《蛋白质分解代谢》PPT课件

第九章蛋白质的分解代谢,1.了解消化道不同部位的蛋白质消化，吸收原理2.明确下列概念：氧化脱氨作用，转氨作用，联合脱氨作用，生糖或生酮氨基酸3掌握氨基酸分解产物的代谢途径：氨基氮的排泄及尿素循环4.了解一碳化合物与氨基酸代谢的关系5.了解各类氨基酸的合成过程,一、蛋白质的消化,内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）,外肽酶：氨肽酶、羧肽酶（从肽链两端开始水解肽键）,1.主要的酶类：细胞有选择地降解非正常蛋白质，不同酶有不同的专一性和活性，具有不同的半衰期（half-life）。,据水解肽键部位的不同分为两类：,9.1蛋白质的消化吸收,酶原的激活,水解,2.消化过程,（1）胃中消化:食物进入胃，胃窦和十二指肠G细胞分泌胃泌素,胃蛋白酶,胃蛋白酶,胰蛋白酶原,肠激酶,糜蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶,（+）,酶原的激活:食糜进入小肠，十二指肠和空肠分泌胰泌素,胰蛋白酶,水解,（2）小肠内消化（主要部位）,小肠胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶（A、B）、氨肽酶氨基酸肠粘膜上皮细胞血液肝脏(2)组织蛋白质：人和动物，当食物缺少蛋白质或处于饥饿状态或患消耗性疾病时，体内组织蛋白质的分解即刻增强。由动物各种组织中的蛋白酶来完成。(3)胚乳中的蛋白质：植物体内种子萌芽时蛋白酶的活性最高，催化胚乳中的蛋白质水解成氨基酸供胚用来合成新蛋白质，构建植物体。,(1)外源蛋白质口腔胃胃蛋白酶多肽,3.注意:,1主要部位：小肠,（1）主动转运：专一性载体和依赖Na+的转运系统，消耗ATP氨基酸载体（运载蛋白）,碱性氨基酸载体,酸性氨基酸载体,亚氨基酸载体,（2）-谷氨酰基循环：通过谷胱甘肽转运。每转运一个氨基酸消耗3分子ATP,2吸收的两种方式：,中性氨基酸载体：主要载体,二、氨基酸的吸收,三、蛋白质消化相关疾病1急性胰腺炎（Acutepancteatitis）胰腺横卧在人体上腹部的后腹腔内，位于胃的后面，是人体重要的消化器官。它能分泌多种消化酶，对人体摄入的蛋白质、脂肪、淀粉等多种营养素进行消化。在正常情况下，胰腺所分泌的这些消化酶，通过胰管流入十二指肠，被十二指肠液和胆汁激活后才能发挥消化作用。如果在某种病理情况下胰液被十二指肠液或胆汁激活后，又返流到胰腺内，胰管内压升高，致胰腺腺泡破裂，胆汁胰液及被激活的胰酶渗入胰实质中，具有高度活性的胰蛋白酶进行“自我消化”，发生胰腺炎。急性胰腺炎原则上是种化学性炎症，并非细菌、病毒所引起。但为预防以后合并的细菌感染，也需用抗菌素防治。2食物蛋白过敏菠萝中有三种有害物质带来过敏反应：甙类：这是一种有机物，对人的皮肤、口腔黏膜有一定的刺激性，吃了未经处理的生菠萝后，口腔会觉得发痒。菠萝蛋白酶：这是一种蛋白质水解酶，有很强的分解纤维蛋白的作用。有的人对这种蛋白酶有过敏反应，吃后15分钟到1小时发病，会出现阵发绞痛、恶心、呕吐、皮肤潮红发痒、荨麻疹、头痛等症状，严重的还会发生呼吸困难及休克。5羟色胺：这是一种含氨的有机物，可以使血管强烈收缩和使血压升高，所以菠萝吃多了的直接反应就是头痛。,氨基酸代谢库,分解,脱氨,-酮酸,（生成尿素）,9.2氨基酸的分解代谢,维生素和激素的组分,一、氨基酸的脱氨基作用,氧化脱氨作用转氨作用联合脱氨作用,氨基酸分解的共同途径：,1.氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）,氨基酸,CH,COOH,R,N,H,2,亚氨基酸,氨基酸氧化酶,2H,CH,COOH,R,N,H,-酮酸,+H2O,+NH3,C,COOH,R,2,O,L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏）(需氧),D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少）,L-谷氨酸脱氢酶（不需氧）谷氨酸脱氢酶在动植物和微生物中普遍存在别构酶：ATP、GTP、NADH抑制；ADP、GDP激活活性强，分布于肝、肾及脑组织辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆,氨基酸氧化脱氨主要酶,氨基酸氧化酶与L-谷氨酸脱氢酶,2.