蛋白质和氨基酸的代谢.ppt

第一节蛋白质的营养作用,1、维持组织器官的生长、发育和修补作用2、参与合成重要的含氮化合物3、氧化供能，每克蛋白质氧化可产生16KJ能量,一、氮平衡：,总氮平衡：摄入氮=排除氮正氮平衡：摄入氮排除氮负氮平衡：摄入氮排除氮,食物摄入氮-(尿氮+粪氮),可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系,如成人；,如儿童、孕妇；,如饥饿、消耗性疾病,二、必需氨基酸和非必需氨基酸,蛋白质的营养价值取决于其含必需氨基酸种类及含量的多少,必需氨基酸：机体不能合成的氨基酸，必需从食物中摄取，有八种：赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮、色、苏氨酸,非必需氨基酸：体内可合成的氨基酸,半必需氨基酸：婴幼儿时期合成量不能满足需要，有两种：组氨酸和精氨酸。,第二节蛋白质的消化吸收、腐败与解毒,1、场所：蛋白质的消化自胃中开始，主要在小肠中进行。,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：氨基肽酶、羧基肽酶（从肽链两端开始水解肽键）,据水解肽键部位的不同分为两类：,2、主要的酶类：,酶原的激活,水解,3、消化过程,（1）胃中消化,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,胰蛋白酶,水解,（2）小肠内消化（主要部位）,二、吸收,氨基酸的吸收在小肠进行，一般认为吸收是一个耗能的主动运输过程。,（1）氨基酸运载蛋白,碱性氨基酸运载蛋白,酸性氨基酸运载蛋白,亚氨基酸运载蛋白,（2）-谷氨酸循环,中性氨基酸运载蛋白,吸收机制：,-谷氨酰基循环氨基酸吸收,三、氨基酸的转化,氨基酸代谢库(metabolicpool),食物蛋白质,消化吸收,组织蛋白质,分解,合成,合成,脱氨基作用,NH3,-酮酸,尿素,糖,氧化供能,酮体,脱羧基作用,CO2,胺类,其他含氮化合物(purine,pyrimide),转变,四、蛋白质的腐败作用（putrefaction）,1、概念：在消化过程中，有一小部分蛋白质不被消化，也有一小部分消化产物不被吸收。肠道细菌对这部分蛋白质及消化产物所起的作用，称为腐败作用。2、实质：细菌本身的代谢过程，以无氧分解为主。,五、生理解毒作用,机制：氧化解毒结合解毒,第三节氨基酸代谢的共同途径,一、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱羧基作用,一、脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用(Deamination)2、氨基转换作用(Transamination)3、联合脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用,一）、氧化脱氨基作用,氧化脱氨基作用是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。,1氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）,L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN）,D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）,L-谷氨酸脱氢酶活性强，分布于肝、肾及脑组织为变构酶，受ATP、ADP等调节，辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,+NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸脱氢酶：,R1H-C-NH2COOH,R2C=OCOOH,+,R1C=OCOOH,R2H-C-NH2COOH,+,转氨酶,氨基酸1,-酮酸1,-酮酸2,氨基酸2,二）、转氨基作用,指在转氨酶催化下将-氨基酸的氨基转给另一个是酮酸，生成相应的酮酸和一种新的-氨基酸的过程。,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,*催化的反应可逆,*其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,（1）转氨基作用特点及意义,CH3H-C-NH2COOH,COOHCH2CH2C=OCOOH,+,CH3C=OCOOH,COOHCH2CH2H-C-NH2COOH,+,谷丙转氨酶,丙氨酸,-酮戊二酸,丙酮酸,谷氨酸,临床意义：急性肝炎患者血清ALT升高,丙氨酸氨基转移酶（ALT）,又称谷丙转氨酶（GPT）,（2）重要的转氨酶,COOHCH2H-C-NH2COOH,COOHCH2CH2C=OCOOH,+,COOHCH2CH2H-C-NH2COOH,+,谷草转氨酶,天冬氨酸,-酮戊二酸,草酸乙酸,谷氨酸,COOHCH2C=OCOOH,临床意义：心肌梗患者血清AST升高,天冬氨酸氨基转移酶（AST）又称谷草转氨酶(GOT),（3）转氨基作用机制,（醛亚胺）,分子重排,Schiffs碱异构体,三)、联合脱氨基作用,由两种或两种以上酶的联合催化作用，使氨基酸的氨基脱下并产生游离氨的过程。