第八章 蛋白质分解代谢.ppt

1、蛋白质分解代谢 Protein Catabolism,第八章,吉林大学白求恩医学院生物化学与分子生物学教研室 杨成君 张桂荣,内 容 提 要,蛋白质的营养价值与氮平衡 外源蛋白质的消化吸收与腐败 氨基酸的分解、氨基酸脱氨基的方式 -酮酸的代谢去路 血氨的运输、代谢去路 尿素的生成过程 一碳单位、蛋氨酸循环 蛋氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸 的特殊代谢衍生物,第一节 蛋白质的营养作用,蛋白质营养的重要性（生理功用） 蛋白质是生命的物质基础 维持细胞、组织的生长、更新与修补 参与催化、运输、代谢调节 作为能源物质（仅占总能量需求的20%） 每克蛋白在体内氧化可生成17千焦耳（4千卡） 此功能可以

2、由糖和脂肪代替 人类必须不断从食物中获取足够量的蛋白质才能维持组织更新和保持健康，儿童及孕妇则更需要优质和足量的蛋白质,一、人体氮平衡及对蛋白质的需要量,（一）氮平衡 测定食物中含氮量（摄入氮）与尿、粪中含氮量（排出氮），可以反映人体内蛋白质的代谢概况 根据： 蛋白质中氮的平均含量是16% 食物中含氮物质绝大多数是蛋白质 体内蛋白质分解产生的含氮物质主要由尿、粪排出,有三种氮平衡情况,1.氮的总平衡（摄入氮排出氮）： 见于正常成人，氮“收支平衡” 2.氮的正平衡（摄入氮排出氮）： 见于儿童、孕妇、恢复期病人 部分摄入的氮用于合成机体蛋白质 3.氮的负平衡（摄入氮排出氮）： 见于饥饿或消耗性疾病

3、患者 蛋白质摄入量不足,（二）蛋白质的生理需要量,根据氮平衡实验计算得知： 在不进食蛋白质时成人每日最低分解约20g蛋白质 由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，不可能被全部利用，所以： 成人每日最低需要摄入3050g蛋白质 为长期保持总氮平衡，应按中国营养学会推荐量摄入蛋白质： 成人每日蛋白质的需要量为80g,二、蛋白质的营养价值,决定蛋白质营养价值的因素 蛋白质的营养价值取决于蛋白质所含必需氨基酸的种类、数量及其比例 某种食物蛋白质所含必需氨基酸的量和比例越接近人体蛋白，其营养价值就愈高。,1蛋白质的营养价值： 氮的保留量占氮的吸收量的百分数： 即N保留量N吸收量100 若吸收的氮全部保留

4、于体内： 即营养价值为100,2营养必需氨基酸,在营养学上将氨基酸分为2类： 必需氨基酸和非必需氨基酸 必需氨基酸： 人体必需但自身不能合成而必须由食物蛋白供给的氨基酸 组成人体蛋白质的20种氨基酸中有8种是必需氨基酸： 苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸 赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸 非必需氨基酸： 是人体必需但人体自身可以合成的氨基酸,特殊氨基酸,体内酪氨酸（Tyr）和半胱氨酸（Cys）可 以分别由苯丙氨酸和蛋氨酸转变而来，所以 食物中酪氨酸、半胱氨酸可以节约苯丙氨酸（Phe）与蛋氨酸（Met）的量，称它们为 半必需氨基酸 儿童期，组氨酸（His）和精氨酸（Arg） 常不能满足营养需要量

5、，成负氮平衡。有 人也将其划为必需氨基酸,第二节 外源蛋白质的消化、吸收与腐败,食物蛋白质的消化、吸收是人体氨基酸的主要来源 一、蛋白质的消化： 食物蛋白质在酶作用下水解为氨基酸和小肽 未消化的蛋白质不吸收，直接进入人体还可以产生过敏（抗原）或毒性（毒素）反应 消化部位： 自胃中开始，主要在小肠,（一）胃中消化,蛋白质在胃中的消化由胃蛋白酶作用 胃蛋白酶以酶原的形式由胃粘膜主细胞分泌 胃蛋白酶原被盐酸激活，胃蛋白酶有自身激活作用 此酶特异性差，水解不完全，产物是多肽和少量（游离）氨基酸 胃蛋白酶水解位点是芳香族氨基酸的羧基形成的肽键 胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳作用，可以延长乳液在胃中的停留时

6、间而加强消化,胃蛋白酶的作用,（二）小肠中消化（主要部位）,消化的酶： 胰液、小肠液（细胞膜）多种蛋白酶及肽酶 1胰液中的蛋白酶最适pH7.0，产物是氨基酸和寡肽 （1）内肽酶从肽链内部水解肽键 （2）外肽酶从肽链末端水解肽键,（二）小肠中消化（主要部位）,2肠液中的肠激酶激活胰蛋白酶原 3小肠粘膜细胞（刷状缘及胞液） 氨基肽酶、二肽酶 产物是氨基酸,3种内肽酶的作用,内肽酶的概念 从肽链内部水解特定的肽键。,3种内肽酶对肽键氨基酸特异性要求：,2种外肽酶的作用,外肽酶的概念从肽链末端每次水解1个肽键。 介绍2种羧基肽酶（羧基肽酶A、羧基肽酶B）,胃蛋白酶原,(凝乳作用),胰蛋白酶原,胰蛋白酶

7、抑制剂,肠激酶,(特异性差),蛋白酶原及其激活,2种寡肽酶的作用,寡肽酶存在于小肠粘膜细胞刷状缘和胞液 氨基肽酶： 从氨基末端逐个水解出氨基酸，最后生成二肽,二肽酶： 水解任何的二肽成为氨基酸,说 明,食物中的蛋白质经胃蛋白酶和胰液中蛋白酶消化后有1/3是氨基酸、2/3是肽 寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞内进行，最后由氨基肽酶和二肽酶作用水解成氨基酸 各种酶协同作用使蛋白质的消化效率极高 正常成人，食物蛋白的95%可以水解完全 但是，一些纤维蛋白只能部分水解,二、氨基酸的吸收和转运,食物中的蛋白质经消化产生的氨基酸主要 在小肠中吸收 吸收机制不完全清楚 一般认为： 氨基酸吸收是消耗能量的主动吸收