转氨作用,除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸外,在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。,特点：,生理意义：,接受氨基的主要酮酸有：,*只有氨基的转移，没有氨的生成,*反应可逆,*辅酶都是磷酸吡哆醛,是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。,丙酮酸-酮戊二酸草酰乙酸,转氨基作用特点及意义,谷丙转氨酶（GPT）:肝脏中活力最大,临床意义：急性肝炎患者血清GPT升高,谷草转氨酶(GOT):心脏中活力最大、其次为肝脏,临床意义：心肌梗死、心肌炎患者血清GOT升高,GPT,谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸,GOT,谷氨酸+草酰乙酸-酮戊二酸+天冬氨酸,重要的转氨酶,急性传染性肝炎，血清中GPT、GOT异常升高,辅基为磷酸吡哆醛,3.联合脱氨作用转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式,A.转氨偶联氧化脱氨,B.转氨偶联AMP循环脱氨:骨骼肌、心脏、肝脏和脑组织的主要脱氨方式,转氨偶联氧化脱氨,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,转氨偶联AMP循环脱氨,-氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,天冬氨酸,腺苷酰琥珀酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸,次黄苷酸,NH3,转氨酶,谷草转氨酶,腺苷酸琥珀酸合成酶,腺苷酸琥珀酸裂解酶,腺苷酸脱氨酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,4.非氧化脱氨基作用:,脱水脱氨：丝氨酸脱硫化氢脱氨：半胱氨酸直接脱氨水解脱氨,氨基酸在氨基酸脱羧酶（除组氨酸脱羧酶不需辅酶外，其余脱羧酶都以磷酸吡哆醛为辅酶）作用下脱羧基生成相应的胺。胺类物质：重要的生理活性物质谷氨酸-氨基丁酸（GABA）：抑制性神经递质。抑制中枢神经系统的传导。天冬氨酸-丙氨酸：维生素泛酸的组分组氨酸组胺：血管舒张剂。能使血管舒张，降低血压酪氨酸酪胺(儿茶酚胺)：能使血压升高色氨酸5-羟色胺（5-HT）：5-羟色胺广泛分布于体内各组织，脑内5-羟色胺可作为抑制性神经递质。有效地改善情绪。,二、氨基酸的脱羧基作用,9.3氨基酸分解代谢产物的去向,氨的代谢酮酸的代谢CO2的代谢胺的代谢,来源：氨基酸脱氨肾脏产生的氨胺的氧化,去路：主要合成尿素排出合成非必需氨基酸合成酰胺进行贮存和无毒运输合成其他含氮化合物经肾脏以铵盐形式排出,一、氨的代谢,胺,2.氨的毒性,氨是强烈的神经毒物.血液中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。其机理是：高浓度的氨使TCA中间产物-酮戊二酸转变成L-Glu，使大脑内-酮戊二酸大量减少，甚至缺乏，而导致TCA无法运转，ATP生成受到严重的阻碍，引起脑功能受损。昏迷以上反应还使NADPH大量消耗，严重地影响需要还原力(NADPH+H+)反应的正常进行。因此动物体内游离氨形成后需立即进行代谢,人体内氨主要在肝脏中生成尿素：鸟氨酸循环排尿酸动物：鸟类、某些爬虫类排尿素动物：两栖类和哺乳类鱼类：直接排泄自然界还有许多排氨方式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄方式；许多鱼类以氧化三甲胺排氮；高等植物则以Gln和Asn的形式把氨基氮储存于体内,3.