方式：转氨作用偶联氧化脱氨作用,转氨酶,-酮酸,-酮戊二酸,+NAD+,谷氨酸脱氢酶,联合脱氨基作用,特点：有氨生成，反应过程可逆,骨骼肌和心肌组织主要由该途径脱氨,嘌呤核苷酸循环脱氨反应:,生理意义：*体内合成非必需氨基酸的主要途径*肝、肾等组织主要脱氨途径,-酮酸,草酰乙酸,GOT,嘌呤核苷酸循环联合脱氨（1）,GPT,天冬氨酸,IMP,腺苷酸代琥珀酸,AMP,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,嘌呤核苷酸循环联合脱氨（2）,四）、非氧化脱氨基作用,主要是微生物主要类型：1、直接脱氨基作用2、脱水脱氨基作用3、脱硫化氢脱氨基作用4、水解脱氨5、还原脱氨,二、氨基酸的脱羧基作用,COOHCH2CH2H-C-NH2COOH,CH3CH2H-C-NH2COOH,谷氨酸,-氨基丁酸,谷氨酸脱羧酶,CO2,（GABA）,GABA是一种仅见于中枢神经系统的抑制性神经递质，对中枢神经元有普遍性抑制作用。临床上对于惊厥和妊娠呕吐的病人常常使用维生素B6治疗，其机理就在于提高脑组织内谷氨酸脱羧酶的活性，使GABA生成增多，增强中枢抑制作用。,半胱氨酸牛磺酸组氨酸组胺色氨酸色胺鸟氨酸腐胺精胺或精脒,CO2,CO2,CO2,CO2,CO2,多胺,牛磺酸(taurine),体内牛磺酸主要由半胱氨酸脱羧生成。半胱氨酸先氧化生成磺酸丙氨酸，再由磺酸丙氨酸脱羧酶催化脱去羧基，生成牛磺酸。牛磺酸是结合胆汁酸的重要组成分。,组胺(histamine),由组氨酸脱羧生成。组胺主要由肥大细胞产生并贮存，在乳腺、肺、肝、肌肉及胃粘膜中含量较高。组胺是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血管的通透性。可引起血压下降和局部水肿。组胺的释放与过敏反应症状密切相关。组胺可刺激胃蛋白酶和胃酸的分泌，所以常用它作胃分泌功能的研究。,5羟色胺(5hydroxytryptamine,5HT),色氨酸在脑中首先由色氨酸羟化酶催化生成5羟色氨酸，再经脱羧酶作用生成5羟色胺。5羟色胺在神经组织中有重要的功能，目前已肯定中枢神经系统有5羟色胺能神经元。5羟色胺可使大部分交感神经节前神经元兴奋，而使付交感节前神经元抑制。其它组织如小肠、血小板、乳腺细胞中也有5-羟色胺，具有强烈的血管收缩作用。,多胺(palyamine),鸟氨酸生成的腐胺、精脒和精胺总称为多胺或聚胺。多胺存在于精液及细胞核糖体中，是调节细胞生长的重要物质，多胺分子带有较多正电荷，能与带负电荷的DNA及RNA结合，稳定其结构，促进核酸及蛋白质合成的某些环节。在生长旺盛的组织如胚胎、再生肝及癌组织中，多胺含量升高。所以可将利用血或尿中多胺含量作为肿瘤诊断的辅助指标。,第四节氨基酸脱氨产物的代谢,一、氨的代谢二、-酮酸的代谢,一、氨的代谢,一）、氨的来源：1、氨基酸脱氨基、胺分解2、肠道吸收3、肾小管上皮细胞分泌二）、氨的转运；1、丙氨酸葡萄糖循环2、谷氨酰胺转运三）、氨的排泄：氨（鱼）、尿酸（鸟）、尿素（人）四）、尿素的生成机制,COOHCH2CH2H-C-NH2COOH,谷氨酰胺的运氨作用（脑、肌肉）,NH3,+,CONH2CH2CH2H-C-NH2COOH,谷氨酰胺,谷氨酸,谷氨酰胺合成酶I,谷氨酰胺酶,H2O,ATP,ADP+Pi,CPS-I,N-乙酰谷氨酸（AGA）,四）、尿素的生成机制鸟氨酸循环,（1）合成部位：肝脏是尿素合成的主要器官（2）鸟氨酸循环学说,鸟氨酸循环，Krebs-Henseleit循环,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,尿素,NH3+CO2,H2O,NH3,CO2+NH3+H2O,氨基甲酰磷酸合成酶I,N-乙酰谷氨酸为该酶的变构激活剂,Mg2+,2ATP,2ADP+Pi,氨基甲酰磷酸,1.氨基甲酰磷酸的合成（反应部位：线粒体）,尿素合成的详细步骤:,2.合成瓜氨酸,NH2(CH2)3H-C-NH2COOH,鸟氨酸,+,NH2C=OOPO32-,氨基甲酰磷酸,NH2C=ONH2(CH2)3H-C-NH2COOH,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,瓜氨酸,反应部位：线粒体,NH2C=ONH2(CH2)3H-C-NH2COOH,瓜氨酸,3.