8、过程， 同时需要转运蛋白（载体）,氨基酸转运蛋白,实验证明： 肠粘膜细胞膜上的氨基酸转运蛋白，能与氨基酸和Na+形成三联体，将氨基酸和Na+转运进入细胞 Na+则借助于钠泵排出细胞外，同时消耗ATP,氨基酸转运蛋白,至少有7种转运蛋白参与氨基酸的主动吸收： 中性氨基酸转运蛋白（包括极性与非极性2种） 酸性氨基酸转运蛋白 碱性氨基酸转运蛋白 亚氨酸及甘氨酸转运蛋白（效率低） 此外还有氨基酸转运蛋白和二肽及三肽转运蛋白 共用同一转运蛋白的氨基酸之间有竞争作用,组织细胞对氨基酸的摄取逆浓度的主动转运（继发性协同转运）,细胞对氨基酸的摄取需要膜上转运蛋白并且需要Na+的同向协同转运，需要钠泵（Na+-

9、K+-ATP酶）。,K+ Na+,Na+ 氨基酸,Na+ 氨基酸,K+ Na+,细胞膜,细胞内,细胞外,三、蛋白质的腐败作用,腐败作用： 肠道细菌（主要是大肠杆菌）对未消化的蛋白质或未吸收的消化产物作用，产生一系列产物的过程 部位主要是在大肠的下段 腐败作用的实质是细菌本身的代谢 腐败的产物多数对人体有害胺、氨、吲哚、酚、硫化氢等 少数对人体有益少量脂肪酸和维生素K,（一）胺类的生成,肠道细菌的蛋白酶使蛋白质水解，再经氨基酸脱羧基作用产生胺类。,其他有害物质,1酪氨酸脱羧产生的酪胺氧化脱氨生成： 对甲酚、苯酚 2色氨酸分解： 甲基吲哚、吲哚（粪便臭味来源） 3半胱氨酸分解： 硫醇、硫化氢、甲烷

10、,（二）氨的生成,肠道氨的2个来源： 肠细菌对氨基酸的还原性脱氨（主要） 血液尿素扩散入肠腔受肠道细菌脲酶的分解产生氨 肠腔pH降低可减少氨吸收，反之加强。,1 R-CH（NH2）-COOH 氨基酸,R-CH2-COOH 羧酸,+ NH3 氨,2 H2N-CO-NH2,2NH3,第三节 体内蛋白质的降解,人体蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中 1.半衰期t1/2（half-life）代表蛋白质寿命的长短 即蛋白质浓度降至其原浓度一半时所需要的时间 成人每天降解的蛋白量为1%2%，不同的蛋白质 寿命差异很大，从数秒到数月 一些代谢途径关键酶的t1/2极短 肝脏中大部分蛋白质的t1/2（约在18

11、d） 血浆蛋白t1/2（约10d） 结缔组织蛋白t1/2很长（约180d）,2蛋白降解酶类-蛋白酶、肽酶,真核细胞中蛋白降解有两条途径 （1）不依赖ATP的过程，在溶酶体进行 降解的对象： 胞外来源蛋白、膜蛋白、长寿命的胞内蛋白 （2）依赖ATP与泛素的过程，在细胞液进行 降解对象： 异常蛋白、损伤蛋白、短寿命蛋白、 （对于无溶酶体的RBC很重要） 泛素： 相对分子质量8500（76个氨基酸残基） 作用泛素与被降解蛋白连接，形成大复合体（相对分子质量超过106）而使被降解蛋白激活,蛋白质降解的胞液途径,第四节 氨基酸的一般代谢,外源性氨基酸： 食物蛋白质消化吸收的蛋白质 内源性氨基酸： 体内蛋

12、白质降解产生与合成的氨基酸 氨基酸代谢库： 内源性与外源性氨基酸混合在一起 分布于体液各处参与代谢 氨基酸代谢库以游离氨基酸总量计,体内氨基酸的来源与去路,氨 基 酸 代 谢 库,来源,去路,食物蛋白,组织蛋白,合成氨基酸 （非必需氨基酸）,降解,脱氨基,脱羧基,转化或参与合成,合成,组织蛋白质,某些含氮化合物,NH3,尿素,胺类,-酮酸,糖、酮体,氧化供能,氨基酸,消化吸收,一、氨基酸的脱氨基作用,从量上而言，氨基酸脱氨基作用是氨 基酸分解代谢的首要反应 氨基酸脱氨基可以在大多数组织进行 氨基酸脱氨基的方式： 转氨基 氧化脱氨基 联合脱氨基最为重要,（一）转氨基作用,转氨酶催化一种氨基酸的-

13、氨基转移到一种-酮酸的酮基上生成相应的氨基酸，原来的氨基酸转变成-酮酸 反应并无氨的真正脱出 转氨酶催化的反应可逆（平衡常数近于1）反应方向取决于4种反应物的浓度 是体内合成非必需氨基酸的重要途径,1转氨酶,体内有多种转氨酶，具有特异性： 转氨酶催化不同氨基酸的转氨基作用具有专一性 -酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸作为氨基接受体的转氨酶体系常见 谷氨酸与-酮酸的转氨酶最为重要 如：丙氨酸转氨酶（GPT或ALT）和天冬氨酸转氨酶（GOT或AST） 转氨酶的辅酶为磷酸吡哆醛,2转氨基反应,用15N标记的氨基酸进行示踪实验证明,体内大多数氨基酸都可进行转氨基作用 （赖、脯氨酸除外） 多数氨基酸都有其特异

