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1、生物化学,第十章 蛋白质的分解代谢,第十章 蛋白质的分解代谢,学习要求 了解机体蛋白质的各种作用 了解消化道不同部位的蛋白质消化，吸收原理 明确下列概念：氮平衡，必需氨基酸，氧化脱氨作用，转氨作用，联合脱氨作用，生糖或生酮氨基酸 掌握氨基酸分解产物的代谢途径：氨基氮的排泄及尿素循环 了解一碳化合物与氨基酸代谢的关系,第十章 蛋白质的分解代谢,10.1 概论,10.2 蛋白质的消化、吸收和腐败,10.3 氨基酸的分解代谢,10.4 氨基酸分解代谢产物的进一步代谢,10.1 概论,蛋白质代谢的作用,蛋白质的需求量,蛋白质的营养价值,返回,蛋白质代谢的作用,蛋白质代谢是维持组织细胞生长、更新和修复的
2、需要。 生物体必须从环境中摄取合成蛋白质的原料来合成自身蛋白质，不同的生物体合成蛋白质的能力不同，所采用的原料也不尽相同。 生物体的组织蛋白质不断地进行分解和合成，处于动态平衡。 蛋白质代谢也可以为生物体提供能量，生成ATP。 蛋白质代谢还为生物体合成某些含氮物提供氮源。,返回,蛋白质的需求量,蛋白质的摄入量和排出量 食物中的含氮物质大多数是蛋白质，含氮量比较恒定，为16%。 蛋白质在体内消化吸收后分解代谢所产生的含氮物质主要由尿排出，未消化吸收的由粪便排出。 氮平衡 蛋白质的生理需要量 成人每日最低需要3050g蛋白质。 为了长期保持总氮平衡，仍须增量才能满足要求。我国营养学会推荐成人每日蛋
3、白质需要量为80g。,返回,氮平衡,食物摄入氮 排出氮 反映体内蛋白质合成与分解的动态关系 总氮平衡：摄入氮=排出氮。 即蛋白质分解与合成处于平衡，如成人 正氮平衡：摄入氮排出氮 即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇 负氮平衡：摄入氮排出氮 即蛋白质分解量多于合成量，如饥饿、消耗性疾病,返回,蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值取决于其含必需氨基酸种类及比例的多少。 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 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。,蛋白质的营养价值,蛋白质营
4、养价值的化学评分： 将其氨基酸组成与标准蛋白（鸡蛋或牛奶蛋白）或FAO（世界粮农组织营养委员会）模型进行比较。 蛋白质的生理价值（BV）：指蛋白质的利用率 蛋白质的互补作用： 指营养价值较低的蛋白质若其必需氨基酸互相补充混合食用时则可大大提高营养价值。,氮的保留量 BV = 100% 氮的吸收量,混合食物蛋白质的互补作用,返回,10.2 蛋白质的消化、吸收和腐败,人体对蛋白质的消化,人体对氨基酸的吸收,蛋白质的腐败,返回,人体对蛋白质的消化,1. 主要的酶类 据水解肽键部位的不同分为两类：,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 （
5、从肽链两端开始水解肽键）,人体对蛋白质的消化,2. 消化过程 唾液中不含有水解蛋白质的酶，故食物蛋白质的消化自胃中开始，但主要在小肠中进行。 胃中消化,酶原的激活,水解作用,人体对蛋白质的消化,2. 消化过程 小肠内消化(主要部位),酶原的激活,水解作用,几种酶原的活化,返回,人体对氨基酸的吸收,主要部位：小肠 吸收机制 氨基酸载体（运载蛋白） -谷氨酰基循环：通过谷胱甘肽转运,返回,蛋白质的腐败,返回,10.3 氨基酸的分解代谢,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白质分解产生的氨基酸(内源性氨基酸)，其中还包括一部分体内合成的非必需氨基酸，总称为氨基酸代谢库。,9.3
6、氨基酸的分解代谢,各种氨基酸具有共同的结构特点，故它们有共同的代谢途径：脱氨作用和脱羧作用。其中脱氨作用是主要代谢方式，脱羧作用是次要的代谢方式。 氨基酸的脱氨基作用 氨基酸的脱羧基作用,氧化脱氨作用,转氨作用,联合脱氨作用,返回,氧化脱氨作用,氧化脱氨作用（特点：有氨生成）,氨基酸,氨基酸氧化酶, 2H,+ H2O,亚氨基酸,-酮酸,+ NH3,氧化脱氨作用,氧化脱氨作用主要酶类： L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏） D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少） L-谷氨酸脱氢酶 活性强，分布于肝、肾及脑组织 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
7、基酸氧化酶与L-谷氨酸脱氢酶,返回,转氨作用,在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。,-氨基酸1,-酮酸1,-酮酸2,-氨基酸2,转氨酶,转氨作用,特点： 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 生理意义： 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。 接受氨基的主要酮酸有： 丙酮酸 -酮戊二酸 草酰乙酸,重要的转氨酶,谷丙转氨酶(GPT) 谷草转氨酶(GOT),临床意义：急性肝炎患者血清GPT升高,临床意义：心
