第9章蛋白质氨基酸分解代谢

第九章蛋白质的分解代谢 本章主要内容 蛋白质的营养蛋白质的消化 吸收和腐败细胞内的蛋白质降解氨基酸的一般代谢个别氨基酸的代谢 第一节 蛋白质的营养 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 酶 免疫 抗原及抗体 运动 肌肉 物质转运 载体 凝血 凝血系统 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 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 正常成人 氮正平衡 摄入氮 排出氮 儿童 孕妇等 氮负平衡 摄入氮 排出氮 饥饿 消耗性疾病患者 氮平衡的意义 可以反映体内蛋白质代谢的慨况 2 生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为30 50g 我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g 3 蛋白质的营养价值 其余10种氨基酸体内可以合成 称非必需氨基酸 必需氨基酸VS非必需氨基酸 ThrIlePheMetTrpValHisArgLysLeu AlaAspAsnCysGluGlnGlyProSerTyr TipMTVHall 笨 苯丙氨酸 蛋 蛋氨酸 精 精氨酸 来 赖氨酸 宿 苏氨酸 舍 色氨酸 住 组氨酸 亮 亮氨酸 凉 异亮氨酸 鞋 缬氨酸 蛋白质的营养价值 nutritionvalue 蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量 种类 量质比 蛋白质的互补作用 指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 第二节 蛋白质的消化 吸收和腐败 一 蛋白质的消化 1 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 2 蛋白质水解酶及作用特点 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 胰蛋白酶原糜蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶原 胰蛋白酶 Lys Arg 糜蛋白酶 Phe Tyr Trp 弹性蛋白酶 脂肪族 羧基肽酶 胰蛋白酶 胰蛋白酶 肠激酶 消化道内几种蛋白酶的专一性 3 蛋白质的消化过程 食物蛋白质 胃蛋白酶 胃 胨 多肽 弹性蛋白酶 碱性氨基酸C端多肽 糜蛋白酶 胰蛋白酶 小肠 小肠 芳香族氨基酸C端多肽 脂肪族氨基酸C端多肽 羧肽酶B 羧肽酶A 碱性氨基酸 寡肽 中性氨基酸 羧基肽酶 氨基肽酶 氨基酸 二肽 二肽酶 氨基酸 二 肽和氨基酸的吸收 吸收部位 主要在小肠吸收形式 氨基酸 二肽 三肽吸收机制 耗能的主动吸收过程 一 主动转运 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 不需要Na 吸收作用在小肠近端较强 三 肽的吸收 第三节 蛋白质在细胞内的降解 一 生物体内蛋白质降解 细胞外降解食物摄取的蛋白质 发生在消化道内 蛋白质水解酶参与 不需要ATP细胞内降解 严格调控 不依赖于ATP的降解途径i 发生在溶酶体ii 利用组织蛋白酶 cathepsin 降解胞外蛋白 膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白依赖于ATP的降解途径 2004Nobelprize i 需要泛素 ubiquitin 降解发生在细胞质蛋白酶体内ii 降解异常蛋白和短寿命蛋白 二 泛素 Ubiquitin Ub 泛素广泛存在于所有的真核生物它由76个氨基酸残基组成 是一种高度保守的蛋白质 在三维结构上 泛素则是一个结构紧密的球蛋白 但其C 端四肽序列 Leu Arg Gly Gly 离开蛋白主体伸向水相 这有助于它与其它蛋白质形成异肽键 泛素本身并不降解蛋白质 它仅仅是给降解的靶蛋白打上标记 降解过程由26S蛋白酶体执行 泛素是一种热激蛋白 泛素的三维结构及其与靶蛋白形成的异肽键 2 蛋白酶体 26S蛋白酶体20S核心颗粒 桶状结构 蛋白酶复合物活性部位19S帽状调节颗粒 负责识别泛酰化的蛋白质 并将它们去折叠以及输送到核心颗粒的蛋白酶活性中心 1 泛素化 ubiquitination 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接 并使其激活 2 蛋白酶体 proteasome 对泛素化蛋白质的降解 三 泛素介导的蛋白质降解过程 靶蛋白 26SProteasome Peptide 四 泛酰化反应的信号 1 信号可能隐藏在疏水核心中部分折叠 变性或者异常的突变蛋白更易水解 2 某些特殊的氨基酸序列被用作降解信号富含Pro P Glu E Ser S 和Thr T 序列的蛋白质质被称为PEST蛋白 它们比其他蛋白质更容易发生水解 3 N端规则N端氨基酸性质是决定蛋白质半衰期的重要因素 1 N 端规则 一种蛋白质的半衰期与N 端氨基酸的性质有关 如果一种蛋白质N端的氨基酸是Met Ser Ala Thr Val或Gly 则半衰期较长 大于20个小时 如果一种蛋白质的N端氨基酸是Phe Leu Asp Lys或Arg 则半衰期较短 3分钟或者更短 第四节 氨基酸的一般代谢 氨基酸代谢库 一 氨基酸代谢概况 二 氨基酸的脱氨基作用 定义指氨基酸脱去氨基生成相应 酮酸的过程 脱氨基方式 氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基非氧化脱氨基 一 氧化脱氨作用 L 谷氨酸氧化脱氨基作用 存在于肝 脑 肾中辅酶为NAD 或NADP GTP ATP NADH为其抑制剂GDP ADP为其激活剂 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 二 转氨基作用 transamination 1 定义在转氨酶 transaminase 的作用下 某一氨基酸去掉 氨基生成相应的 酮酸 而另一种 酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程 2 反应式 