14、的转氨酶 多种氨基酸与酮戊二酸之间的转氨酶最为重要 两种重要的转氨酶 丙氨酸：酮戊二酸氨基转移酶 简称丙氨酸转氨酶（alanine transaminase ALT或GPT） 天冬氨酸：酮戊二酸氨基转移酶 简称天冬氨酸转氨酶（aspartate transaminase AST或GOT）,ALT和AST催化的反应,ALT与AST在体内各组织中的分布,3转氨基作用机制,转氨机制(省略了与酶蛋白结合、分子重排和水解等过程),转氨机制,4转氨基作用的意义,转氨作用可以使氨基酸移去氨基进而分解，其逆反应可合成非必需氨基酸 此过程只有氨基的转移，而没有自由氨的生成 部分氨基酸可以直接或间接以-酮戊二酸为

15、受氨体生成谷氨酸再氧化脱氨释放自由氨,（二）氧化脱氨基,有2种酶催化氧化脱氨基： 1氨基酸氧化酶（辅酶为FMN或FAD） L-氨基酸氧化酶（辅酶为FMN）： 分布差（限于肝、肾）、活性低，作用小 D-氨基酸氧化酶（辅酶为FAD）： 分布广、活性大，可作用于D-氨基酸；体内作用不明,L-氨基酸氧化酶催化的反应,（二）氧化脱氨基,有2种酶催化氧化脱氨基： 1氨基酸氧化酶（辅酶为FMN或FAD） 2L-谷氨酸脱氢酶（辅酶为NAD+或NADP+） 分布广（肌肉除外）、活性强，十分重要；尤其是在联合脱氨基作用中。,L-谷氨酸脱氢酶催化的反应,+NH3,（三）联合脱氨基,体内最重要的脱氨基方式 联合脱氨基

16、有2条反应途径： 转氨基偶联谷氨酸氧化脱氨（肝、肾活跃） 嘌呤核苷酸循环（主要在骨骼肌） 通过联合脱氨基作用可以满足20种氨基酸脱氨基作用,1联合脱氨基 转氨基与谷氨酸氧化脱氨偶联作用,L-氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,L-谷氨酸脱氢酶,转氨酶,2嘌呤核苷酸循环,在骨骼肌和心肌中L谷氨酸脱氢酶的活性低 这些组织的氨基酸难于进行联合脱氨基作用 而是通过嘌呤核苷酸循环 （purine nucleotide cycle）脱氨基,2嘌呤核苷酸循环,其具体步骤 在肌肉等组织中氨基酸通过转氨基作用，使草酰乙酸生成天冬氨酸 天冬氨酸与IMP反应生成腺苷酸代琥珀酸，后者裂解出延胡索酸生成AMP AM

17、P又在腺苷酸脱氨酶催化下脱去氨基，最终完成了氨基酸的脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环,谷氨酸,-酮 戊二酸,氨基酸,-酮酸,二、氨的代谢,血氨： 机体代谢产生的氨及消化道吸收来的氨进入血液称为血氨 正常血氨含量0.1mg/dL（0.6mol/L） 氨有毒性，尤其是对大脑具有毒害作用 氨主要在肝脏合成尿素而解毒 严重肝病患者尿素合成降低导致血氨升高,（一）血氨的来源,体内的氨有如下几个来源： 1氨基酸脱氨基产生的氨（主要来源） 2胺的分解产生的氨 RCH2NH2 RCHO+NH3（胺氧化酶） 3嘌呤与嘧啶的降解产生氨 4肠道吸收的氨 肠内氨基酸在细菌作用下产氨（腐败作用） 肠道尿素在细菌脲酶作用下水解

18、产氨 5肾小管上皮细胞分泌的氨 Gln+H2O Glu+NH3（谷氨酰胺酶催化此反应）,（二）血氨的转运,体内氨的转运有两种形式： 1谷氨酰胺的运氨作用 谷氨酰胺从脑和肌肉向肝和肾转运氨 谷氨酰胺既是氨的解毒产物，又是氨的储存和运输形式 是血液中含量最高的氨基酸（8.3mg/dL）。 对氨中毒病人可以用谷氨酸盐降低血氨浓度 2丙氨酸-葡萄糖循环,谷氨酰胺的运氨作用,L-Glu,L-Gln,L-Glu,L-Gln,血液 运输,氨在肝合成尿素，肾则以尿素及铵盐的形式排出,L-谷氨酸 （血液） 谷氨酰胺,（肝脏、肾脏） L-谷氨酸 谷氨酰胺 NH3 H2O 尿素（肝） 铵盐（肾）少部分,NH3+AT

19、P ADP+Pi L-谷氨酸 谷氨酰胺 （脑组织、肌肉组织）,谷氨酰胺的运氨作用,Gln的合成与分解,谷氨酰胺 合成酶,谷氨酰胺酶,天冬酰胺酶治疗白血病减少血液天冬酰胺而抑制白血病细 胞蛋白质的合成,体内还可在天冬酰胺合成酶催化下，由谷氨酰 胺提供酰胺基，转移到天冬氨酸生成天冬酰胺。 天冬酰胺是细胞蛋白质合成所需的氨基酸，一 般细胞可自身合成，不必依靠外源供应。 细胞分裂异常迅速的白血病细胞，自身合成的 天冬酰胺不能满足需要，则要依赖外源供应。,ATP,天冬酰胺的合成与分解,天冬酰胺 合成酶,PPi,酶-天冬酰基 腺苷酸复合物,天冬 氨酸,天冬 酰胺,Glu,AMP,天冬酰胺酶,H2O,天冬氨

20、酸,天冬酰胺,Gln,NH3,2丙氨酸葡萄糖循环,丙氨酸葡萄糖循环（alanine-glucose cycle）为丙氨酸在体内的运氨作用，主要发生在肌肉组织 肌肉蛋白质在分解代谢过程中，特别在饥饿等蛋白质分解代谢加强时，氨基酸经脱氨基作用而产氨增加。 氨可通过与酮戊二酸结合生成谷氨酸，再经转氨基作用将氨基转给丙酮酸使生成丙氨酸。 丙酮酸主要来自葡萄糖的酵解途径。 丙氨酸在肌肉组织生成后经过血液运送至肝，在肝内丙氨酸经联合脱氨基作用脱去氨基生成丙酮酸。 丙酮酸经葡糖异生途径而生成葡萄糖，葡萄糖再经血液输入肌肉，形成丙氨酸葡萄糖循环。,丙氨酸葡萄糖循环,丙氨酸葡萄糖循环生理意义,该循环将肌肉氨基酸

