生物化学课件：第九章 氨基酸代谢2

第九章氨基酸代谢第一节蛋白质的生理功能和营养价值第二节蛋白质的消化、吸收与腐败第三节氨基酸的一般代谢第四节氨的代谢第五节个别氨基酸的代谢章节介绍重点内容蛋白质的生理功能和营养价值

PhysiologicalFunctionandNutritionValueofProtein

第一节一、体内蛋白质具有多方面的重要功能（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补（二）蛋白质参与体内多种重要的生理活动（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能(次要）体重%(湿重)蛋白质

15～18脂类10～12糖

1～2酶，抗体，激素，信号传导蛋白等供能（%）糖17脂酸38蛋白质1715-2020-3050-70产能（kJ/g）二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述根据：蛋白质含氮量相对恒定为16%氮平衡（nitrogenbalance）是指每日氮的摄入量与排出量之间的关系，可反映机体的蛋白质代谢概况。氮平衡状态进、出氮情况常见人群氮的总平衡摄入氮＝排出氮健康成年人氮的正平衡摄入氮＞排出氮儿童、青少年、孕妇及恢复期病人氮的负平衡摄入氮＜排出氮长期饥饿、严重烧伤、出血、消耗性疾病患者体内蛋白质种类繁多，而它们的基本结构单位氨基酸只有20种。根据氮平衡实验，可将其分为两大类：

必需氨基酸（essentialaminoacid）：8种非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）：12种三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值（一）必需氨基酸与非必需氨基酸必需氨基酸：为机体所需要，但又不能在体内合成，必需由食物供应的氨基酸，有8种：缬氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸缺少其中任何一种都会引起氮的负平衡；组氨酸和精氨酸在体内合成量不多：

—生长发育迅速的儿童易缺乏这两种氨基酸，—因此，有人将组氨酸和精氨酸也列为营养必需氨基酸。（二）食物蛋白质的互补作用蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，其高低主要取决于食物蛋白质中必需氨基酸的种类和比例。蛋白质的互补作用（complementaryeffect）混合食用几种营养价值较低的蛋白质，则必需氨基酸可以互相补充，从而提高蛋白质的营养价值。例如：

谷类蛋白质（赖氨酸少、色氨酸多）豆类蛋白质（赖氨酸多、色氨酸少）二者混合食用，必需氨基酸得到互补，可以提高营养价值。第二节

蛋白质的消化、吸收与腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收（一）在胃和肠道蛋白质被消化成寡肽和氨基酸1、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸—不完全消化2、蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸—小肠是蛋白质消化的主要部位。自胃中开始，主要在小肠内进行。胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，酸性环境可使蛋白质变性而有利于水解。胃蛋白酶对肽键作用的特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸及蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键；胃蛋白酶还具有凝乳作用，使乳汁中的酪蛋白与Ca2+形成乳凝块，延长乳汁在胃中停留时间，有利于乳汁中蛋白质的消化。1、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸食物胃粘膜分泌胃泌素壁细胞：盐酸主细胞：胃蛋白酶原消化酶：

---胰腺和肠黏膜细胞分泌多种蛋白酶及肽酶。

胰液中的蛋白酶——最适pH7.0，产物是寡肽和氨基酸。（1）内肽酶（endopeptidase）：从肽链内部水解特定的肽键。（2）外肽酶（exopeptidase）：从肽链末端水解肽键。

肠黏膜细胞表面的肠激酶——激活胰蛋白酶原。

小肠粘膜细胞存在2种寡肽酶：氨基肽酶、二肽酶

---寡肽的水解主要是在小肠黏膜细胞内进行的。2、蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸蛋白水解酶作用示意图H2N-CHCO—HN-CH······HN-CHCO—HN-CHCO······HN-CHCO—HN-CHCOOHR1R2R3R4R5R6内肽酶氨基肽酶羧基肽酶外肽酶（1）内肽酶这些蛋白酶由胰腺细胞分泌时，均为无活性的酶原，进入十二指肠后才被激活。各种蛋白酶作用的特异性a.胰蛋白酶主要水解由碱性氨基酸羧基构成的肽键；b.胰凝乳蛋白酶主要水解由芳香族氨基酸羧基构成的肽键；c.弹性蛋白酶主要水解由脂肪族氨基酸羧基构成的肽键。产物主要为寡肽及少量氨基酸。包括胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶（又称糜蛋白酶）弹性蛋白酶（2）外肽酶包括羧基肽酶A（carboxylpeptidaseA）羧基肽酶B（carboxylpeptidaseB）氨基肽酶羧基肽酶除赖氨酸精氨酸脯氨酸以外的氨基酸任何氨基酸—CO——HN—肽键羧基肽酶A任何氨基酸—CO——HN—肽键羧基肽酶B羧基肽酶------每次水解脱去羧基末端一个氨基酸：赖氨酸精氨酸组氨酸胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶糜蛋白酶糜蛋白酶原弹性蛋白酶原

