第十章-蛋白质的分解代谢

第十章蛋白质的分解代谢,AminoAcidMetabolism,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。本章主要讨论氨基酸的分解代谢。,教学内容,第一节蛋白质的营养作用第二节蛋白质的消化吸收和腐败第三节氨基酸的一般代谢第四节个别氨基酸的代谢,第一节蛋白质的营养作用,NutritionalFunctionofProteins,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。每克蛋白质体内氧化虽产生17.91kJ能量，但不是机体主要能源物质。,二、蛋白质需要量和营养价值,1.氮平衡(nitrogenbalance)P192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、青春期青少年、孕妇、乳母及疾病恢复期的患者等）,氮负平衡：摄入氮排出氮（营养不良、饥饿、消耗性疾病患者）,氮平衡的意义：故平衡可反映机体蛋白质每日收支（合成与分解）情况。,2.生理需要量,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.蛋白质的营养价值,其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,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、比例（即是否与人体蛋白质的氨基酸组成接近）。营养价值实质上是人体对食物蛋白质中氨基酸的利用率，利用率高，则营养价值高。,总体而言：动物蛋白营养价值较植物高！,将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。p194例如，谷类蛋白质含赖氨酸较较少而色氨酸较多，而豆类蛋白质含色氨酸较少而赖氨酸较多，二者混合后食用，即可提高营养价值。,食物中蛋白质的互补作用,第二节蛋白质的消化、吸收与腐败,Digestion,AbsorptionandPutrefactionofproteins,一、蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义P194,食物蛋白质必须在消化道彻底消化成氨基酸，以消除其种属免疫原性后，才能经吸收进入血液，否则易致过敏、中毒。唾液中无蛋白酶，故食物蛋白质消化吸收开始于胃，主要在小肠中进行。（口腔不消化）,消化过程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，属于内肽酶，对蛋白质肽键作用特异性差，水解芳香族氨基酸甲硫氨酸及亮氨酸等所形成的肽键，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，水解产物是寡肽，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase)自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，水解产物是氨基酸，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,蛋白质在小肠被水解为寡肽和氨基酸,肠激酶,寡肽酶,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,联级反应,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(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,96%的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。,二、氨基酸的吸收和转运,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有两种方式：氨基酸载体转运系统或-谷氨酰循环转运吸收,（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。,是需要载体蛋白帮助的、耗能、需钠的主动吸收过程。,食物蛋白质在小肠的吸收(与葡萄糖吸收相似),（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰循环(-glutamylcycle)过程：,由-谷氨酰转移酶催化，利用GSH，合成-谷氨酰氨基酸进行转运。消耗的GSH可重新再合成。,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,目录,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,少量未被消化（不到4%）的蛋白质和未被吸收的氨基酸、寡肽，在大肠下段被大肠杆菌分解，称为蛋白质的腐败作用（putrefaction）。,腐败作用的产物大多有害，如胺n、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)P196,（一）肠菌通过脱羧基作用产生胺类,降血压,降血压,升压,升压,假神经递质(falseneurotransmitter),某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,-羟基酶的作用下,苯丙氨酸酪氨酸,肠菌,苯乙胺酪胺,肝脏,正常,解毒,肝病,-羟化酶,脑组织,苯乙醇胺羟酪胺,假神经递质,肝性脑昏迷,胺类的毒性（假神经递质学说）,-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制而昏迷。,（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,上述物质大部分可以随粪便排出，只有小部分被吸收，在肝脏代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。,氨基酸代谢库P197,食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成的氨基酸以及其它物质经代谢转变而来的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，这些游离的氨基酸的总和，称为氨基酸代谢库（metabolicpool）。,氨基酸的来源和去路P197,合成组织蛋白,主要去路,第三节氨基酸的一般代谢,GeneralMetabolismofAminoAcid,一、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,转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基,（一）转氨基作用（transamination）,在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。