21、脱氨基产生的氨运到肝生成尿素，同时为肝提供糖异生的原料，对防止血氨升高有重要意义。,（三）尿素的合成,尿素合成的部位： 肝脏为主（其他如肾和脑合成量极少） 临床观察支持肝是尿素合成的器官： 急性肝坏死患者的血液和尿液中几乎没有尿素，但氨基酸量增加。,肝脏是尿素合成部位的实验证据： 切除动物（犬）的肝脏保留肾脏，则血液和尿中尿素含量都降低。给此动物人工饲喂或输入氨基酸，则氨基酸大部分积存于血液、少部分尿出，同时血氨增高（氨基酸脱氨基）。 切除动物（犬）的肾脏保留肝脏，则血液中尿素含量明显增高。 切除动物（犬）的肝脏和肾脏，则血尿素很低、血氨显著增高。,尿素合成的过程,尿素的合成反应称为： 鸟氨酸

22、循环 尿素循环 KrebsHenseleit cycle,NH2 CO NH2,CO2+ NH3,H2O,H2O,鸟氨酸循环,瓜氨酸,尿素,NH2,（CH2）3 H2N-CH COOH,鸟氨酸,尿素生成步骤-1,氨基甲酰磷酸的合成 1）反应的细胞部位： 线粒体 2）催化此反应的酶： 氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-） 此酶受N-乙酰谷氨酸（AGA）的变构激活 3）反应不可逆，消耗2ATP，需要Mg2+参加 4）氨基甲酰磷酸是高能化合物，性质活泼， 易于和鸟氨酸结合生成瓜氨酸,氨基甲酰磷酸合成反应,尿素生成步骤-1,氨基甲酰磷酸,1）反应的细胞部位：线粒体。 2）催化此反应的酶： 鸟氨酸氨基甲酰转移

23、酶（OCT）。 通常在线粒体与CPS-I结合成酶的复合体。 3）此反应不可逆。 能量来自氨基甲酰磷酸的高能键的裂解。,尿素生成步骤-2,瓜氨酸的合成,瓜氨酸的合成反应,Pi,OCT 鸟氨酸氨基甲酰转移酶,尿素生成步骤-2,反应部位：细胞液 反应分2步进行： 精氨酸代琥珀酸的合成与裂解 精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS） 瓜氨酸出线粒体，在胞液中与Asp生成精氨酸代琥珀酸 反应由ATP供能（利用ATP的-磷酸酯键） 精氨酸代琥珀酸裂解酶（ASL） 精氨酸代琥珀酸裂解为精氨酸和延胡索酸,尿素生成步骤-3,精氨酸的合成,精氨酸代琥珀酸的合成反应,ASS 精氨酸代琥 珀酸合成酶,ATP,AMP PPi,M

24、g2+,尿素生成步骤-,说明,在上述反应中，Asp起供给氨基的作用。Asp的来源如下：,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,Glu,Asp,-KG,氨基酸,-酮酸,可见，多种氨基酸的氨基可以通过Asp的形式参与尿素的合成。 另外，延胡索酸经TAC转变为Asp，将尿素循环与TAC联系起来。,ASL 精氨酸代琥 珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸的裂解反应,尿素生成步骤-,反应部位：胞液 酶：精氨酸酶（arginase） 产物：生成尿素和鸟氨酸 鸟氨酸再进入线粒体参加瓜氨酸的合成 瓜氨酸又经上述变化生成尿素(urea)及 鸟氨酸 如此周而复始地循环促进尿素的生成,尿素生成步骤-,精氨酸水解生成尿素,精氨酸水解成尿

25、素和鸟氨酸,H2O,精氨酸酶,尿素生成步骤-,尿素合成总结,尿素作为代谢的终产物排出体外 尿素合成的总反应： 2NH3 + CO2 +2H2O + 3ATP 2ADP + AMP + 2Pi + PPi + NH2-CO-NH2 尿素中的2个（N）的来源 1个来自氨基酸脱氨基产生的氨 另一个来自天冬氨酸的氨基 尿素的合成是消耗能量的，每生成1分子尿素，共计消耗3分子ATP，相当于4个（P）,尿素合成全过程及其细胞定位,精氨酸 代琥珀酸,天冬氨酸,鸟氨酸循环,一氧化氮合酶支路,精氨酸是合成一氧化氮的前体 鸟氨酸循环的一氧化氮合酶支路： 即少许精氨酸经一氧化氮合酶 （nitric oxide sy

26、nthase，NOS）催化产生瓜氨酸及一氧化氮（nitric oxide, NO） 有NADPH及O2等参加 一氧化氮是重要的信息物质 通过信息转导使平滑肌松弛， 具有细胞毒等作用 NOS广泛分布于神经系统及巨噬细胞,一氧化氮合酶（NOS）催化的反应,尿素合成的调节,尿素的合成受以下几种因素的调节： （1）膳食蛋白质 高蛋白膳食时合成尿素加快， 排泄含氮物中尿素占80%90 而低蛋白膳食则相反， 尿素排泄量可低于含氮排泄物量的60 对大鼠提高蛋白质饲养量时，观察到鸟氨 酸循环中的酶的活性受膳食蛋白质量的影响,（2）N乙酰谷氨酸（AGA） N乙酰谷氨酸是氨甲酰磷酸合成酶必需的变构激活剂 如无AG

27、A存在，CPS-几乎无活性 精氨酸促进AGA的合成而加强氨甲酰磷酸的合成，使尿素合成增加以适应机体生理需要 （3）尿素合成的限速酶 精氨酸代琥珀酸合成酶,（四）氨的其他代谢去路,1铵盐的生成与排泄 氨的主要去路是合成尿素 一部分氨以谷氨酰胺的形式运至肾脏后，水解释放出的氨与原尿中的H+结合以NH4+形式由尿排出。肾脏排出NH4+,有调节体内酸碱平衡的作用。在酸中毒时排出铵盐增加，而碱中毒时相反。 2合成新的氨基酸 氨可通过联合脱氨基的逆过程及转氨基作用合成非必需氨基酸 3参与核酸中嘧啶碱的合成 一部分氨在胞液中氨甲酰磷酸合成酶（CPS-）的 催化下生成氨甲酰磷酸参与核酸中嘧啶环的合成,三、-酮