氨的转运,(1)丙氨酸葡萄糖循环,实现了氨的无毒转运,肝组织为肌肉活动提供能量,氨在血液中的运输形式主要是丙氨酸和谷氨酰胺,糖异生,丙氨酸氨基转移酶,(2)谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺（植物中，以天冬酰胺的形式）是中性无毒物质，容易透过细胞膜，是氨的主要运输形式，也是体内氨的储存形式。是合成蛋白质的原料。谷氨酰胺合成酶主要存在于：大脑、肝脏、肌肉,尿素、铵盐等,(脑、肌肉),(肝、肾),临床上用谷氨酸盐降低血氨,谷氨酰胺,谷氨酸,Asp,Asn,H2O,NH3,天冬酰胺酶,白血病细胞不能,临床上用此酶分解血的Asn治疗白血病,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,CONH,2,CH,2,CHNH,2,COOH,天冬酰胺酶会耗尽患者体内白血病细胞所需的天冬酰胺，从而导致白血病细胞死亡，而正常细胞不会受太大影响。骨髓间质释放ASN影响疗效,骨髓间充质细胞中有一种名为的基因，对骨髓间充质细胞能否释放大量天冬酰胺分子起关键作用,4.尿素的形成,在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环，又称Krebs循环或鸟氨酸循环。分五个步骤完成：（1）氨甲酰磷酸的合成（2）瓜氨酸的合成（3）由瓜氨酸合成精氨琥珀酸（4）生成Arg（5）Arg的水解,尿素循环示意图,氨甲酰磷酸合成酶,精氨琥珀酸合酶,鸟氨酸氨甲酰移换酶,精氨琥珀酸裂合酶,精氨酸酶,1)主要器官：肝脏（肝细胞线粒体和胞浆）,CO22NH3（其中1分子来自于天冬氨酸）3个ATP的4个高能磷酸键,4)生理意义：是体内氨的主要去路，解氨毒的重要途径。5）调控：氨甲酰磷酸合成酶；其余酶受底物浓度的调控,3)总反应方程式：,2)原料：合成1分子尿素需：,2NH3+CO2+3ATP+H2O,尿素合成小结,二、酮酸的代谢,氨基酸脱去氨基后生成-酮酸即氨基酸的碳骨架，可以有三条代谢途径。1再合成氨基酸非必需氨基酸2进入三羧酸循环，氧化成CO2和水3转化成糖及脂肪转化条件：当体内不需要将-酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给充足时，-酮酸可以转化成糖和脂肪而贮存起来。,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环,氨基酸的三种类型,赖,三、CO2的代谢,1.氨基酸脱羧后形成的CO2大部分直接排出细胞外2.小部分可通过丙酮酸羧化支路被固定，生成草酰乙酸或苹果酸。这些有机酸的生成对于三羧酸循环及通过三羧酸循环产生发酵产物有促进作用。,四、胺的代谢氨基酸脱羧形成的胺在胺氧化酶的催化下生成醛。醛在醛脱氢酶的催化下，加水脱氢生成有机酸。有机酸再经氧化生成乙酰CoA。乙酰CoA进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和H2O。,9.4一碳单位与氨基酸代谢,一、概念：氨基酸在分解过程中产生的含一个碳原子的基团（不包括CO2）。,二、种类：甲基（-CH3）亚甲基（-CH2-甲烯基）次甲基（=CH-甲炔基）甲酰基（-CHO）亚氨甲基（-CH=NH）,三、特点：不能游离存在，一般以四氢叶酸为载体参与反应,四氢叶酸（FH4）的结构与合成,蝶呤+对氨基苯甲酸+L-谷氨酸二氢叶酸,四氢叶酸,二氢叶酸合成酶,二氢叶酸还原酶,四、一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸（SAM）,参与甲基化反应,N5-CH2-FH4,NAD+,NDAH+H+,N5，N10-CH2-FH4还原酶,N5N10-CH2-FH4,为胸腺嘧啶合成提供甲基,FH4,丝氨酸,NAD+,NDAH+H+,N5，N10-CH2-FH4脱氢酶,组氨酸甘氨酸,FH4,N5，N10=CH-FH4,参与嘌呤合成,H2O,H+,环水化酶,N10-CHO-FH4,FH4,HCOOH,参与嘌呤合成,参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。