛋白和未吸收氨基酸经腐败作用产氨。血尿素扩散入肠，被细菌尿素酶作用水解生成氨。肠道产氨：4g/天，是血氨主要来源。,氨的吸收,NH3NH4+,H+,OH-,NH3比NH4+更易于穿过细胞膜而进入细胞，NH3与NH4+的互变受肠液pH的影响。pH6时NH3大量扩散入血；肠液pH6时NH3转变成NH4+进入肠腔,以铵盐的形式排出体外。,临床应用：弱酸性透析液结肠透析治疗高血氨症，而禁止使用肥皂液灌肠。,（一）.氨的转运（向动物肝脏的运输）,以Gln的形式：NH4+Glu+ATPGln+ADP+Pi+H+Gln+H2OGlu+NH4+以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉）NH4+-酮戊二酸+NADPH+H+Glu+NADP+H2OGlu+丙酮酸-酮戊二酸+AlaAla+-酮戊二酸Glu+丙酮酸,Gln合成酶,Gln酶,Glu脱氢酶,丙酮酸转氨酶,丙酮酸转氨酶,在肌肉,在肝脏,尿素循环,尿素循环,在肝脏,谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,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，从而进行解毒。,Glc-Ala循环的生物学意义：在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成葡萄糖返回肌肉氧化供能。肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，以丙氨酸形式运送氨至肝脏进一步转化，既清除肌肉中的氨，又避免丙酮酸积累，一举两得。,（二）.尿素循环,是正常情况下体内氨的主要去路。主要在肝内合成无毒的尿素，然后由肾排出。也是肝解毒功能之一。1932年德国学者克雷布斯（Krebs）等首先提出尿素生成的鸟氨酸循环学说。,（跨越线粒体和细胞质）,鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,尿素H2O,天冬氨酸,（NH3）,-ATP,琥珀酸,氨基甲酰磷酸,磷酸,NH3+CO2+H2O,2ATP,2ADP+Pi,氨甲酰磷酸合成酶,（N-乙酰谷氨酸、Mg2+）,线粒体,鸟氨酸循环,每合成一分子尿素,共解除了2分子的氨毒,一分子来自于AA的脱氨基作用,另一分子来自于天冬氨酸,尿素循环,鸟氨酸循环过程,（1）氨基甲酰磷酸的合成：,CO2+NH3+H2O+2ATP,氨基甲酰磷酸合成酶（肝）,N-乙酰谷氨酸，Mg2+,NH2-C-O-P=O+2ADP+Pi,O,OH,OH,（CPS-I）,（2）瓜氨酸的合成,NH2COPO,NH2（CH2）3CHNH2COOH,OCT,NH2C=ONH（CH2）3CH-NH2COOH,+,+,H3PO4,氨基甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸,OCT：鸟氨酸氨基甲酰转移酶（线粒体）,（3）精氨酸的合成,NH2C=ONH（CH2）3CH-NH2COOH,COOHCH-NH2CH2COOH,精氨酸代琥珀酸合成酶（胞液）,ATPAMP+PPiH2O,+,NH2COOHC=NC-HNHCH2（CH2）3COOHCH-NH2COOH,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,NH2C=NHNH（CH2）3CH-NH2COOH,+,COOHCHCHCOOH,精氨酸延胡索酸,（4）精氨酸水解生成尿素,NH2C=NHNH（CH2）3CH-NH2COOH,精氨酸酶,+H2O,NH2C=ONH2,NH2（CH2）3CHNH2COOH,精氨酸尿素鸟氨酸,尿素生成总反应式：,2NH3+CO2+3ATP+3H2O,CO（NH2）2+2ADP+AMP+2Pi+PPi,尿素合成小结,1.是一个消耗能量的过程,形成1mol尿素,消耗4个高能磷酸键2.合成1mol尿素,消耗2molNH3和1molCO23.氨甲酰磷酸和瓜氨酸合成在线粒体内完成,其他反应在胞质内完成4.产物延胡索酸将尿素循环与三羧酸循环联系在一起,尿素合成的调节,1、食物的影响高蛋白膳食，合成加快低蛋白膳食，合成减慢2、氨基甲酰磷酸合成酶的调节(N-乙酰谷氨酸别构激活)3、其他物质对尿素合成的调节,高血氨和氨中毒,1.