28、酸的代谢,（一）氨基化生成非必需氨基酸 经联合脱氨的逆过程氨基化而生成相应 的氨基酸 体内不能合成必需氨基酸是因其相应的 酮酸不能合成 （二）转变成糖和脂类 生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸：异、苯、酪、色 生糖氨基酸：其他氨基酸 （三）氧化供能 以三羧酸循环为枢纽彻底氧化为H2O、CO2,-酮酸转变为糖或脂肪,组成人体蛋白质的20种氨基酸脱去氨基后生成的酮酸经转变，形成七种主要代谢中间物质： 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 草酰乙酸,生糖氨基酸（glucogenic amino acids） 能转变为三羧酸循环的中间产物和丙酮酸的氨基酸可经糖

29、异生途径转变为糖，称为生糖氨基酸。 生酮氨基酸（ketogenic amino acids） 能降解生成乙酰CoA或乙酰乙酰CoA的氨基酸，进而转变生成酮体和脂肪酸称为生酮氨基酸。 生糖兼生酮氨基酸 既能生糖又能生酮的氨基酸称为生糖兼生酮氨基酸。,生糖与生酮氨基酸,共有六种氨基酸能够生酮 只能生酮的为生酮氨基酸，两种 亮氨酸 赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 其余14种为生糖氨基酸,综上所述,氨基酸、糖和脂肪的代谢是密切联系的 氨基酸既可转变成糖也能转变成脂肪 糖可以转变成脂肪及多数非必需氨基酸的碳架部分 脂肪酸既不能转变成糖，也不能转变为氨基酸 脂肪的甘油部分可以

30、转变为糖 氨基酸和糖、脂肪的代谢关系是通过三羧酸循环中间代谢物互相联系并完全氧化的,氨基酸、糖、脂肪代谢的联系,氨基酸、糖、脂肪代谢的联系生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸未标记为生糖氨基酸,第五节 一些氨基酸的特殊代谢,氨基酸的脱羧基作用： 产物是具有生理活性的胺类 一碳单位的代谢： 丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸 含硫氨基酸代谢： 半胱氨酸、蛋氨酸 芳香族氨基酸代谢： 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 支链氨基酸的代谢： 亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸,一、氨基酸的脱羧基作用,催化脱羧基反应的酶 脱羧酶(decarboxylase)，辅酶是磷酸吡哆醛 在动物体内，氨基酸除上述的分解代谢途径之外，有些氨基酸还可以

31、通过脱羧基作用（decarboxylation）生成相应的胺类： 例如 组氨酸脱羧生成组胺 谷氨酸脱羧生成氨基丁酸 色氨酸先经羟化后再脱羧基而生成5-羟色胺,氨基酸脱羧基生成胺类 胺类可以进一步氧化成醛、羧酸 脱羧反应如下：,胺类的作用与清除,氨基酸脱羧生成的胺类通常具有较强生理作用 正常情况下，体内胺含量较低 胺类在体内积存会引起神经和心血管系统的功 能失调 体内存在胺氧化酶（amine oxidase）催化胺 类氧化 属于黄素蛋白酶，能催化胺类氧化生成相应的 醛、氨和H202 醛类还可继续氧化成羧酸 羧酸再氧化成CO2和水或随尿排出从而避免胺类的蓄积,（一）氨基丁酸,氨基丁酸（-amino

32、butyric acid，GABA） 由谷氨酸脱羧生成 催化此反应的酶为谷氨酸脱羧酶 此酶在脑及肾组织中活性强 因而 氨基丁酸在脑中的浓度较高 氨基丁酸的作用 抑制性的神经递质，抑制突触传导 氨基丁酸的进一步代谢 可与酮戊二酸进行转氨基作用，生成琥珀酸半醛， 再氧化成琥珀酸进入三羧酸循环而被代谢,氨基丁酸的生成反应,（二）组胺,组胺（histamine） 由组氨酸经组氨酸脱羧酶催化脱羧生成 体内许多组织的肥大细胞及嗜碱性细胞在过敏反应、创伤等情况下产生组胺 组胺是一种强血管扩张剂 可引起血管扩张，毛细血管通透性增加，造成血压下降，甚至休克 组胺可使平滑肌收缩 引起支气管痉挛而发生哮喘 组胺还能

33、促进胃黏膜细胞分泌胃蛋白酶及胃酸 故可用于研究胃分泌功能 组胺可经氧化或甲基化而灭活,组氨酸脱羧生成组胺,组胺,组氨酸,（三）5羟色胺,色氨酸在脑组织中 经色氨酸羟化酶催化生成5羟色氨酸，再受5羟色氨酸脱羧酶的催化生成5羟色胺（5-hydroxytryptamine，5HT） 5羟色胺 在脑的视丘下部，大脑皮层以及神经细胞的突触小泡内含量很高，它是一种神经递质，直接影响神经传导 也存在于小肠、血小板、乳腺细胞中 5羟色胺具有强烈的血管收缩作用 5羟色胺经单胺氧化酶的催化作用，生成5羟色醛以及5羟吲哚乙酸等产物随尿排泄,5HT的生成与转变,5-HT进一步氧化生成 5-羟色醛 5-羟吲哚乙酸,色氨

