蛋白质代谢反应和作用

1、蛋白质代谢反应和作用糖代谢蛋白质代谢核酸降解和核苷酸代谢营养基因组学在营养代谢研究中的应用脂类代谢代谢综合征食品代谢5.3.1.1 氨基酸降解的一般反应 天然存在的20多种氨基酸，其酶促降解过程虽有差异，但由于它们的分子中都含有氨基和羧基，其代谢途径也存在某些共同特点。1）脱氨基作用 主要方式有氧化脱氨基作用、转氨基作用和联合脱氨基作用等。（1）氧化脱氨基作用 有两类酶参与。首先是L-氨基酸氧化酶，反应时将氨基酸上的氨脱下，生成游离氨，同时脱下氢。这种酶在动物体内分布不广，活性也不强，所以氨基酸的这种代谢作用不大。其次是谷氨酸脱氢酶，在肝肾等组织中普遍存在，活性较强。 （2）转氨基作用一种氨基

2、酸的氨基经转氨酶催化转移给-酮酸的作用，称为转氨基作用 ，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。（3）联合脱氨基作用什么是联合脱氨基作用 联合脱氨 又称间接脱氨，其过程是-氨基酸先与-酮戊二酸起转氨基作用，形成谷氨酸，谷氨酸再脱氨。鉴于体内一般L-氨基酸氧化酶的分布不广，活性弱，而转氨酶活性强，L-谷氨酸脱氢酶的分布广，因此生物体采用转氨作用和氧化脱氨作用联合进行的方法，即可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基，叫联合脱氨基作用。（3）联合脱氨基作用 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用联合脱氨基作用有两种不同形式 以-酮戊二酸为氨基受体，生成-酮酸和谷氨酸，谷氨酸经谷氨

3、酸脱氢酶催化，生成-酮戊二酸，同时释出氨气。 以嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用2）脱羧基作用 氨基酸脱羧酶可使氨基酸脱羧产生胺，其反应可以下式代表： 磷酸吡哆醛 色氨酸吲哚乙酸赖氨酸尸胺1）氨代谢5.3.1.2 氨基酸分解产物的代谢 氨的毒性：损害中枢神经系统（1）氨的转运谷氨酰胺 是氨运输的主要形式（2）氨的排泄排氨动物（水生如鱼类、），以谷氨酰胺 形式运送至排泄部位，经谷氨酰胺酶作用产生氨，扩散排除。尿素形成尿素循环(urea cycle): 肝脏中进行（陆栖高等动物和两栖类）排尿酸动物（如陆生爬虫类和鸟类）尿酸的形成鸟氨酸循环 鸟氨酸 瓜氨酸精氨酸 延胡索酸AMP2Pi 尿素 Pi H2

4、O NH3CO22ATPH2O 2ADPPi 氨甲酰磷酸天冬氨酸ATPH2O2）-酮酸的代谢一是可以再被氨基化，生产新的氨基酸。二是经糖酵解的逆过程，转变成糖。三是经EMP-TCA循环过程被彻底氧化分解，并经呼吸链产生大量的能量。5.3.1.3 蛋白质的合成1）氨基酸的活化与转移在氨基酰-tRNA合成酶的催化下，氨基酸与相应的tRNA作用形成氨酰-tRNA复合物，使氨基酸活化。每一种氨基酸至少有一个专一性的tRNA去结合运转，同时，tRNA上有反密码与mRNA上的密码对位。2）肽链的起始与终止氨酰-tRNA在传递酶的催化作用下，由GTP提供能量，在核糖体蛋白复合体上以mRNA为模版，各种氨基酸

5、排列成序，形成此链。然后在释放酶作用下，脱离复合体进入细胞质中。释放后的肽链再经过加工修饰、卷曲、聚合等作用，最后完成蛋白质的合成过程。5.3.2 糖代谢5.3.2.1 糖的生理功能A.氧化供能人体所需能量的50%70%来自糖的氧化分解。B.参与构成组织细胞比如，核糖、脱氧核糖是构成核酸的组成成分；糖蛋白和糖脂不仅是生物膜的重要组成成分，而且其糖链部分还参与细胞间的识别、黏附以及信息传递等功能。C.其他功能糖分解代谢的中间产物可为其他含碳化合物的合成提供原料；糖参与构成体内一些具有生理功能的物质，如免疫球蛋白、部分激素等。5.3.2.2 糖代谢的概况5.3.2.3 糖分解代谢 糖的分解途径有三

