蛋白质和氨基酸的代谢-2.pptVIP

第10章蛋白质和氨基酸的代谢 肽键 主要内容 10 1概述10 1 1蛋白质的消化与吸收10 1 2蛋白质的营养价值10 2氨基酸的分解代谢10 2 1氨基酸的脱氨基作用10 2 2氨基酸脱羧基10 2 3氨的代谢10 2 4 酮酸的代谢10 3氨基酸的生物合成概论本章小结习题 蛋白质的消化 吸收和腐败 Digestion AbsorptionandPutrefactionofProteins 必需氨基酸 essentialaminoacid 是人或动物机体自身不能合成 必需由食物提供的氨基酸 人体必需氨基酸有8种 即 赖氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 缬氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 在婴幼儿体内 精氨酸和组氨酸的合成速度较慢 常常不能满足机体组织快速构建的需要 需从食物中摄取 因此称它们为半必需氨基酸 动物种类不同 其必需氨基酸也不同 必需氨基酸 一 蛋白质的消化 蛋白质消化的生理意义 由大分子转变为小分子 便于吸收 消除种属特异性和抗原性 防止过敏 毒性反应 消化过程 一 胃中的消化作用 胃蛋白酶的最适pH为1 5 2 5 对蛋白质肽键作用特异性差 产物主要为多肽及少量氨基酸 二 小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位 内肽酶 endopeptidase 水解蛋白质肽链内部的一些肽键 如胰蛋白酶 糜蛋白酶 胃性蛋白酶 外肽酶 exopeptidase 自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基 如羧基肽酶 A B 氨基肽酶 肠液中酶原的激活 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用 酶原还可视为酶的贮存形式 酶原激活的意义 氨基酸 蛋白水解酶作用示意图 2 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用 主要是寡肽酶的作用 例如氨基肽酶及二肽酶 二 氨基酸的吸收 吸收部位 主要在小肠吸收形式 氨基酸 寡肽 二肽吸收机制 耗能的主动吸收过程 一 氨基酸吸收载体 载体蛋白与氨基酸 Na 组成三联体 由ATP供能将氨基酸 Na 转入细胞内 Na 再由钠泵排出细胞 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 二 谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 谷氨酰基循环 glutamylcycle 过程 谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成 半胱氨酰甘氨酸 Cys Gly 细胞外 谷氨酰基转移酶 细胞膜 谷胱甘肽GSH 细胞内 谷氨酰基循环过程 氨基酸 利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强 三 肽的吸收 三 蛋白质的腐败作用 肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用 腐败作用的产物大多有害 如胺 氨 苯酚 吲哚等 也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质 蛋白质的腐败作用 putrefaction 一 胺类 amines 的生成 二 氨的生成 降低肠道pH NH3转变为NH4 以胺盐形式排出 可减少氨的吸收 这是酸性灌肠的依据 三 其它有害物质的生成 氨基酸的分解代谢 CatabolismofAminoAcids 真核生物中蛋白质的降解有两条途径 不依赖ATP利用组织蛋白酶降解外源性蛋白 膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 依赖泛素 ubiquitin 的降解过程 溶酶体内降解过程 依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白 补 泛素 76个氨基酸的小分子蛋白 8 5kD 普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守 氨基酸代谢库 metabolicpool 食物蛋白经消化吸收的氨基酸 外源性氨基酸 与体内组织蛋白降解产生的氨基酸 内源性氨基酸 混在一起 分布于体内各处参与代谢 称为氨基酸代谢库 氨基酸代谢库 氨基酸代谢概况 氨基酸的分解代谢 脱氨基作用转氨基作用脱羧基作用 氨基酸的脱氨基作用 deamination 定义指氨基酸脱去氨基生成相应 酮酸的过程 脱氨基方式 1 氧化脱氨基2 转氨基作用3 联合脱氨基4 非氧化脱氨基 L 氨基酸氧化酶 在体内分布较窄 活性很低D 氨基酸氧化酶 对不起L 氨基酸作用 专一性氨基酸氧化酶 L 谷氨酸脱氢酶 L glutamatedehydrogenase 催化氨基酸氧化脱氨的酶 1 氧化脱氨基作用 oxidativedeamination 氨基酸在酶的催化下氧化脱去氨基并生成 酮酸的过程 通式如下 氨 L 谷氨酸氧化脱氨基作用 体内分布较广 如肝 脑 肾真核细胞的线粒体中不需氧脱氢酶辅酶为NAD 或NADP 催化酶 L 谷氨酸脱氢酶 L 谷氨酸 NH3 酮戊二酸 NAD P NAD P H H H2O 糖代谢氨基酸代谢 2 转氨基作用 transamination 定义氨基酸的 氨基在转氨酶 transaminase 的作用下转移给 酮酸的羰基 酮酸变成相应的 氨基酸 原来的氨基酸变成相应的 酮酸的反应称为转氨基作用 transamination 转氨酶存在于真核细胞的线粒体基质及细胞质中 酮酸主要是 酮戊二酸 多数氨基酸可把氨基转给 酮戊二酸生成相应的 酮酸和Glu 因此 L Glu与 酮酸转氨体系是体内最重要的转氨体系 其次是草酰乙酸 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 Donoraminoacid Newaminoacid Newketoacid Accepterketoacid transaminase GPT 谷丙转氨酶 glutamicpyruvictransaminase GPT 谷草转氨酶 glutamicoxaloacetictransaminase GOT 最常见 作用最强的两种转氨酶 转氨酶 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 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 通过此种方式并没有产生游离的氨 转氨基作用的生理意义 3 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 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用 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 转氨酶 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 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 主要在肌肉组织进行 4 