,此过程仅发生氨基转移，并未产生游离的NH3。,要点：P198只转移-NH2、不产生游离NH3；反应可逆，逆过程是体内合成和改造非必需aa的途径；体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。P106(氨基传递体),转氨基作用机制P198,(氨基传递体),丙氨酸氨基转移酶（alaninetransaminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。帮助诊断急性肝炎,体内重要的转氨酶,天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与-酮戊二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。帮助诊断心肌梗塞,组织,GOT,GPT,心脏,156000,7100,肝,142000,44000,骨骼肌,99000,4800,肾脏,91000,19000,组织,GOT,GPT,胰腺,脾,肺,血清,28000,2000,14000,1200,10000,700,20,16,正常人血清GPT和GOT在某些组织的含量(单位/g湿组织),血清氨基转移酶活性，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和氨基酸互变的重要途径之一。,通过此种方式并未产生游离的氨。,转氨基作用的生理意义,（二）氧化脱氨基作用（线粒体内进行）,定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。,（氧化脱氢、水解脱氨）,氧化脱氨基作用,在哺乳动物组织中仅有L-谷氨酸才能进行高速率的氧化脱氨基作用，由L-谷氨酸脱氢酶催化完成。此酶广泛分布在肝、肾和脑等组织中，肌肉中活性较低。,要点：,反应可逆。L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或NADP+；谷氨酸脱氢酶只能催化谷氨酸发生脱氨基作用（有局限性）。此酶分布广泛（除肌肉组织外），但以肝、肾、脑中活性较强。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。,（三）联合脱氨基作用P199,在转氨酶和谷氨酸脱氢酶的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。,（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。,2.类型,转氨基作用偶联L-谷氨酸氧化脱氨基途径,1.定义,转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环途径,转氨基作用偶联L-谷氨酸氧化脱氨基途径,意义1）产生游离NH3，是体内脱氨基的重要方式；2）反应可逆，其逆过程是合成非必需aa.的重要途径。,主要在肝、肾组织进行,（转氨基+氧化脱氨基）,嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）是存在于肌肉组织中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。在肌肉组织中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。,转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环途径,腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环(PNC)的脱氨基作用。,转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环途径,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,-酮戊二酸,氨基酸,谷氨酸,-酮酸,转氨酶1,转氨酶2,此种方式主要在肌肉组织中的重要脱氨基方式,延胡索酸,腺嘌呤核苷酸(AMP),腺苷酸代琥珀酸裂解酶,GTP,（四）其他脱氨基作用,如丝氨酸的脱水脱氨基，生成丙酮酸；半光氨酸的脱硫化氢脱氨基，生成丙酮酸；以及天冬氨酸的直接脱氨基，生成延胡索酸等。,二、-酮酸的代谢p203,氨是机体正常代谢产物，具有强烈的神经毒性。正常人血氨浓度一般不超过47-65mol/L。体内的氨主要在肝合成尿素解毒。,生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。13种。生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有2种。生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有5种。,生糖和生酮氨基酸种类P203,分类氨基酸,生糖氨基酸,生糖兼生酮氨基酸苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、异亮氨酸、苏氨酸,生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸,甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、缬氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺,脱掉氨基后的-酮酸可转变成：,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,三羧酸循环中间产物,PEP,葡萄糖,脂肪酸,酮体,乙酰乙酰CoA,乙酰CoA,酮体,脂肪酸,脂肪,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,糖,三羧酸循环,草酰乙酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,柠檬酸,缬氨酸,苏氨酸,蛋氨酸,异亮氨酸,谷氨酸,谷氨酰胺,精氨酸,组氨酸,脯氨酸,苯丙氨酸,酪氨酸,天冬酰胺,天冬氨酸,亮氨酸,赖氨酸,异亮氨酸,色氨酸,苯丙氨酸,酪氨酸,丙氨酸,半胱氨酸,甘氨酸,苏氨酸,色氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,色氨酸,磷酸丙糖,-磷酸甘油,生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸未标记为生糖氨基酸,p203,氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过0.60mol/L。体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素而解毒。