6、条：糖酵解途径；糖的有氧氧化；磷酸戊糖途径。1）糖的无氧酵解A.糖酵解的概念葡萄糖或糖原在无氧条件下，分解为乳酸的过程，这一过程与酵母中糖生醇发酵的过程相似，故称糖酵解。B.反应过程E1:己糖激酶 E2: 磷酸果糖激酶E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 2）糖的有氧氧化 A.概念 B.反应过程 （1）丙酮酸的生

7、成，在细胞液中进行。 （2）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，在线粒体中进行。Pyr + NAD+ + CoA 乙酰CoA + CO2 + NADH + H+丙酮酸脱氢酶系 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP（3）乙酰CoA彻底氧化分解 （TCA）柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+3）磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指由6-磷酸葡萄糖开始，生产具有重要生理功能的5-磷酸核糖和NADPH+H+的过程。此反应主要发生在肝、脂肪组织、肾上腺、骨髓和红细胞等中。在胞液中进行，全过程分为两

8、个阶段：不可逆的氧化，生成磷酸戊糖、 NADPH+H+和CO2 基团转移，生成5-磷酸核糖或糖酵解的中间产物。 5.3.2.4 糖的合成代谢葡萄糖（G）葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-1-磷酸UTPPPiUDPG引物G4 UDP引物G4-1G 循环引物GGGGGGGGGGGGGGGGG 分支酶引物GGGGGGGGGG | GGGGGGG 脂类的种类：5.3.3 脂类代谢5.3.3.1 脂肪的分解代谢1）脂肪的酶促水解生物体利用脂肪作为能源时，必须将脂肪降解为甘油和脂肪酸，然后彻底氧化生成CO2和H2O，并释放出能量。催化脂肪水解的是脂肪酶，其活性受激素调节。2）甘油的降解及转化甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙

9、酮丙酮酸 TCA 3磷酸甘油醛 (糖异生) 葡萄糖 淀粉磷酸二羟丙酮是联系甘油代谢和糖代谢的关键物质。 A.饱和脂肪酸的-氧化过程-氧化概念 ：在一系列酶的作用下,脂肪酸羧基端的碳原子上发生氧化，碳链在- 位和-位碳原子之间断裂，生成一分子乙酰CoA和少二个碳原子的脂酰CoA的过程，通过上述氧化方式不断进行，脂肪酸最后被完全氧化生成乙酰CoA。3）脂肪酸的氧化分解 -氧化、-氧化、-氧化（1）脂肪酸的活化（细胞质中） 脂酰CoA合成酶RCH2CH2COOH + HSCoA RCH2CH2COSCoA ATP AMP+PPi关键酶 (2) 脂酰CoA 的运转（3）脂肪酸-氧化的反应历程（4）乙酰

10、CoA的去路进入三羧酸循环：在人和动物及一般植物组织中进入乙醛酸循环：在发芽的油料作物种子中合成其他物质：脂肪酸、酮体等 B. 不饱和脂肪酸的氧化分解 (1)单不饱和 RC=CCCCCCCCCOSCoA 3CCOSCoA RC=CCCOSCoA 烯酰辅酶A异构酶 3顺/反 2反 CCC=CCOSCoA 继续 氧化。 (2)多不饱和 RC=C12CC=C9CCCCCCCCOSCoA 同单不饱和，4CCOSCoA（第四次少一次脱氢） RC=C12CCC9OSCoA FADH2 RC=C12C=CC9OSCoA 2,4-二烯脂酰辅酶A 2,4-二烯脂酰CoA还原酶（NADPH） RCC12=C CC