大多数氨基酸可参与转氨基作用 但赖氨酸 脯氨酸 苏氨酸除外 体内比较重要的转氨基反应 CH3 CH3 谷丙转氨酶 ALT GPT 谷草转氨酶 AST G0T Glutamicacid Pyruvicacid Oxaloaceticacid Alanineacid Aspartateacid 3 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 4 转氨基作用的机制 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛 转氨酶辅基与酶蛋白之间的连接 磷酸吡哆醛 谷丙转氨酶催化的转氨基反应 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 通过此种方式并未产生游离的氨 5 转氨基作用的生理意义 三 联合脱氨基作用 转氨作用和脱氨作用相偶联 使氨基酸脱下 氨基生成 酮酸并释放出游离氨的过程 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 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 转氨基偶联氧化脱氨基作用 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 肌肉组织 四 非氧化脱氨作用 氨是机体正常代谢产物 具有毒性 正常人血氨浓度一般不超过58 7 mol L 体内的氨主要在肝合成尿素 urea 而解毒 三 氨的代谢 一 血氨的来源与去路 1 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 2 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 二 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 心和肌肉合成谷氨酰胺 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 1 生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中 2 生成过程 尿素生成称为鸟氨酸循环 orinithinecycle 又称尿素循环 ureacycle 或Krebs Henseleit循环 关键酶 氨基甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸循环 线粒体 胞液 1 氨基甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行 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 限速酶 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 3 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 4 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 5 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 四 C骨架代谢 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 生糖氨基酸 其他生酮氨基酸 Leu Lys生酮兼生糖氨基酸 Trp Thr Tyr Ile Phe tttip 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 氨基酸碳骨架的代谢 第五节 个别氨基酸的代谢 一 氨基丁酸 GABA GABA是抑制性神经递质 对中枢神经有抑制作用 一 氨基酸的脱羧作用 部分氨基酸脱羧生成相应的胺酶 氨基酸脱羧酶辅酶 含维生素B6的磷酸吡哆醛 二 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 三 5 羟色胺 5 hydroxytryptamine 5 HT HO 四 鸟氨酸的脱羧作用 多胺化合物能促进核酸和蛋白质的生物合成 是细胞生长及分裂所必需的 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 亚甲基 methylene CH2 次甲基 methenyl CH 甲酰基 formyl CHO 亚胺甲基 formimino CH NH 羟甲基 Hydroxymethyl CH2OH 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 传递甲基 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 三 含硫氨基酸与一碳基团 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 甲硫氨酸甲基转移循环 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 腺苷 RH ATP PPi Pi 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 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 四 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 catecholamine 合成 酪氨酸酶 帕金森病 Parkinsondisease 患者多巴胺生成减少 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 苯丙酮酸尿症 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 5 羟色胺 一碳单位 丙酮酸 乙酰乙酰CoA 维生素PP NO O2 NADPH H NADP 一氧化氮合酶 NOS 精氨酸 瓜氨酸 一氧化氮 五 精氨酸代谢 六 肌酸的合成 肌酸 creatine 和磷酸肌酸 creatinephosp