蛋白质降解和氨基酸的分解代谢本.ppt

第一部分概论,1机体对外源蛋白质的需要及其消化作用机体摄入的蛋白质量和排出量在正常情况下处于平衡状态，称为氮平衡。高等动物摄入的蛋白质在消化道内消化后形成游离的氨基酸，吸收入血液，供给细胞合成自身蛋白质的需要。氨基酸的分解代谢主要在肝脏进行。,蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸经过一系列的消化过程。蛋白质经各种酶的协同作用，最后全部转变为有利氨基酸。,必需氨基酸与非必需氨基酸：体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需氨基酸。反之，体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。精氨酸和组氨酸必需以必需氨基酸为原料来合成，故被称为半必需氨基酸。,蛋白质的消化,蛋白质的消化：胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽，再在小肠中完全水解为氨基酸。胃蛋白酶：催化水解芳香族氨基酸（Phe/Tyr/Trp）和蛋氨酸、亮氨酸。胰蛋白酶：水解碱性氨基酸（Lys/Arg）羧基；胰凝乳蛋白酶：催化断裂芳香族氨基酸（Phe/Tyr/Trp）弹性蛋白酶：水解脂肪族氨基酸（Ala/Ser/Thr）等。,Trypsin：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。,肽链,水解位点,胰蛋白酶,或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu，蛋氨酸Met和组氨酸His水解稍慢。,肽链,水解位点,糜蛋白酶,氨基酸的吸收,氨基酸的吸收：主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。除此之外，也可经-谷氨酰循环进行。-谷氨酰循环：是指氨基酸在小肠内被吸收，其吸收及向细胞内转运过程是通过谷胱甘肽起作用的，首先是谷胱甘肽对氨基酸的转运，其次是谷胱甘肽的在合成，称为-谷氨酰循环。,转肽酶,蛋白质的腐败作用,在消化过程中，一部分未经消化的蛋白质，以及未被吸收的消化产物进入大肠后，受到大肠后部细菌的作用，细菌对蛋白质或蛋白质消化产物的作用，称为蛋白质的腐败作用,生理解毒作用,在肝脏中发生解毒作用。氧化解毒：有毒物质在专一性酶的催化下，被氧化成CO2/H2O/NH3,在排出体外。结合解毒：有毒物质和机体内常有的无毒物质结合，生成一种无毒的产物，随尿排出体外。,第二部分氨基酸的分解代谢,氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用。氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用氨基转换作用联合脱氨作用,1氨基酸的脱氨基作用,1.1氧化脱氨基作用1.1.1氧化脱氨基作用一般过程,实际上：,黄素蛋白,氨基酸的脱氨基作用如果由不需氧脱氢酶催化，则脱出的氢不以分子氧为直接受体，而以辅酶作为受体，然后经细胞色素体系与氧结合成水。,1.1.2催化氧化脱氨基作用的酶1.L-氨基酸氧化酶以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基以黄素单核苷酸（FMN）为辅基。说明：人和动物体中的L-氨基酸氧化酶属于后一类。该酶能催化十几种氨基酸的脱氨基作用。对一些氨基酸必须由特殊的，专一性强的氨基酸氧化酶催化脱氨基。,2.D-氨基酸氧化酶，以FAD为辅基。3.氧化专一氨基酸的酶已发现的有甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶，L-谷氨酸脱氢酶等。,（1）甘氨酸氧化酶以FAD为辅酶。,（2）D-天冬氨酸氧化酶以FAD为辅酶。,（3）L-谷氨酸脱氢酶,该酶是能使氨基酸直接脱去氨基活力最高的酶。存在于线粒体中。,1.2氨基酸的非氧化脱氨基作用1、还原脱氨基作用,2、水解脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用以磷酸吡哆醛为辅酶,4、脱疏基脱氨基作用,5、氧化-还原脱氨基作用,1.3氨基酸的脱酰胺基作用,转氨基作用的一般概念转氨基作用是-氨基酸和酮酸之间胺基的转移作用；-氨基酸的-氨基借助酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。,1.4氨基酸的转氨基作用,例：,说明：转氨作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式。构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸外，都能以不同程度参加转氨作用。,转氨酶催化胺基反应的酶称为转氨酶，或称氨基转换酶。它们对两个底物中的一个底物，即-酮戊二酸（或谷氨酸）是专一的，而对另外一个底物则无严格的转移性。参与氨基转换的-酮酸主要是-酮戊二酸、其次为草酰乙酸。,动物和高等植物的转氨酶一般只催化L-氨基酸和-酮酸的转氨作用。转氨酶催化的反应都是可逆的。真核细胞的线粒体和胞液中都可进行转氨作用。在细胞不同部位的转氨酶，虽然功能相同，但结构和性质并不相同。哺乳动物细胞中氨基酸氨基的集合作用是在胞液中进行的。,转氨酶的辅基及其作用机制转氨酶是以磷酸吡哆醛（胺）作为辅酶，磷酸吡哆醛与酶蛋白是以牢固的共价键形式结合的。,4联合脱氨基作用4.1转氨酶谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用氨基酸的-氨基先借助转氨作用转移到-酮戊二酸的分子上，生成相应的-酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的催化下，脱胺基生成-酮戊二酸同时释放出氨。