34、酸,5羟色氨酸,5羟色胺,（四）多胺,有些氨基酸在体内经脱羧作用可产生多胺 多胺（polyamine）包括 腐胺（putrescine） 亚精胺（spermidine） 精胺（spermine） 精氨酸水解生成的鸟氨酸经脱羧作用生成腐胺，它也是亚精胺及精胺的前体,多胺的生成,多胺的生成过程： 首先由鸟氨酸脱羧酶催化鸟氨酸脱羧，生成腐胺 然后由脱羧SAM转移丙胺基形成亚精胺和精胺 鸟氨酸脱羧酶是多胺合成的限速酶,多胺及SAM的结构,氨丙基,甲硫腺苷,多胺的作用,多胺鸟氨酸脱羧的系列产物 作用： 亚精胺、精胺是调节细胞生长、促进细胞增殖的重要物质 其可能的机制： 稳定细胞结构 与核酸结合 增强核酸

35、与蛋白质的合成 生长旺盛组织（胚胎、再生肝、生长激素作用细胞、癌瘤），鸟氨酸脱羧酶的活性好，多胺的含量高 临床上通过测定癌瘤病人血液和尿液中多胺含量作为观察病情的指标,二、一碳单位的代谢,一碳单位（One-carbin unit）概念 ： 体内某些氨基酸在分解代谢过程中产生的 含有一个碳原子的有机基团称为一碳基团 或一碳单位（CO2除外）。 一碳单位的种类： 甲基（CH3） 甲烯基（CH2） 甲炔基（CH=） 甲酰基（O=CH） 亚氨甲基（NH=CH）,一碳单位的载体,一碳单位不能游离单独存在，必须和载体结合 5，6，7，8-四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体,哺乳动物体内FH4的生成,原料：

36、叶酸 酶：二氢叶酸还原酶 供氢体： NADPH+H+ 反应过程：,一碳单位种类与载体四氢叶酸结合位点 甲基（CH3）N5 甲烯基（CH2）N5，N10 甲炔基（CH=）N5，N10 甲酰基（O=CH）N10（或N5） 亚氨甲基（NH=CH）N5,一碳单位与FH4的结合位点,一碳单位连接于四氢叶酸的N5或N10,例： N5，N10-甲烯四氢叶酸 （ N5，N10-CH2-FH4）,FH4也可以看作是一碳单位代谢的辅酶,甲基的第二载体是SAM，它是甲基的直接供体,甲烯基,一碳单位来源、生成、互变及功能,一碳单位的主要功能,一碳单位的功能是参与嘌呤与嘧啶的合成 N10CHOFH4与N5，N10=CH

37、FH4分别为嘌呤合成提供C2与C8 N5，N10CH2FH4为胸腺嘧啶合成提供甲基 故一碳单位在核酸生物合成中有重要作用 此外，N5甲基FH4所带甲基通过S腺苷蛋氨酸提供甲基，参与体内许多重要化合物的合成和修饰（如儿茶酚胺类、胆碱、核酸等）,一碳单位代谢与疾病,一碳单位代谢障碍或FH4不足，可引起巨幼红细胞性贫血等疾病 可利用磺胺类药物干扰细菌FH4的合成而抑菌 应用叶酸类似物如氨甲蝶呤等可抑制FH4生成，从而抑制核酸生成达到抗癌作用,三、含硫氨基酸的代谢,含硫氨基酸包括： 半胱氨酸、（胱氨酸）、蛋氨酸 三种氨基酸中蛋氨酸是必需氨基酸,这三种氨基酸的代谢是互相联系的：,（一）蛋氨酸代谢,蛋氨酸

38、分子中含有S-甲基，以SAM的活性形式通过转甲基作用参加物质的甲基化反应。 蛋氨酸在转甲基之前首先由蛋氨酸腺苷转移酶催化与ATP作用生成S腺苷蛋氨酸（SAM）， SAM中的甲基称为活性甲基，在甲基转移酶的作用下，可将甲基转移至另一种需要甲基化的物质。,体内50多种物质需要由SAM提供甲基，生成甲基化合物，例： 去甲肾上腺素肾上腺素 胍乙酸肌酸 GABA肉毒碱 脑磷脂卵磷脂的生成 尼克酰胺、DNA、RNA、蛋白质的甲基化,1SAM的结构与生成,PPi+Pi,2SAM的转甲基作用,3蛋氨酸循环,S-腺苷蛋氨酸,Met,S-腺苷同型 半胱氨酸,同型半胱氨酸,蛋氨酸循环的意义,由N5-CH3-FH4提

39、供甲基合成蛋氨酸， 再通过SAM提供甲基进行体内广泛存在的甲基化反应 N5-CH3-FH4是体内甲基的间接供体 此循环是体内利用N5-CH3-FH4的唯一反应,+,4肌酸的合成,（二）半胱氨酸与胱氨酸代谢,1半胱氨酸与胱氨酸互变 2氧化脱羧基生成牛磺酸 3活性硫酸根（PAPS）的生成 3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸（PAPS） PAPS性质活泼，可使某些物质形成硫酸酯，例如，类固醇激素的灭活等 转硫酸基作用由硫酸转移酶催化,半胱氨酸与胱氨酸互变,（二）半胱氨酸与胱氨酸代谢,牛磺酸的生成,半胱氨酸经磺基丙氨酸脱羧生成牛磺酸 活性硫酸根也可以产生牛磺酸 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分 化学反应如下：,3

40、. 活性硫酸根的生成及其结构,H2S,四、芳香族氨基酸的代谢,芳香族氨基酸包括： 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 其中苯丙氨酸可以转化为酪氨酸,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 正常情况下，苯丙氨酸的羟化生成酪氨酸是其主要代谢 苯丙氨酸的羟化由苯丙氨酸羟化酶催化，该酶是以四氢蝶呤为辅酶的加单氧酶 此反应不可逆，所以Tyr不能生成Phe,1苯丙氨酸的羟化反应,2儿茶酚胺的生成,2,2,-OH,酪氨酸羟化酶是儿茶酚胺合成的限速酶 受产物的反馈抑制,假神经递质的结构,假神经递质与儿茶酚胺结构相似 能够取代正常神经递质使后者不能传递神经冲动，大脑发生异常抑制，与肝昏迷的症状有关,3黑色素的生成,在黑色素细胞中酪