11、9OSCoA 3-烯脂酰辅酶A 同单不饱和继续C.脂肪酸氧化的其他方式脂肪酸的氧化作用 脂肪酸的-氧化指脂肪酸的末端甲基（-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成，-二羧酸的过程。CH3(CH2)n COO-HOCH2(CH2)n COO-OHC(CH2)n COO-OOC(CH2)n COO-O2NAD(P) +NAD(P)H+H+NAPD +NADPH+H+NAD(P) +NAD(P)H+H+混合功能氧化酶醇酸脱氢酶醛酸脱氢酶5.3.3.2 脂肪的合成代谢1） 磷酸甘油的生物合成CH2OH CH2OH 甘油激酶 CHOH + ATP CHOH CH2OH CH2OP 磷酸甘油 2

12、）脂肪酸的生物合成 A.饱和脂肪酸的从头合成（细胞质）B.饱和脂肪酸碳链的加长（线粒体、内质网中）C.不饱和脂肪酸的合成线粒体细胞质乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸草酰乙酸乙酰CoA 苹果酸 苹果酸 | 苹果酸酶（NADP） 丙酮酸 丙酮酸 | | | 三羧酸转运体系柠檬酸A.（1）乙酰CoA的转运乙酰CoACO2丙二酸单酰CoA ATPH2OADPPi 羧化酶（生物素）（2）丙二酸单酰CoA的生成（3）脂肪酸合成酶系包括7种成分：乙酰转酰酶CoA-ACP转酰酶、丙二酸单酰CoA-ACP转酰酶、 酮脂酰ACP合成酶、酮脂酰ACP还原酶、羟脂酰ACP脱水酶、烯脂酰ACP还原酶和酰基载体蛋白。 B.饱和脂

13、肪酸碳链的加长微粒体系统（内质网系） 类似于软脂酸合成 以软脂酸为基础, 以丙二酸单酰CoA为C供体, 以CoA为酰基载体, NADPH供氢, 经缩合、还原、脱水、再还原, 循环往复，延长C18-C24的脂肪酸线粒体 类似于氧化的逆过程 以软脂酰CoA为基础, 以乙酰CoA为C供体, 以CoA为酰基载体, NADPH供氢, 经缩合、还原、脱水、再还原, 循环往复，延长C24-C26的脂肪酸 C.不饱和脂肪酸的合成两条途径：需氧途径和厌氧途径哺乳动物体内只能合成单不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸是饱和脂肪酸在去饱和酶的作用下生产的。植物中的单不饱和脂酰-ACP可以继续在专一性去饱和酶的催化下，形成多不

14、饱和脂酰-ACP。厌氧途径仅存在于原核生物中。3）脂肪的生物合成脂肪由1分子L-磷酸甘油和3分子脂酰CoA缩合而成。5.3.4 核酸降解和核苷酸代谢 5.3.4.1 核酸的酶促降解 什么是内切核酸酶(endonuclease)？ 凡能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶叫核酸内切酶； 什么是外切核酸酶(exonuclease)？ 凡能从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶； 什么是限制性内切核酸酶？（restriction endonuclease）在细菌内存在一类能识别并水解外源双链DNA的特异核苷酸序列的内切核酸酶，称为限制性内切核酸酶。5.3.4.2 核苷酸的酶促降解1）核苷酸的降解

15、核苷酸在核苷酸酶作用下水解成核苷和磷酸，核苷在核苷磷酸化酶 和 核苷水解酶（植物和微生物）进一步降解。核苷磷酸 嘌呤碱或嘧啶碱戊糖-1-磷酸核苷H2O 嘌呤碱或嘧啶碱戊糖核苷磷酸化酶核苷水解酶腺嘌呤次黄嘌呤 腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤氧化酶 尿酸 尿囊素 尿囊 尿素乙醛酸2）嘌呤的降解3）嘧啶的降解5.3.4.3 核苷酸的生物合成 1) 嘌呤核苷酸的生物合成 A.从头合成：以CO2、甲酸盐、Gln、Asp和Gly作为合成嘌呤环的前体，从5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)开始，经10步反应生成次黄嘌呤（IMP），再生成腺嘌呤核苷酸（AMP）。a.嘌呤碱的合成b. 嘌呤核