,4.2转氨酶嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用,从-氨基酸开始的联合脱氨反应：,腺嘌呤核苷酸循环,机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用而生成相应的一级胺。催化脱羧反应的酶称为脱羧酶。辅酶为磷酸吡哆醛。,5氨基酸的脱羧基作用,说明：氨基酸脱羧酶的专一性很高。在脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。氨基酸的脱羧反应普遍存在于微生物、高等动、植物组织中。氨基酸脱羧后形成的胺，有许多重要的生理作用。,绝大多数胺类是对动物有毒的。体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,氨的去路：,在肝脏转变为尿素；合成氨基酸；合成其他含氮物；合成天冬酰胺和谷氨酰胺；直接排出。,6氨基氮的排泄如氨中毒：,说明：有些微生物部分用于进行生物合成外，多余的氨即排到周围环境中。某些水生的或海洋动物，都以氨的形式将氨基氮排除体外，这些动物称为排氨动物。陆生动物加将脱下的转变为尿素。鸟类爬虫类称为排尿酸动物。有些两栖类处于中间位置。,氨在血液循环中的转运，需以无毒的形式进行，将氨转运至肝脏或肾脏进行代谢。利用谷氨酰胺进行转化,6.1氨的转运,反应机理：,谷氨酰胺是中性无毒物质，容易透过细胞膜，是氨的主要运输形式,谷氨酰胺由血液运送到肝脏后：,2、通过葡萄糖丙氨酸循环转运,丙氨酸通过血液运至肝脏：,丙氨酸-葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异生转变为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，这一循环过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。在肌肉中，丙酮酸由糖酵解提供。在肝脏中，多余的丙酮酸又可通过葡糖异生作用转化为葡萄糖。将丙酮酸与氨转化为丙氨酸，收到一举两得的功效。,（1）尿素循环的提出,尿素循环：,（2）尿素的形成过程,返回,苹果酸,草酰乙酸,NAD,NADH+H+,肝细胞液的谷氨酸，透过线粒体膜进入线粒体基质，由谷氨酸脱氢酶将氨基脱下形成游离氨。,酶：正调节剂是N-乙酰谷氨酸,形成瓜氨酸。,瓜氨酸形成后即离开线粒体进入细胞液。,精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化下分解为精氨酸及延胡索酸。,精氨酸在精氨酸酶催化下，水解为鸟氨酸和尿素。,总反应：,说明：形成一分子尿素可清除两分子氨基氮及一分子二氧化碳。尿素循环的优越性：解除氨的毒性，减少血液的酸性形成一分子尿素需消耗4个高能磷酸键水解释放的自由能。尿素形成过程在机体的不同器官，组织及细胞内的职能分工有利于生物体的自身保护。精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶,6.1.3尿酸的形成排尿酸动物如陆生爬虫类和鸟类，以尿酸作为氨基酸基排泄的主要形式。,说明：尿素、氨、尿酸并不是自然氨基排泄的仅有形式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄形式。许多鱼类以氧化三甲胺作为排氮形式。高等植物则将氨基氮以谷氨酰胺和天冬酰胺形式贮存于体内。,再氨基化为氨基酸。转变为糖或脂：氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。20氨基酸的氧化分解途径各异，但它们都集中形成5种产物而进入三羧酸循环，最后氧化为CO2和水。,7氨基酸碳骨架的氧化途径,返回,构成蛋白质的20种氨基酸通过转变为乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸以及草酰乙酸五种物质而进入三羧酸循环。,7.1经生成乙酰CoA的途径1、经丙酮酸到乙酰CoA的途径,2、经乙酰乙酰CoA到乙酰CoA的途径,7.2-酮戊二酸途径,7.3形成琥珀酰CoA的途径,7.4延胡索酸途径有苯丙氨酸和酪氨酸。7.5草酰乙酸途径：天冬酰胺和天冬氨酸可转变为草酰乙酸而进入三羧酸循环。,8.生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸:降解为柠檬酸循环中间代谢物的氨基酸可以进入糖异生途径生成葡萄糖，这样的氨基酸称之生糖氨基酸；生酮氨基酸:而那些形成乙酰CoA的氨基酸可以成为脂肪酸或酮体的前体，因此这类氨基酸称之生酮氨基酸生酮和生糖氨基酸:还有的氨基酸降解时既可生成柠檬酸循环中间代谢物，又可生成乙酰CoA，这样的氨基酸称之既生糖又生酮氨基酸生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常严格的。,9由氨基酸衍生的其他重要物质9.1氨基酸与一碳单位9.1.1一碳单位概念一碳单位就是指含有一个碳原子的基团，体内一碳单位有多种形式。常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等在物质代谢过程中常遇到一碳单位的转移，这类反应需要一碳单位转移酶参加，这一类酶的辅酶为四氢叶酸。,携带甲基的部位是在N5,N10位。,各种不同形式的一碳单位四氢叶酸：,常见的一碳单位四氢叶酸衍生物,N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHOFH4）；N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NHFH4）；N5,N10-亚甲基四氢叶酸（N5,N10-CH2-FH4）；N5,N10-次甲基四氢叶酸（N5,N10=CH-FH4）；N5-甲基四氢叶酸（