41、氨酸的代谢途径：,4酪氨酸的分解代谢,酪氨酸,酪氨酸转氨酶,对羟苯丙酮酸,尿黑酸,延胡索酸,乙酰乙酸,5苯丙酮酸尿症（PKU）,苯丙氨酸羟化酶先天缺乏，从而引起 苯丙氨酸不能转变为酪氨酸而蓄积 苯丙氨酸转氨基生成苯丙酮酸 苯丙酮酸转变成苯乙酸等衍生物 尿中出现大量苯丙酮酸及其代谢产物 因而称为苯丙酮酸尿症 苯丙酮酸对中枢神经系统有毒性导致患儿智力发育障碍,甲状腺素甲状腺球蛋白中酪氨酸残基碘化,3，5，3 ，5 -四碘甲腺原氨酸（T4）,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,（二）色氨酸代谢,色氨酸的代谢产物有： 5-羟色胺 一碳单位 丙酮酸和乙酰乙酰辅酶A 尼克酸,五、支链氨基酸代谢

42、,支链氨基酸包括： 亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸 都属于必需氨基酸 分解代谢主要在骨骼肌 其分解产物有： 琥珀酸单酰辅酶A（缬氨酸） 乙酰辅酶A、乙酰乙酰辅酶A（亮氨酸） 乙酰辅酶A、琥珀酸单酰辅酶A（异亮氨酸）,思考题,1氮平衡、必需氨基酸及蛋白质互补作用的概念。 2试述蛋白质的消化与吸收过程。 3蛋白质的腐败作用及重要的腐败产物有哪些？ 4简述体内蛋白质降解的途径。 5体内氨基酸脱氨基有哪些方式？各有何特点？各个途径主要的酶及其辅酶是什么？ 6试述血氨的来源、运输形式和去路。 7试述尿素生成的过程、部位、限速酶及调节。 8丙氨酸葡萄糖循环的过程及其生理意义？ 9一碳单位的概念？来自哪些氨基酸？

43、有何生理功能？载体？ 10蛋氨酸循环的过程及其生理意义。 11苯丙氨酸、酪氨酸及半胱氨酸代谢可生成哪些有重要生理活性的物质？ 12简述-酮酸的代谢去路。,问 题,单 选 题,1蛋白质生理价值的高低取决于,A氨基酸的种类及数量 B必需氨基酸的种类、数量及比例 C必需氨基酸的种类 D必需氨基酸的数量 E以上说法均不对,2营养充足的恢复期病人，常维持,A氮负平衡 B氮平衡 C氮正平衡 D氮总平衡 E以上全错,3蛋白质的互补作用是指,A. 糖和蛋白质混合食用，以提高食物的生理价值作用 B. 脂肪和蛋白质混合食用，以提高食物的生理价值作用 C. 几种生理价值低的蛋白质混合食用，提高食物的生理价值作用 D

44、. 糖、脂肪、蛋白质及维生素混合食用，提高食物的生理价值作用 E. 用糖和脂肪代替蛋白质的作用,4下列氨基酸中属于非必需氨基酸的是,A. 赖氨酸 B. 蛋氨酸 C. 谷氨酸 D. 苏氨酸 E. 色氨酸,5在脱氨基作用中，肝脏中最常见的方式是,A. 氧化脱氨基作用 B. 转氨基作用 C. 联合脱氨基作用 D. 嘌呤核苷酸循环 E. 以上都不是,6与联合脱氨基作用无关的是,A. -酮戊二酸 B. 转氨酶 C. NAD+ D. 谷氨酸脱氢酶 E. 脯氨酸,7在肝脏，丙氨酸和酮戊二酸经谷丙转氨酶和下述哪种酶的连续作用才能产生游离的氨,A谷草转氨酶 B谷氨酰氨合成酶 C酮戊二酸脱氢酶 D谷氨酸脱氢酶 E

45、谷丙转氨酶,8骨骼肌和心肌中丙氨酸脱氨基的方式主要是,A. 经联合脱氨基作用脱氨 B. 经嘌呤核苷酸循环途径脱氨 C. 经丙氨酸酶催化直接脱氨 D. 经丙氨酸氧化酶催化直接脱氨 E. 经丙氨酸水解酶催化脱氨,9肌肉中氨基酸脱氨基的主要方式是,A嘌呤核苷酸循环 B嘧啶核苷酸循环 CL谷氨酸氧化脱氨作用 D联合脱氨作用 E鸟氨酸循环,10血中氨的主要来源是,A. 胺类物质分解产生 B. 肾脏谷氨酰胺水解产生 C. 氨基酸脱氨基作用产生 D. 嘌呤嘧啶分解产生 E. 从肠道吸收而来,11血中氨的主要去路是,A. 合成尿素 B. 参与嘌呤嘧啶的合成 C. 生成谷氨酰胺 D. 生成非必需氨基酸 E. 生

46、成铵盐,12血氨增高导致脑功能障碍的 生化机理是NH3增高可以,A抑制脑中酶活性 B升高脑中pH C大量消耗脑中酮戊二酸 D抑制呼吸链的电子传递 E升高脑中尿素浓度,13临床上对肝硬化伴有高血氨患 者禁用肥皂液灌肠，这是因为,A. 肥皂液致肠道pH值升高，促进氨的吸收 B. 可能导致碱中毒 C. 可能严重损害肾脏功能 D. 肥皂液促进肠道细菌的腐败作用 E. 可能严重损害肝脏功能,14血中NPN明显增高的主要原因是,A. 蛋白质进食太多 B. 尿素合成增加 C. 肝脏功能不良 D. 谷氨酰胺合成增加 E. 肾脏功能不良,15丙氨酸-葡萄糖循环的作用是,A. 是氨的转运形式和促进氨基酸转变成糖