8、肌梗患者血清GOT升高,GPT,谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸,GOT,谷氨酸 + 草酰乙酸 -酮戊二酸 +天冬氨酸,返回,联合脱氨作用,联合脱氨作用即转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。 转氨偶联氧化脱氨 转氨偶联AMP循环脱氨,转氨偶联氧化脱氨,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,转氨偶联AMP循环脱氨,-氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,天冬氨酸,腺苷酰琥珀酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸,次黄苷酸,返回,氨基酸的脱羧基作用,氨基酸在氨基酸脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）作用下脱羧基生成相应
9、的胺。,氨基酸的脱羧基作用,几种生物胺的生成： 谷氨酸脱羧生成 -氨基丁酸（GABA） 组氨酸的脱羧基生成组胺 色氨酸脱羧基生成5-羟色胺（5-HT） 酪氨酸脱羧生成儿茶酚胺,返回,10.4 氨基酸分解代谢产物的进一步代谢,CO2的代谢,尿素循环,-酮酸的代谢,一碳单位的代谢,氨的代谢,胺的代谢,返回,氨的代谢,(一) 血氨的来源及去路 来源： 氨基酸脱氨 肾脏产生的氨 胺的氧化 去路： 合成尿素排出 与谷氨酸合成谷氨酰胺 合成非必需氨基酸及含氮物 经肾脏以铵盐形式排出,氨的代谢,(二) 氨的毒性 血液中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。 其机理是： 高浓度的氨使TCA中间产物-酮戊二酸转变成
10、L-Glu，使大脑内-酮戊二酸大量减少，甚至缺乏，而导致TCA无法运转，ATP生成受到严重的阻碍，引起脑功能受损。 以上反应还使NADPH大量消耗，严重地影响需要还原力(NADPH+H+)反应的正常进行。 因此动物体内游离氨形成后需立即进行代谢。,氨的代谢,(三) 氨的转运 丙氨酸-葡萄糖循环： 1、实现了氨的无毒转运 2、肝组织为肌肉活动提供 能量,氨的代谢,(三) 氨的转运 谷氨酰胺的运氨作用： 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，也是体内氨的储存形式。,尿素、铵盐等,(脑、肌肉),(肝、肾),临床上用谷氨酸盐 降低血氨,氨的代谢,谷氨酰胺,谷氨酸,Asp,Asn,
11、H2O,NH3,天冬酰胺酶,白血病细胞不能,临床上用此酶分解血 的Asn治疗白血病,谷氨酰胺的运氨作用：,返回,尿素循环,正常情况下人体内的氨主要在肝脏中合成尿素而解毒，只有少部分氨在肾脏以铵盐形式由尿排出。 正常成人尿素占排氨总量的8090%。体内氨的来源与去路保持动态平衡，使血氨浓度相对稳定。 在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环，又称Krebs循环或鸟氨酸循环。,尿 素 循 环,尿素循环,主要器官：肝脏（肝细胞线粒体和胞浆） 原料：合成1分子尿素需： 总反应方程式： 生理意义：是体内氨的主要去路，解氨毒的重要途径。, CO2 2NH3（其
12、中1分子来自于天冬氨酸） 3个ATP的4个高能磷酸键,2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O,返回,-酮酸的代谢,氨基酸脱去氨基后生成-酮酸即氨基酸的碳骨架，可以有三条代谢途径。 1再合成氨基酸非必需氨基酸 2进入三羧酸循环，氧化成CO2和水 3转化成糖及脂肪 转化条件： 当体内不需要将-酮酸再合成氨基酸, 并且体内的能量供给充足时, -酮酸可以转化成糖和脂肪而贮存起来。,-酮酸的代谢,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环,-酮酸的代谢,氨基酸的三种类型 生糖氨基酸：丙、精、天冬、天冬酰胺、胱-半胱、谷、谷氨酰胺、甘、组、羟脯、蛋、脯、丝、苏、缬 生酮氨基酸：异亮、苯丙、酪、色、赖 生糖兼生酮氨
13、基酸：亮,返回,一碳单位的代谢,概念：氨基酸在分解过程中产生的含一个碳原子的基团（不包括CO2）。 种类： 特点： 不能游离存在，一般以四氢叶酸为载体参与反应。,甲基（-CH3） 亚甲基（-CH2- 甲烯基） 次甲革（=CH- 甲炔基） 甲酰基（-CHO） 亚氨甲基（-CH=NH）,一碳单位的代谢,四氢叶酸（FH4）的结构与合成,一碳单位的代谢,一碳单位的代谢,一碳单位的生理功能 参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。 参与许多物质的甲基化过程。 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。,返回,CO2的代谢,氨基酸脱羧后形成的CO2大部分直接排出细胞外。 小部分可通过丙酮酸羧化支路被固定，生成草酰乙酸或苹果酸。这些有机酸的生成对于三羧酸循环及通过三羧酸循环产生发酵产物有促进作用。,返回,胺的代谢,氨基酸脱羧形成的胺可在胺氧化酶的催化下生成醛。醛在醛脱氢酶的催化下，加水脱氢生成有机酸。有机酸再经氧化生成乙酰CoA。乙酰CoA进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和H2O。,返回,