16、苷酸的从头合成途径5-磷酸核糖6ATP2谷胺 CO2甘2甲酸天 第一阶段 次 黄 苷 酸 （IMP） 天（ATP） 腺苷酸代琥珀酸 延胡索酸 AMP 黄苷酸 谷胺（ATP） GMPB.补救途径当从头合成途径由于某种原因受阻时，就可利用“补救” 途径，即利用体内已有的嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸，这对生物体来说就更为经济。 意义：代谢再利用，减少代谢物阻遏和积累。A.从头合成：以氨甲酰磷酸和Asp作为合成嘧啶环的前体，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其它嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。5.3.4.3 核苷酸的生物合成 2) 嘧啶核苷酸的生物合成(1)嘧啶

17、碱的合成（2）嘧啶核苷酸的生物合成胞苷酸的生物合成 UMPUDPUTPCTPCDPCMP UTP + GlnCTP + Glu + Pi胞嘧啶CMP 2）嘧啶核苷酸的生物合成B.补救途径 除了上面的从头合成途径外，还有利用体内已有的嘧啶或嘧啶核苷来合成嘧啶核苷酸的补救途径。在嘧啶核苷激酶作用下，外源性的或核苷酸代谢产生的嘧啶碱和核苷可以通过下列途径合成嘧啶核苷酸。 意义：代谢再利用，减少代谢物阻遏和积累。5.3.4.4 脱氧核糖核苷酸的生物合成 NDP（d）NDP还原型硫氧还蛋白氧化型硫氧还蛋白NDP还原酶NADPH + H+NADP+1）核糖核苷酸还原酶2）脱氧胸苷酸的生物合成 TMP合酶

18、dUMPdTMP N5,N10-亚甲基四氢叶酸 二氢叶酸 四氢叶酸丝氨酸甘氨酸NADPHNADP3） 核苷三磷酸的生物合成 在有ATP存在时，通过有关的特异性激酶催化即可转变为核苷三磷酸。例如脱氧胸苷（一磷）酸（dTMP）通过一系列激酶催化即逐步转变为dTTP（dTMPdTDPdTTP），每一步骤为一单独激酶所催化。 5.3.5 代谢综合征代谢综合征(metabolic syndrome,MS)是一组以代谢紊乱为特征的综合征，是2型糖尿病及动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)的多种危险因素的聚集。其组分包括致动脉粥样硬化的血脂异常如三酰甘油（TG）升高、高密度脂蛋白（HDL-C）降低等、血压

19、和血糖升高、血栓前状态以及炎症前状态等。目前公认的MS危险因素包括：2型糖尿病、高血压或心血管病家族史；有2型糖尿病、高血压或心血管疾病高危险因素的民族、多囊卵巢综合征、久坐生活方式、年龄增大、性别、经济收入、吸烟、高盐饮食等。作为可控制的危险因素之一，饮食与MS的研究在MS的防治中显得尤为重要。代谢综合征的危害-六大杀手 臃肿的杀手肥胖甜蜜的杀手高血糖无声的杀手高血压油腻的杀手高血脂（血脂紊乱）粘稠的杀手高血液粘稠度共同的杀手胰岛素抵抗维生素、无机盐要充足5.3.5.1 总能量、脂肪、蛋白质、碳水化合物与MS的关系 蛋白质占15-20%脂肪占25-30%碳水化合物占50-60%低GI 控制总热能 饮食均衡 合理搭配5.3.5.2 胆固醇摄入与MS的关系胆固醇因其广泛存在于动物性食品中，人体自身也可以利用内源性胆固醇，故一般不存在胆固醇缺乏；相反，胆固醇过多则与各种心血管疾病相关。5.3.5.3 膳食纤维与MS的关系大样本量的研究发现，膳食纤维，尤其是谷物纤维与胰岛素抵抗负相关，与MS的患病风险负相关。5.3.5.4 脂肪酸构成与MS的关系1）饱和脂肪酸（SFA）SFA可以增加胰岛素抵抗，升高血TG和LDL-C，SFA供能占总能量的百分比与血压正相关。2）单不饱和脂肪酸（MUFA）MU