47、B. 促进非必需氨基酸的合成 C. 促进鸟氨酸循环 D. 促进氨基酸转变为脂肪 E. 促进氨基酸氧化供能,16体内氨的储存和运输形式是,A. 谷氨酸 B. 天冬氨酸 C. 酪氨酸 D. 天冬酰胺 E. 谷氨酰胺,17尿素是通过哪个循环合成的,A. 嘌呤核苷酸循环 B. 鸟氨酸循环 C. 乳酸循环 D. 三羧酸循环 E. 核蛋白体循环,18尿素合成的部位正确的是,A. 只在胞浆中 B. 只在线粒体中 C. 在胞浆和线粒体中 D. 在细胞核中 E. 在滑面内质网中,19尿素循环中一个氨由氨基甲酰 磷酸提供，另一个氨来源于,A游离氨 B谷氨酰胺 C氨基甲酸磷酸 D天冬酰胺 E天冬氨酸,20尿素循环的

48、叙述正确的是,A. 需由CTP供能 B. 天冬氨酸的含碳部分掺入精氨酸中 C. 精氨酸是瓜氨酸的直接前身物 D. 尿素中的两个氮都直接或间接来自氨基酸 E. 草酰乙酸是精氨酸代琥珀酸的直接产物,21尿素合成的限速酶是,A. 鸟氨酸氨基甲酰转移酶 B. HMG-CoA合成酶 C. 精氨酸代琥珀酸裂解酶 D. 精氨酸代琥珀酸合成酶 E. 尿激酶,22生酮兼生糖氨基酸是,A. 丙氨酸 B. 天冬氨酸 C. 苯丙氨酸 D. 亮氨酸 E. 甘氨酸,23下列哪一个不是一碳单位,A. 甲基 B. 甲烯基 C. 甲炔基 D. 亚氨甲基 E. 二氧化碳,24体内转运一碳单位的载体是,A. 叶酸 B. 维生素B1

49、2 C. 四氢叶酸 D. 血红蛋白 E. S-腺苷甲硫氨酸,25 S-腺苷蛋氨酸的重要作用是,A. 补充甲硫氨酸 B. 生成腺嘌呤核苷 C. 合成四氢叶酸 D. 合成同型半胱氨酸 E. 提供甲基,26牛磺酸由下列哪种氨基酸衍变而来,A. 甲硫氨酸 B. 甘氨酸 C. 半胱氨酸 D. 谷氨酸 E. 苏氨酸,27体内硫酸基的提供者是,A. ATP B. FAD CNADP+ D. GMP EPAPS,28可脱羧产生氨基丁酸的氨基酸是,A甘氨酸 B酪氨酸 C半胱氨酸 D谷氨酰胺 E谷氨酸,29鸟氨酸脱羧生成,A. 酪胺 B. 尸胺 C. 腐胺 D. 多巴胺 E. 以上都不是,30体内蛋白质分解代谢的

50、终产物是,A. 氨基酸 B. 肽类 C. 二氧化碳、水、尿素 D. 氨基酸、胺类、尿酸 E. 肌酐、肌酸,31儿茶酚胺是由哪个氨基酸转化生成的,A. 丝氨酸 B. 酪氨酸 C. 谷氨酸 D. 天冬氨酸 E. 赖氨酸,32酪氨酸在体内可以转变成,A苯丙氨酸 B肾上腺素 C犬尿酸 D甲状旁腺素 E5- 羟色胺,33下列哪种化合物不能由酪氨酸合成,A. 甲状腺素 B. 苯丙氨酸 C. 肾上腺素 D. 黑色素 E. 多巴胺,多 选 题,1.关于转氨基作用描述正确的是 A转氨基的辅酶是FADB催化氨基酸和-酮酸之间进行氨基 和酮基的互换C反应是可逆的D反应消耗ATP,2.需ATP提供能量的是 A转氨基反

51、应B氨基甲酰磷酸合成酶催化的反应C精氨酸代琥珀酸合成酶催化的反应D二氢叶酸转变为四氢叶酸的反应,3.蛋氨酸循环障碍，合成受到影响的是 A. 腺嘌呤 B. 尿嘧啶 C. 甲基化的DNA D. 肾上腺素,4.S-腺苷蛋氨酸循环中参与作用的维生素有 A维生素B6B维生素B12C硫胺素D四氢叶酸,5.体内代谢的终产物有 A尿素B. H2OCCO2D. 尿酸,单选题答案,1.答案：B 因为机体不能合成必需氨基酸，必需由食物供给，而非必需氨基酸机体可以合成。,2.答案：C 只有维持氮正平衡才能保证恢复期体内蛋白质的合成需要,4.答案：C 在20种编码氨基酸中，有8种是必需基酸：缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏

52、氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸。其余的都是非必需氨基酸。,3.答案：C 蛋白质的营养价值主要取决于必需氨基酸的种类和含量，必需氨基酸的种类多和数量足的蛋白质营养价值高。几种生理价值低的蛋白质混合食用可以使必需氨基酸互相补充,提高营养价值。,5.答案：C 联合脱氨基作用一般指转氨基作用和L-谷氨酸氧化脱氨基作用联合。 催化L-谷氨酸氧化脱氨基反应的酶（L-谷氨酸脱氢酶）在肝、肾、脑组织活性较强。,6.答案：E 脯氨酸不参与转氨基作用。,7.答案：D 联合脱氨基作用首先是任意氨基酸（除赖氨酸、脯氨酸）在转氨酶的作用下将其氨基转移给-酮戊二酸生成谷氨酸，谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的作用

53、下脱氨基产生游离的氨。,8.答案：B 骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脱氢酶活性低，难于进行联合脱氨基作用。,9.答案：A 同8,10.答案：C 血中氨的主要来源是氨基酸的脱氨基作用,11.答案：A 血中氨的主要去路是在肝脏合成尿素。,12.答案：C 脑组织向肝或肾运氨的形式是谷氨酰胺，谷氨酰胺由谷氨酸与氨在谷氨酰胺合成酶催化下合成，而消耗的谷氨酸需由酮戊二酸转变生成。,13.答案：A 氨是有毒的，在酸性条件下NH3转变成NH4+随尿液排出体外,在碱性条件下NH4+转变成NH3，氨的吸收增加，易导致氨中毒。,14.答案：E 在摄入食物及机体代谢分解比较稳定的情况下， NPN在血中的浓度取决于肾脏的排泄能力。,15.答案：A 丙氨酸-葡萄糖循环既使肌中