蛋白质降解及氨基酸代谢.ppt

蛋白质降解及氨基酸的代谢MetabolismofAminoAcids,第七章,蛋白质的营养作用NutritionalFunctionofProtein,第一节,一、蛋白质的生理功能,1.是构成组织细胞的重要成分,并维持组织细胞的生长、修补和更新。,2.转变为生理活性分子，参与多种重要的生理活动及物质代谢的调控,催化(酶)、免疫(抗原及抗体)、运动(肌肉)、物质转运(载体)、凝血(凝血系统)、调节代谢(激素)等。,3.氧化供能4.1kcal(17.19kj)/g。人体每日18%能量由蛋白质提供。,人体每日需分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，需从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogenbalance,NB)。,二、蛋白质需要量和营养价值,NBI(UFO)（I：摄入氮，U：尿尿素氮、尿蛋白，F：粪氮，O：其它途径丢失的氮，3.5）,1.氮平衡(nitrogenbalance)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（正常成年动物）,氮正平衡：摄入氮排出氮（生长动物、疾病恢复期及妊娠动物等）,氮负平衡：摄入氮2。,碱性磷酸酶ALP和-谷氨酰转肽酶GGT在淤胆型肝炎和肝外梗阻时明显升高；酒精性肝炎患者的GGT明显升高；白蛋白是在肝脏制造的,当肝功能受损时,白蛋白产生减少,球蛋白是机体免疫器官制造的,当体内存在“敌人”时,球蛋白产生增加,因而慢性肝炎病人由于肝功能减退，白蛋白产生减少，又由于体内存在肝炎病毒这个“敌人”，球蛋白产生增加,而造成A/G（白/球）比值倒置。肝细胞受损时,胆红素的代谢及泄均发生障碍,因此T-Bil和D-Bil均升高。,正常人各组织GOT及GPT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。,4.转氨基作用的机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。,通过此种方式不产生游离的氨！,5.转氨基作用的生理意义,（三）联合脱氨基作用,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。联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。,2.类型,转氨基偶联氧化脱氨基作用,1.定义,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,转氨基偶联氧化脱氨基作用,H2O+NAD+,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）,腺苷酸代琥珀酸,次黄嘌呤核苷酸(IMP),此种方式主要在肌肉组织进行。,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,氨基酸生糖及生酮性质的分类,氨基酸生糖及生酮性质的分类,20种aa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。,-酮酸的代谢,(1)合成氨基酸（合成代谢占优势时）(2)进入三羧酸循环彻底氧化分解!,(3)转化为糖及脂肪,除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。,糖异生,碳骨架的氧化（肝脏中）,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸,丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸,丙酮酸,精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸,苯丙氨酸酪氨酸,天冬酰胺谷氨酰胺,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,TCA,（三）氧化供能,-酮酸在体内可通过TCA和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。,生物体内大部分aa可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。aa脱羧酶专一性很强，每一种aa都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。aa脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大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。,-氨基丁酸(-aminobutyricacid,GABA),GABA是抑制性神经递质，分布于丘脑、基底神经核、海马、小脑等部位，大脑中约有40%的突触是GABA能突触。对中枢神经有抑制作用。,个别氨基酸代谢物,牛磺酸(taurine),牛磺酸，又称-氨基乙磺酸，最早由牛黄中分离出来，故得名。是结合胆汁酸的组成成分。牛磺酸虽然不参与蛋白质合成，但它却与胱氨酸、半胱氨酸的代谢密切相关。人体合成牛磺酸的半胱氨酸亚硫酸羧酶（CSAD）活性较低，主要依靠摄取食物中的牛磺酸来满足机体需要。,组胺(histamine),组胺，以皮肤、支气管粘膜、肠粘膜和神经系统中含量较多。当机体受到理化刺激或发生过敏反应时，可引起这些细胞脱颗粒，导致组胺释放，与组胺受体结合而产生生物效应。是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT),5-HT最早是从血清中发现的，又名血清素，广泛存在于哺乳动物组织中，特别在大脑皮层质及神经突触内含量很高，它也是一种抑制性神经递质。在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织是一种强收缩血管的作用和平滑肌收缩刺激剂。,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,精脒(spermidine),丙胺转移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺(spermine),多胺是调节细胞生长的重要物质。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。,第三节氨的代谢,MetabolismofAmmonia,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0.6mol/L。,一、血氨的来源与去路,1.氨的来源,氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源,胺类的分解也可以产生氨,肠道吸收的氨,肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,2.氨的去路,在肝内合成尿素，这是最主要的去路,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物,合成谷氨酰胺,生成尿酸，肾小管泌氨,分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。,二、氨的转运,1.丙氨酸-葡萄糖循环(Alanine-Glucosecycle),运动时骨骼肌释放丙氨酸进入血液循环中,由血中输送到肝脏.经糖的异生作用生成葡萄糖,从而可以维持血糖浓度的稳定,对保证运动能力有积极作用。将运动肌中糖分分解代谢的中间产物丙酮酸转变为丙氨酸,防止肌细胞内丙酮酸浓度升高。减少乳酸生成,保证糖分解代谢通畅,有利于延缓运动中产生的疲劳。将运动肌中氨基酸的氨基以无毒形式运输到肝脏内解毒,避免血氨过度升高,对维持运动能力有益。,丙氨酸-葡萄糖循环在运动中的意义:,肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝脏经过联合脱氨基作用再脱氨基，放出的氨用于合成尿素；生成的丙酮酸经糖异生转变为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，丙酮酸再接受氨基生成丙氨酸。丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉和肝之间进行氨的转运，故将这一循环过程称为丙氨酸-葡萄糖循环。