弹性蛋白酶羧基肽酶原(A或B)羧基肽酶(A或B)酶原的激活（二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收

吸收部位：主要在小肠吸收机制：耗能的主动转运吸收过程通过转运蛋白介导氨基酸和寡肽的吸收γ-谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收在胃及小肠中，大约95％的食物蛋白质在各种蛋白水解酶的催化下被水解为氨基酸及一些寡肽。1.通过转运蛋白完成氨基酸和小肽的吸收小肠粘膜细胞膜上存在转运氨基酸和寡肽的载体蛋白；转运机制：

载体蛋白与氨基酸或寡肽和Na+形成三联体，使氨基酸与Na+转入肠黏膜上皮细胞内，再由钠泵将Na+泵出细胞，并消耗ATP。由于氨基酸侧链结构的差异，主动转运氨基酸的转运蛋白也不相同，包括

中性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白

亚氨基酸转运蛋白β-氨基酸转运蛋白二肽与三肽转运蛋白七种转运蛋白2.通过γ-谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收小肠粘膜细胞、肾小管细胞、脑Meister循环二、未消化吸收蛋白质在大肠下段发生腐败作用腐败作用（putrefaction）指食物中未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸，在肠道细菌（主要是大肠杆菌）的作用下分解，产生一系列产物的过程。腐败作用是细菌对氨基酸及蛋白质的代谢过程：

a.腐败作用的产物中有些有一定营养价值：如维生素K、泛酸、生物素、叶酸及维生素B12、脂肪酸等。

b.其它大多数腐败产物对人体有害：如胺类、酚类、吲哚、硫化氢、氨等。

（一）胺类的生成细菌蛋白酶+H2O蛋白质

氨基酸

胺类脱羧基作用-CO2组氨酸组胺赖氨酸尸胺降压物质酪氨酸酪胺色氨酸色胺升压物质苯丙氨酸酪氨酸苯乙醇胺β羟-酪胺假神经递质中枢抑制、肝昏迷脱羧入脑β羟化苯乙胺酪胺正常在肝分解

假神经递质(falseneurotransmitter)苯乙胺苯乙醇胺酪胺β-羟酪胺鱆胺Β-羟化酶去甲肾上腺素多巴胺Β-羟化酶（二）氨的生成肠道氨的2个来源：1、在肠道细菌的作用下，未被吸收的氨基酸可通过脱氨基作用可产生氨；2、由血液扩散入肠腔的尿素可经肠菌尿素酶分解而产氨。（三）酚类的生成酪氨酸经脱羧基、脱氨基及氧化等作用，最后生成苯酚及对甲酚等有害物质。（四）吲哚及甲基吲哚的生成由色氨酸分解产生吲哚及甲基吲哚，二者是粪便臭味的主要来源。（五）硫化氢的产生半胱氨酸在肠菌作用下，可分解成：硫醇、硫化氢、甲烷等。第三节

氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids一、体内蛋白质分解生成氨基酸

正常成人每日约更新体内蛋白质总量的1%～2％，主要为肌肉蛋白质的分解；蛋白质降解产生的氨基酸，约有75%—80％被重新利用合成新的蛋白质。通常用半寿期来表示蛋白质的降解速率：半寿期（half-life，t1/2）：蛋白质浓度减少到开始值的50%所需要的时间。（一）蛋白质以不同的速率进行降解体内各种组织蛋白的更新速度很不一致，它们的半寿期相差很悬殊：更新速度快的蛋白质，其半寿期仅为数秒钟或几小时：

如肝细胞中的某些酶，尤其是一些代谢中的关键酶；以中等速度更新的蛋白质，它们的半寿期约在10天左右：

如肝细胞中的大部分蛋白质、血浆中的多种蛋白质等；更新速率较慢的组织蛋白质，其半寿期常超过数月：

如结缔组织中的胶原蛋白、核内的组蛋白等。（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径1、蛋白质在溶酶体通过ATP非依赖途径被降解：降解对象：细胞外来的蛋白质、膜蛋白及胞内长寿蛋白质。特点：不消耗ATP，又称为非ATP依赖性蛋白质降解途径