高血氨:肝功严重受损时,尿素合成障碍,造成血氨浓度升高的现象.2.氨中毒:大量氨入脑,与-酮戊二酸合成谷氨酸,或与脑中的谷氨酸合成谷氨酰胺,造成脑中-酮戊二酸减少,TCA减弱,ATP生成减少,引起大脑功能障碍的现象.严重时可导肝昏迷.,TAC,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,4、-酮酸的代谢去路,1.生成非必需氨基酸:,-酮酸非必需氨基酸,联合脱氨基作用,-酮戊二酸谷氨酸,GLu脱氢酶,2.生成糖和脂生酮氨基酸：在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。Leu、Lys。生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸.都称为生糖氨基酸，它们都能生成葡萄糖。Asp、Asn、Gly、Ser、Ala、The、Cys、Glu、Gln、His、Pro、Arg、Met、Val。生酮兼生糖氨基酸:Phe、Tyr、Trp、Ile。,20种氨基酸的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。-酮酸在体内可通过TCA彻底氧化成水和二氧化碳,并释放能量供机体使用.,3.氧化供能:,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,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-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,TAC,二、个别氨基酸的代谢,1、甘氨酸、丝氨酸等与一碳单位代谢,定义：某些氨基酸在体内分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳基团。,载体：四氢叶酸FH4（辅酶）结合部位：FH4的N5，N10位,种类：-CH3甲基-CH2-亚甲基-CH次甲基、甲烯基-C甲炔基-HC=O甲酰基-CH2OH-羟甲基-CH2NH2氨基甲基-CH=NH亚氨甲基,COOH（CH2）2CO-NH-CHCOOH,-CH2-N,H2N,OH,CH2,10,5,N5，N10-亚甲基四氢叶酸,N,N,N,N,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（1）.亚甲基来自丝氨酸和甘氨酸代谢,CH2OHCHNH2COOH,+FH4,丝氨酸羟甲基转移酶,-H2O,N5，N10-CH2-FH4,CH2NH2COOH,+,丝氨酸甘氨酸,CH2NH2COOH,+FH4,甘氨酸氨解酶,NAD+NADH+H+,CO2、NH3、N5，N10-CH2-FH4,（2）.甲酰基来自色氨酸和甘氨酸代谢中产生的甲酸,色氨酸HCOOH+犬尿氨酸,甘氨酸乙醛酸甲酸,氧化脱氨基,氧化,HCOOHN10-CHO-FH4,FH4甲酰化酶,FH4ATPADP+Pi,（3）.亚氨甲基来自组氨酸分解代谢,HC=C-CH2CH-COOHHNNNH2CH,HOOC-CH-（CH2）2-COOHHNNHCH,组氨酸亚氨甲酰谷氨酸,亚氨甲基转移酶,FH4N5-CH=NH-FH4,谷氨酸,（4）.次甲基的生成,（1）亚甲基脱氢,N5，N10-CH2-FH4N5，N10=CH-FH4,2H,（2）甲酰基脱水,N10-CHO-FH4N5，N10=CH-FH4,+,+,H2O,（3）亚胺甲基脱氨,N5-CH=NH-FH4N5，N10=CH-FH4,+,NH3,5.甲基的生成,N5，N10-CH2-FH4N5-CH3-FH4,NADHNAD+,（不可逆）,蛋氨酸S-腺苷蛋氨酸甲基化物,ATPPPi+Pi,FH4同型半胱氨酸,N5-CH3-FH4,甲基B12,丝氨酸N5，N10-CH2-FH4脱氧胸苷酸,FH4H2O,甘氨酸,组氨酸N5-CH=NH-FH4N5,N10=CH-FH4嘌呤核苷酸,FH4,NH3,甲酸N10-CHO-FH4,ATPADP+Pi,FH4,DNA,RNA,一碳单位的来源、转变及利用,甲硫氨酸与转甲基作用,甲硫氨酸+ATPS-腺苷甲硫氨酸,(S-CH3),腺苷转移酶,PPi+Pi,(SAM),SAMS-腺苷同同型半胱氨酸型半胱氨酸,甲基转移酶,RHR-CH3,腺苷,由