,三、氨的代谢p200,（一）、血氨的来源与去路P200,1.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（80%-95%）,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。,血氨,血氨的来源与去路P200,肠道对氨的吸收与肠道pH有关：,（二）、氨的转运,氨是有毒物质，血中的NH3主要是以无毒的Ala及Gln两种形式进入血液被运输。,是肌肉与肝之间氨的转运形式。意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。,1、丙氨酸-葡萄糖循环P200,葡萄糖-丙氨酸循环,肝或肾,+NH3,2、谷氨酰胺的运氨作用,合成尿素,形成NH4+,H+,肝,肾,随尿排出,意义1)在血液中,以Gln形式运NH3,可以保持低血NH3浓度;2)在脑组织,形成Gln是暂时解除NH3毒的重要方式。Gln即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。,主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。,（三）、尿素的生成体内氨的最主要去路,尿素是蛋白质分解代谢的最终无毒产物；是体内解除氨毒的主要方式尿素的生成是体内氨代谢的主要途径，经占尿排出总氮量的8090。实验证明，肝脏是合成尿素的主要器官。尿素合成的途径称为鸟氨酸循环或尿素循环。部位：肝细胞的线粒体和胞液,鸟氨酸循环的详细步骤P202,1.线粒体内的反应步骤,N-乙酰谷氨酸,氨甲酰磷酸合成酶是尿素循环关键酶,两步反应均不可逆；P202氨甲酰磷酸合成酶-(CPS-)为变构酶，N-乙酰谷氨酸（N-AGA）为此酶的变构激活剂；此阶段消耗2个ATP；,2.胞液内反应步骤,精氨酸的生成,尿素合成过程,2ADP+Pi,CO2+NH3+H2O,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,氨基酸,草酰乙酸,苹果酸,-酮戊二酸,谷氨酸,-酮酸,精氨酸代琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,鸟氨酸,尿素,线粒体,胞液,解除氨毒,1合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；2合成一分子尿素需消耗3分子ATP（4个高能磷酸键）；3尿素分子中的两个氮原子，第一个来自于游离氨，第二个来自天冬氨酸；4循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生。,尿素合成的特点：,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。,高氨血症时会引起脑功能障碍，称氨中毒。,高氨血症和肝性脑病氨中毒P202,肝昏迷的氨中毒学说,三羧酸循环,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨可通过血脑屏障进入脑细胞，减少脑细胞-酮戊二酸浓度,使ATP生成减少，导致大脑功能障碍,引起肝性脑病,第四节特殊氨基酸代谢,MetabolismofSpecificAminoAcid,一、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。,氨基酸脱羧基产生相应的胺类，体内胺类含量不高，但大多具有重要的生理功能。,（一）谷氨酸脱羧基生成-氨基丁酸,GABA是一种抑制性神经递质，对中枢神经系统可产生抑制作用，在脑中浓度较高，若其生成不足易引起中枢神经系统的过度兴奋。,5-羟色胺（5-HT）,在脑组织内，5-HT是一种抑制性神经递质，与调节睡眠、体温、痛觉等有关。在外周组织，是一种强烈的血管收缩剂和平滑肌收缩刺激剂。,5-羟色胺,（三）组氨酸脱羧基生成组胺,组胺是一种强烈的血管舒张剂，能够增加毛细血管通透性，使毛细血管扩张，导致局部水肿、血压下降。组胺还可使支气管平滑肌痉挛而引起哮喘。变态反应、创伤及烧伤可释放出大量的组胺。,（四）某些氨基酸脱羧基生成多胺类物质,研究表明，精脒和精胺是调节细胞生长的关键物质，有促进某些组织生长的作用，如胚胎、肿瘤等生长旺盛的组织，多胺的含量及鸟氨酸脱羧酶的活性均有所增加。,（五）牛磺酸,合成胆汁酸盐,脑内具有抑制性递质作用,由Cys氧化后再脱羧而生成。,二、一碳单位的代谢P206,（一）一碳单位的概念一碳单位是指体内某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的化学基团。CO2除外,甲基：-CH3亚甲基（甲烯基）：-CH2-甲酰基：-CHO次甲基（甲炔基）：-CH=亚氨甲基：HN=CH-,一碳单位不能游离存在，常与FH4结合而转运和参加代谢。,甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、甲硫氨酸,被四氢叶酸（FH4）结合携带,一碳单位*(onecarbonunit),参与嘌呤和嘧啶碱的合成,来源,去路,载体,一碳单位主要来源于以下氨基酸代谢：P206,（二）一碳单位的载体（或辅酶）,一碳单位不能游离存在，必须由其载体携带。一碳单位的载体：四氢叶酸。FH4分子上的N5和N10是结合一碳单位的位置。,5678-四氢叶酸（FH4）,体内重要的一碳单位,P206,（三）一碳单位的产生、互变与生理功用：P207,S-腺苷蛋氨酸,B12,ATP,（四）一碳单位的生理功能,一碳单位经FH4携带的主要功能是参与嘌呤和嘧啶的合成，把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。N5-甲基-FH4所带的甲基通过S-腺苷蛋氨酸(SAM)向许多化合物提供甲基，参与体内许多重要化合物的合成与修饰。FH4不是活性甲基的唯一载体，S-腺苷甲硫氨酸是更重要的活性甲基的载体。一碳单位代谢障碍或FH4不足，可引起巨幼红细胞性贫血等疾病；利用磺胺类药物干扰细胞FH4的合成而抑菌；应用叶酸类似物如甲氨蝶呤等可抑制FH4生成，从而抑制核酸生成，达到抗癌目的。,二、含硫氨基酸代谢,含硫氨基酸,甲硫氨酸（蛋氨酸,methionine,Met）,半胱氨酸(cysteine,Cys),胱氨酸(cystine),必需氨基酸,（一）甲硫氨酸代谢,+,（ATP）,（SAM）,S-腺苷同型半胱氨酸,CH3,肌酸、胆碱、肾上腺素,活化,转甲基,再生,1、甲硫氨酸循环(P208),RH,R-CH3,(CH3-B12）,N5-CH3-FH4,（甲基受体）,（甲基化合物）,2、甲硫氨酸循环的生理意义,1）为体内合成甲基化合物提供甲基,2）使四氢叶酸得到再生,B12不足也会出现类似于叶酸缺乏的症状巨幼红细胞性贫血同型半胱氨酸堆积动脉粥样硬化及心血管疾病。,1、半胱氨酸和胱氨酸的互变,半胱氨酸、胱氨酸可通过氧化还原而互变，其中的二硫键将极大地影响酶或蛋白质的结构与功能。如，胰岛素是由两条肽链通过两对二硫键连接而形成的，