。2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP依赖途径被降解：降解对象：异常蛋白质、损伤蛋白质和短寿蛋白质。特点：依赖ATP和泛素蛋白质在蛋白酶体通过ATP依赖途径被降解降解过程包括两个阶段：

①首先泛素与被选择降解的蛋白质共价连接；

②然后蛋白酶体特异地识别被泛素标记的靶蛋白并将其降解。泛素：

①由76个氨基酸组成的小分子蛋白；

②主要功能是标记需要降解的蛋白质，使其被水解。泛素化（ubiquitination）：蛋白质与泛素的结合称为泛素化，蛋白质泛素化是易被降解的标志。蛋白酶体：存在于细胞核和胞质内，特异地识别泛素标记的蛋白质；主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质；蛋白酶体组成：（蛋白酶体）26S蛋白质

复合物20S的核心颗粒(CP)：蛋白酶体的水解核心，可催化不同蛋白质的水解。19S的调节颗粒(RP)：一些亚基可识别、结合待降解的泛素化蛋白，与蛋白质的去折叠及使蛋白质定位于CP有关。

蛋白质降解的胞液途径E1：泛素激活酶E2：泛素结合酶E3：泛素连接酶E4：多聚泛素链结合因子二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。氨基酸代谢库（metabolicpool）：

氨基酸在体内分布不均：骨骼肌50%以上肾4%血浆1%～6%肝10%体内氨基酸代谢概况合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代谢转变胺类+CO2脱羧基作用脱氨基作用消化吸收其他含氮物质非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类α-酮酸谷氨酰胺尿素组织蛋白质血液氨基酸组织氨基酸氨基酸代谢库食物蛋白质三、氨基酸分解先脱氨基

（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基（二）L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基（三）氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基1、转氨基作用由转氨酶催化完成

转氨酶催化氨基酸的α－氨基转移至另α－酮酸上的反应。（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。转氨酶（transaminase）/氨基转移酶（aminotransferase）广泛分布于体内各组织中，肝及心肌含量最丰富；体内有多种转氨酶，具有特异性：

不同氨基酸与

-酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。多种氨基酸与

-酮戊二酸之间的转氨酶最为重要：如：丙氨酸转氨酶，alaninetransaminase，ALT；

或称谷丙转氨酶，GPT

天冬氨酸转氨酶，aspartatetransaminase，AST；

或称谷草转氨酶，GOT（GPT）（GOT）丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶催化的转氨基反应组织、器官ASTALT心1560007100骼肌990004800肾9100019000胰腺280002000脾140001200肺10000700血清2016ALT与AST在体内各组织中广泛存在，但各组织中含量不同。正常人各组织中AST和ALT含量（单位/克组织）临床上可将血清转氨酶活性作为疾病诊断和预后的指标之一。2、各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛及磷酸吡哆胺----（维生素B6的磷酸酯）辅酶在反应中起氨基传递体的作用转氨基作用的生理意义：转氨基反应是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式；是机体合成非必需氨基酸的重要途径；此过程只有氨基的转移，而没有游离氨的生成。（二）L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基L-谷氨酸脱氢酶COOH│C=O│(CH2)2

│COOHα-酮戊二酸COOH│C=NH│(CH2)2

│COOHNAD+NADH+H+NH3+COOH│CH-NH2│(CH2)2

│COOH谷氨酸H2OH2O亚氨酸L-谷氨酸脱氢酶（glutamatedehydrogenase）

--唯一既能以NAD+又能以NADP+为辅酶的酶；--分布广（肌肉除外）、活性强，代谢上十分重要；--与转氨酶的协同作用，几乎可使所有氨基酸发生脱氨基反应。它含有六个相同的亚基，其活性可受别构调节：---GTP和ATP是此酶的别构抑制剂；---GDP和ADP则是别构激活剂。当体内能量不足时，即能促进谷氨酸加速氧化，这对于

氨基酸氧化供能起重要的调节作用。联合脱氨基作用联合脱氨基作用：即转氨基作用与L-谷氨酸脱氢作用的结合，是体内最重要的脱氨基方式。联合脱氨基有2条反应途径：

---转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用（肝、肾活跃）---嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用

（主要在骨骼肌、心肌）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用α-氨基酸α-酮酸