非氧化脱氨基作用 主要存在于微生物中 1 直接脱氨基作用 2 脱水脱氨基 3 脱硫化氢脱氨基 4 水解脱氨基 5 还原脱氨基 脱羧基作用 decarboxylation 氨基酸在脱羧酶作用下 脱羧产生CO2和一级胺的过程 胺 脑组织中富含L 谷氨酸脱羧酶 可使L 谷氨酸脱羧形成 氨基丁酸 后者是重要的神经递质 氨基酸脱羧酶专一性强 一般为一种氨基酸一种脱羧酶 且只对L 氨基酸起作用 醛 脂肪酸 胺 除组氨酸脱羧酶不需辅酶外 其他氨基酸脱羧酶均以磷酸吡哆醛为辅酶 氨的代谢 MetabolismofAmmonia 氨的去路 合成酰胺 合成氨基酸 合成嘌呤 合成嘧啶 但绝大部分是排到体外 动物排泄氨有3种形式 排氨 多数水生动物 排尿酸 鸟类和陆生爬行动物 排尿素 大多数陆生脊椎动物 氨是机体正常代谢产物 具有毒性 人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 6 mol L 血氨的来源与去路 血氨的来源 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 血氨的去路 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 肾小管泌氨 分泌的NH3在酸性条件下生成NH4 随尿排出 氨的转运 1 丙氨酸 葡萄糖循环 alanine glucosecycle 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 丙氨酸 葡萄糖循环 葡萄糖 2 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 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KurtHenseleit提出 称为鸟氨酸循环 orinithinecycle 又称尿素循环 ureacycle 或Krebs Henseleit循环 1 氨基甲酰磷酸的合成 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 AGA 为其激活剂反应消耗2分子ATP N 乙酰谷氨酸 2 瓜氨酸的合成 鸟氨酸氨基甲酰转移酶 H3PO4 氨基甲酰磷酸 由鸟氨酸氨基甲酰转移酶 ornithinecarbamoyltransferase OCT 催化 OCT常与CPS 构成复合体 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 鸟氨酸循环 线粒体 胞液 反应小结 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 总方程式 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 三 氧化供能 酮酸在体内可通过TAC和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2 同时生成ATP 合成新氨基酸 当机体需要氨基酸时 酮酸的氨基化作用增强 还原氨基化作用 转氨作用是 酮酸生成氨基酸的重要途径 由L 谷氨酸脱氢酶催化 酮戊二酸还原氨基化作用在所有氨基酸合成中均有重要意义 它是生物同化氨 固定氮的重要反应 酮酸 NH3 氨基酸 直接氧化成H2O和CO2 酮酸可直接或间接通过TCA氧化 可直接进入TCA的有 丙酮酸草酰乙酸 酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸等 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 氨基酸的生物合成 合成氨基酸的主要途径 1 酮酸的还原氨基化2 转氨基作用3 氨基酸的相互转化 在氨基酸的生物合成中 各种氨基酸碳骨架的形成 源于代谢的几条 主要干线 TCA EMP HMS等 中的关键中间产物 根据生物合成起始物 代谢中间体的不同 可将氨基酸的生物合成途径归纳为6类 它们的氨基基团多来自谷氨酸的转氨反应 1 Glu族 或称 酮戊二酸族 合成5种Aa Glu Gln Pro Arg Lys2 Asp族 或称草酰乙酸族 合成5种Aa Asp Asn Thr Met Ile Lys 3 丙酮酸族合成3种Aa Ala Val Leu4 3 磷酸甘油酸族合成3种Aa Gly Ser Cys5 芳香族以磷酸二羟丙酮和4 磷酸赤藓糖为起始物合成3种Aa Phe Tyr Try6 独立合成系统以PRPP 5 磷酸核糖 1 焦磷酸 为起始物 合成1种Aa His 1 酮戊二酸族合成5种氨基酸 2 Asp族 或草酰乙酸族 合成5种氨基酸 3 丙酮酸族合成3种氨基酸 4 3 磷酸甘油酸族合成3种氨基酸 5 芳香族合成3种氨基酸 6 独立合成系统 His合成的起始物是5 磷酸核糖 1 焦磷酸 PRPP His生物合成 从ATP与PRPP缩合开始 ATP嘌呤环的N1与PRPP的核糖的C1结合 反应过程的一个中间产物5 氨基咪唑 4 氨基甲酰核苷酸也是嘌呤生物合成的中间产物 因此His的生物合成与嘌呤的生物合成是相互联系的 小结 氨基酸合成途径 个别氨基酸的代谢 MetabolismofIndividualAminoAcids 一 氨基酸脱羧基作用 脱羧基作用 decarboxylation 一 氨基丁酸 aminobutyricacid GABA GABA是抑制性神经递质 对中枢神经有抑制作用 二 牛磺酸 taurine 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分 三 组胺 histamine 组胺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 四 5 羟色胺 5 hydroxytryptamine 5 HT 5 HT在脑内作为神经递质 起抑制作用 在外周组织有收缩血管的作用 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 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 二 一碳单位的代谢 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 亚胺甲基 formimino CH NH 二 四氢叶酸是一碳单位的载体 FH4的生成 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 N5 CH3 FH4 N5 N10 CH2 FH4 N5 N10 CH FH4 N10 CHO FH4 N5 CH NH FH4 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 N10 CHO FH4 N5 N10 CH FH4 N5 N10 CH2 FH4 N5 CH3 FH4 N5 CH NH FH4 H H2O NADPH H NADP NADH H NAD NH3 五 一碳单位的生理功能 作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来 三 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 RH CH3 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 N5 CH3 FH4 N5 CH3 FH4转甲基酶 VitB12 H2O