,将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白质的合成，引起巨幼红细胞性贫血。,促进药物发挥药理作用：磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。,参与许多物质的甲基化过程。,五、一碳单位的生理功用,9.5氨基酸合成高等植物能合成20种氨基酸人不能合成：Lys、Trp、Phe、Val、Met、Leu、Ile、ThrArg、His：合成不足蛋白质营养价值的高低取决于其必需氨基酸种类是否齐全、各种氨基酸组成和数量及比例是否与人体蛋白质接近。动物蛋白营养价值高于植物蛋白合成途径分为6条：-酮戊二酸-谷氨酸类型：Glu、Gln、Pro、Arg甘油-3-磷酸-丝氨酸类型：Ser、Gly、Cys草酰乙酸-天冬氨酸类型：Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys丙酮酸类型：Ala、Val、Leu芳香族类型：(PPP途径)Trp、Tyr、Phe组氨酸类型：(PRPP)His,-NH2酮酸（碳架）,氨基化,一、氨基酸合成:,（1）还原氨基化（2）转氨基（3）联合氨基化,氨基酸合成,反硝化作用,氧化亚氮,氨甲酰磷酸,分支酸,脱氧庚酮糖酸-7-磷酸,天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,赤藓糖-4-磷酸,脱氢奎尼酸,莽草酸,谷氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,+,预苯酸,Try,Phe,Trp,Ile,Trp,His,CTP,AMP,Gln,Lys,Met,Thr,酮丁酸,Gly,Ala,谷氨酰胺合酶,天冬氨酰半醛,高丝氨酸,氨基苯甲酸,二、由氨基酸可合成多种生命物质1Tyr合成肾上腺素等：作用于中枢神经系统，提高兴奋度，使机体警觉性提高，反应灵敏，使呼吸加快、心率加速，升高血压使血流重新分配(即收缩内脏中的血管来增加肌肉中的血量)。2Tyr合成吲哚乙酸：(IAA)是第一个作为生长素为人们所认识的物质,在高等植物中普遍存在。吲哚乙酸促进细胞扩展,有利于根形成。它是在自然界中发现的唯一生长素,但是它容易被氧化,而且在光下不稳定,因而,出现细胞中的实际浓度非常低。在组织培养快速繁殖中,通常使用合成的生长素,如NAA、IBA等。英国科学家最新发现，吲哚乙酸具有抗癌功能，有望用于研制抗癌新药3Arg合成磷酸肌酸为高能磷酸基的贮存形式，存在于肌肉和其他兴奋性组织，如脑和神经细胞中4His合成组胺：组胺酸脱羧生成组胺，组胺在体内广泛分布，主要存在于肥大细胞中。组胺是一种强烈的血管舒张剂，能增加毛细血管的通透性。创伤性休克或炎症病变部位可有组胺释放。组胺还可以刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。5鸟氨酸合成腐胺、亚精胺、精胺：促进植物的生长；延缓衰老；提高抗性；调节植物的开花过程，参与光敏核不育水稻花粉的育性转换，并能提高种子活力和发芽力，促进根系对无机离子的吸收。6Glu合成多巴。GABA：谷氨酸脱羧基生成-氨基丁酸（GABA）,由谷氨酸脱羧酶催化，此酶在脑组织活性很高，所以脑中GABA的含量较多。GABA是抑制性神经递质。7Cys合成牛磺酸：结合胆汁酸形成牛磺胆酸，能提高脂肪酶的活性，促进脂肪吸收；参与蛋白质、氨基酸代谢，提高蛋白质的消化率从而间接促进动物的生长发育；可加速葡萄糖进入细胞的速度，促进糖代谢。,三、芳香族氨基酸代谢与遗传疾病1.苯丙酮尿症（Phenylketonuria,PKU）：人在出生数月以后，出现以智力障碍、脑电波异常、头发细黄、皮肤色浅，尿有“发霉”臭味等主要病征的常染色体单基因隐性遗传病。正常人苯丙氨酸可以在苯丙氨酸羟化酶的作用下转变为酪氨酸，酪氨酸再转化成黑色素。但某些人体内不能形成苯丙氨酸羟化酶，苯丙氨酸只能在苯丙氨酸转氨酶的作用下变为苯丙酮酸，由尿中排出。同时，血液中苯丙氨酸太多，抑制酪氨酸转变成黑色素。有此代谢障碍的人比正常人形成的色素少，但因这种人可以