,(主要是肌肉),NH3的转运与排泄,各组织细胞,脱氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝脏,脱氨，转化为排泄形式,肌肉剧烈运动,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖异生,糖原,脱氨,酵解,蛋白质分解产能,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,各种生物根据安全、价廉的原则排氨。,直接排氨，毒性大，不消耗能量。转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。,？,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,大麦町狗主要排泄尿酸，不是尿素，因为其尿素循环中的一个转换酶的基因坏了。,2.谷氨酰胺的运输和贮存作用,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。,三、尿素的生成,（一）生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,（二）生成过程,尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit1932年提出，称为鸟氨酸循环(Orinithinecycle)，又称尿素循环(Ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。,1.氨甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoylphosphatesynthetase,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,鸟氨酸氨甲酰基转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,3.精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,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,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素的形成鸟氨酸循环,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸（转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,转氨基氨,精氨酸代琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗3ATP、4个高能磷酸键能量,（三）循环小结,原料：2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。,（四）尿素生成的调节,1.食物蛋白质的影响,高蛋白膳食合成,低蛋白膳食合成,2.CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,3.尿素生成酶系的调节：,（五）高氨血症和氨中毒,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(ammoniapoisoning)。,TCA,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,必需氨基酸分解不可逆，缺乏碳骨架供给。,氨基酸的合成,由糖代谢中间产物转化而来。,蛋白质,氨基酸,非必需氨基酸(10种),糖,必需氨基酸(810种),酮,动物,第五节个别氨基酸的代谢,MetabolismofIndividualAminoAcids,一、提供一碳基团（单位）氨基酸的代谢,定义,（一）概述,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(onecarbonunit)。,种类,甲基(methyl),-CH3,甲烯基(methylene),-CH2-,甲炔基(methenyl),-CH=,甲酰基(formyl),-CHO,亚氨甲基(formimino),-CH=NH,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH4的生成,叶酸对人体的重要营养作用早在1948年即已得到证实，人类（或其它动物）如缺乏叶酸可引起巨红细胞性贫血以及白细胞减少症。此外，研究还发现，叶酸对孕妇尤其重要。如在怀孕头3个月内缺乏叶酸，可导致胎儿神经管发育缺陷，从而增加裂脑儿，无脑儿的发生率。其次，孕妇经常补充叶酸，可防止新生儿体重过轻、早产以及婴儿腭裂（兔唇）等先天性畸形。近几年来，国内外学者陆续发现了叶酸有不少令人感举的新用途。叶酸是由喋啶，对氨基苯甲酸和谷氨酸残基组成的一种水溶性B族维生素，亦称为维生素BC、B9或维生素M；为机体细胞生长和繁殖所必需的物质。帮助蛋白质的代谢。并与维生素B12共同促进红细胞的生成和成熟。是制造红血球不可缺少的物质。在体内叶酸以四氢叶酸的形式起作用，四氢叶酸在体内参与嘌呤核酸和嘧啶核苷酸的合成和转化。在制造核酸（核糖核酸、脱氧核糖核酸）上扮演重要的角色。亦是人体在利用糖分和氨基酸时的必要物质。,FH4携带一碳单位的形式,（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（三）一碳单位与氨基酸代谢,（四）一碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5,N10=CHFH4,N5,N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,该步反应不可逆,（五）一碳单位的生理功能,作为合成嘌呤和嘧啶的原料将氨基酸代谢和核酸代谢联系起来,二、芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,1.儿茶酚胺与肾上腺素的合成,帕金森病(Parkinsondisease)患者多巴胺（儿茶酚乙胺）生成减少。在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,2.酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,3.苯酮酸尿症(phenylkeronuria,PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,（二）色氨酸代谢,色氨酸,（三）甲硫氨酸的代谢,1.甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,2.甲硫氨酸循环(methioninecycle),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,从甲硫氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成甲硫氨酸，这一循环反应过程称为S-腺苷甲硫氨酸循环或活性甲基循环。,3.肌酸的合成,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatinephosphate)是能量储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。,+,（四）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.硫酸根的代谢,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体,（五）谷胱甘肽的合成与生理功能,GSH由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成,谷氨酸+半胱氨酸,-谷氨酰半胱氨酸,谷胱甘肽（GSH）,生成：,*2GSH+2Hb-Fe3+,2GSH+H2O2,*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,*参与氨基酸转运,氨基酸的重要含氮衍生物,（六）,（七）,一、杂食杂食充分体现食物互补的原理。日本提出“每天至少吃30种食物”，我国也