合成精氨酸（反应部位：胞液）,+,COOHCH2H-C-NH2COOH,COOHNH2CH2C=N-CHNH2COOH(CH2)3H-C-NH2COOH,精氨酸代琥珀酸合成酶,精氨酸代琥珀酸,ATP,AMP,天冬氨酸,COOHNH2CH2C=N-CHNH2COOH(CH2)3H-C-NH2COOH,精氨酸代琥珀酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,NH2C=NHNH2(CH2)3H-C-NH2COOH,精氨酸,COOHCHCHCOOH,+,延胡索酸,NH2C=NHNH2(CH2)3H-C-NH2COOH,精氨酸,4.合成尿素,精氨酸酶,H2O,NH2(CH2)3H-C-NH2COOH,NH2C=ONH2,+,鸟氨酸,尿素,NH3+H2O,氨基甲酰磷酸,精氨酸代琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,-酮戊二酸,线粒体,胞液,NH3+CO2+3ATP+3H2O+,COOHCH2H-C-NH2COOH,NH2C=ONH2,+,COOHCHCHCOOH,延胡索酸,+2ADP+AMP+4Pi,尿素,总反应,（3）总结：尿素合成是一个耗能的过程，合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键。(3个ATP水解生成2个ADP，2个Pi，1个AMP和PPi)。,高氨血症,正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。,氨中毒,氨进入脑组织，可与酮戊二酸结合成谷氨酸，谷氨酸又与氨进一步结合生成谷氨酰胺，从而使酮戊二酸和谷氨酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成减少，引起大脑功能障碍，严重时发生昏迷。,二、酮酸的代谢,1、生成非必需氨基酸2、氧化生成CO2和水3、转变生成糖和酮体（生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸）,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系：,第五节氨基酸的分解代谢,一、一碳基团代谢二、甘氨酸及丝氨酸的分解代谢三、含硫氨基酸的分解代谢四、芳香族氨基酸的分解代谢五、其他氨基酸的分解代谢,一、一碳基团代谢,在生物合成中可以转移一个碳原子的化学基团称为一碳单位。体内的一碳单位有：甲基(CH3)、亚甲基(CH2)，次甲基(CH)、甲酰基(-CHO)及亚氨甲基(-CHNH)等特点：不能游离存在，以四氢叶酸为载体参与反应。,四氢叶酸(tetrahydrofolicacid,FH4),N5N10-亚甲基四氢叶酸（N5，N10-CH2-FH4）,（R）,一碳单位与四氢叶酸的结合形式:,N5N10-次甲基四氢叶酸（N5，N10=CH-FH4）,N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO-FH4）,一碳单位与四氢叶酸的结合形式:,N5-亚氨基甲基四氢叶酸（N5-CH=NH-FH4）,（R）,一碳单位与四氢叶酸的结合形式:,一碳单位的产生:,Ser,丝氨酸羟甲基转移酶,甘氨酸裂解酶,N5，N10CH2FH4,FH4甘氨酸H2O,FH4NAD+NADH+H+,N5，N10CH2FH4+CO2+NH3,Gly,N5N10-亚甲基四氢叶酸,亚氨甲酰谷氨酸,亚氨甲基转移酶,FH4谷氨酸,N5CH=NHFH4,His,Trp,犬尿氨酸+,甲酸,N10CHOFH4,N10-甲酰四氢叶酸合成酶,FH4,ATPADP+Pi,N5-亚氨基甲基四氢叶酸,N10-甲酰四氢叶酸,一碳单位的相互转变:,一碳单位的功能:一碳单位是合成嘌呤和嘧啶的原料，在核酸生物合成中有重要作用；,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。,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。,蛋氨酸的分解半胱氨酸和胱氨酸的分解,三、含硫氨基酸的分解代谢,S-腺苷甲硫氨酸（SAM）,COOHCHNH2CH2CH2SCH3,+,O,PPPCH2,腺嘌呤,O,CH2,腺嘌呤,COOHCHNH2CH2CH2SCH3,+,OH,OH,OH,OH,甲硫氨酸,ATP,腺苷转移酶,（1）蛋氨酸与转甲基作用:,PPi+Pi,SAMS-腺苷同同型半胱氨酸型半胱氨酸,甲基转移酶,RHR-CH3,腺苷,(2)蛋氨酸循环,蛋氨酸,同型半胱氨酸,S-腺苷同型半胱氨酸(SAH),SAM,使N5-CH2FH4释出-CH3重新变成游离的FH4，继续运载一碳单位。,蛋氨酸循环的生理意义：,N5-CH3-FH4转甲基酶：,辅酶为维生素B12，当维生素B12缺乏时，影响四氢叶酸的再生，一碳单位转运受阻，导致核酸合成障碍，可产生巨幼红细胞性贫血。,减少蛋氨酸的净消耗，重复利用以满足机体对甲基化的供体的需要。,（1）半胱氨酸与胱氨酸的互变,+2H,2.半胱氨酸与胱氨酸的代谢,2,-OH,CH3C=OCOOH,H2S+NH3+,（氧化）,H2SO4,SO42-随尿排出,SO42-+ATP,