蛋白质的降解和氨基酸的代谢

1,第十章蛋白质的降解与氨基酸代谢Chapter10MetabolismofAminoAcids,2,内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）,外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶（从肽键两端开始水解）,11主要的酶类：,据水解肽键部位的不同分为两类：,第一节蛋白质的酶解(P.420),3,蛋白水解酶作用示意图,氨肽酶,内肽酶,羧肽酶,氨基酸+,氨基酸,二肽酶,4,（1）胃中消化,胃蛋白酶原胃蛋白酶,HCl,1.2消化的部位：,*酶原的激活,*水解,5,内肽酶胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶,（2）小肠内消化（主要部位）,主要的酶类：,外肽酶羧基肽酶A羧基肽酶B,6,第二节蛋白质的营养功能NutritionalFunctionofProtein,7,2.1蛋白质的营养功能,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。,8,人体每日须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，须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)。,2.2蛋白质需要量和营养价值,9,1.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：摄入氮排出氮（饥饿、消耗性疾病）,氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。,10,2.蛋白质的最低生理需要量,在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为。成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,3.蛋白质的生理价值(p.434),其余10种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,11,蛋白质的生理价值(nutritionvalue),蛋白质的生理价值指饲料蛋白质被动物机体合成组织蛋白质的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类。,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。谷类：Lys少，Trp多；豆类：Lys多，Trp少。,12,第三节氨基酸的分解代谢,MetabolismofAminoAcids,13,氨基酸（aminoacids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。,个别分解代谢特殊侧链的分解代谢氨基酸的分解代谢脱羧基作用CO2+胺一般分解代谢脱氨基作用NH3+-酮酸,14,3.1氨基酸代谢概述,蛋白质的半寿期(half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示,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(metabolicpool)(p.423),氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,16,3.2氨基酸的脱氨基作用(P.424),定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应-酮酸的过程。主要在肝、肾中进行。,脱氨基方式,氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基,17,反应过程包括脱氢和水解两步。-2H+H2OR-CH（NH2）COOHR-C（=NH）COOHR-COCOOH+NH3,3.2.1氧化脱氨基作用,氨基酸的氧化脱氨基反应主要由L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)和L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydrogenase)所催化。,18,L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。,19,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,L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydro-genase)是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大。该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。,20,3.2.2转氨基作用(transamination),3.2.2.1定义(p.426)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。,21,3.2.2.2反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,22,体内较为重要的转氨酶有：(p.426-427)丙氨酸氨基转移酶（alaninetrans-aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙酮酸与谷氨酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。丙酮酸+谷氨酸丙氨酸+-酮戊二酸,3.2.2.3转氨酶,ALT,23,天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化草酰乙酸与谷氨酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。草酰乙酸+谷氨酸天冬氨酸+-酮戊二酸,AST,24,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。,25,3.2.2.4转氨基作用的机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,26,（2）转氨基作用机制,氨基酸,磷酸吡哆胺,L-谷氨酸,-酮戊二酸,27,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。,3.2.2.5转氨基作用的生理意义,28,3.2.3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。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,29,转氨酶,-酮戊二酸,+NAD+,谷氨酸脱氢酶,+NADH+H+,氨基酸,-酮酸,谷氨酸,转氨基偶联氧化脱氨基作用,30,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。,31,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）(p.428),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,此种方式主要在肌肉组织进行。,32,3.3氨基酸脱羧基作用(P.429),脱羧基作用(decarboxylation),由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。,33,34,生物体内大部分氨基酸可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。氨基酸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r-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。,35,3.3.1-氨基丁酸(-aminobutyricacid,GABA),GABA是一种重要的抑制性神经递质，它参与多种代谢活动，具有很高的生理活性。（1）镇静神经、抗焦虑；（2）降低血压；（3）治疗疾病；（4）降低血氨；（5）提高脑活力；（6）促进乙醇代谢,36,3.3.2牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。（1）强肝利胆作用：豚鼠实验表明，牛磺酸可解除胆汁阻塞，呈利胆作用。（2）解热与抗炎作用：本品可能通过对中枢5-ht系统或儿茶酚胺系统的作用降低体温（3）降压作用（4）强心和抗心律失常作用（5）降血糖作用（6）牛磺酸有松弛骨骼肌和拮抗肌强直的作用,37,3.3.3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。,38,3.3.45-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。,39,3.3.5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。,40,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。,3.4氨的代谢去路(P.430),41,3.4.1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,42,2.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。,43,3.4.2氨的转运,3.4.2.1丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle),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,反应过程,45,46,3.4.2.2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。,47,3.4.2.3尿素的生成(p.431),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。,48,鸟氨酸循环,线粒体,胞液,49,（1）氨甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,50,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),51,（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。,52,(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,NH,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,O,瓜,氨,酸,(CH,2,),3,53,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,54,(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,55,3.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。限速酶：氨基甲酰磷酸合成酶I(CPS-I)。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（4ATP）。,56,4.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：,57,58,5.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)。,59,TCA,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,60,3.5-酮酸的代谢(P.434),3.5.1经氨基化生成非必需氨基酸,3.5.2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(p.4