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1、第八章 蛋 白 质 降 解 与 氨 基 酸 代 谢,蛋白质的营养功能 与蛋白质的降解 氨基酸的分解代谢 氨基酸的生物合成,第 一 节 蛋白质的营养功能 与 蛋白质的降解,一、蛋白质的营养功能,蛋白质是构成生物体细胞的主要成分 氧化供能 转化成其他营养物质和生理活性物质 具有多种生物功能 促进机体的生长发育和组织的更新与修补,二、蛋白质的需要量 人体每天通过食物蛋白摄入的氮量 与通过尿、粪排出的氮量之间的关系. 1.氮平衡: 摄入氮=排出氮,正常代谢; 2.正氮平衡: 摄入氮排出氮,合成旺盛; 3.负氮平衡: 摄入氮排出氮,分解加强.,生理需要量（成人）: 每日最低需要食进50-100g蛋白,以
2、补充 体内蛋白的分解，保持氮平衡。,蛋白质的生理价值 是指被消化吸收的食物或饲料蛋白质 经代谢转化为机体组织蛋白的利用率. 氮的保留量 生理价值 100 氮的吸收量,蛋白质的互补作用: 营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸可以相互补充，而提高蛋白质营养价值的作用.,必需氨基酸: 人体自身不能合成或合成的量不足,必 须通过食物供应的氨基酸. 苏、赖、苯、蛋、色、亮、异、缬,半必需氨基酸: 组氨酸和精氨酸,非必需氨基酸: 其他十种,三、蛋白质的降解,(一)胃中的消化,蛋白质,胃蛋白酶,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,胃酸,多肽 少量氨基酸,(+),自身激活,-42AA,(Phe.Try.Trp.Leu
3、.Glu),(二)小肠中消化(主要),内肽酶: 胰蛋白酶(碱性氨基酸羧基端肽键) 糜蛋白酶(芳香族氨基酸羧基端肽键) 弹性蛋白酶(脂肪族氨基酸肽键) 外肽酶:羧肽酶A(中性氨基酸羧基末端肽键) 羧肽酶B(碱性氨基酸羧基末端肽键) 氨肽酶,肠激酶:激活胰蛋白酶原,胰蛋白酶再激活糜 蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶等酶原 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用: 水解产物中2/3是寡肽，再被肠粘膜细胞分泌的寡肽酶从氨基末端逐个水解成二肽,再经二肽酶水解成氨基酸.,（三）蛋白质的体外水解,酸水解：6mol/LHCI或4mol/LH2SO4真空100110 水解1024小时。Trp被破坏，Asn和Gln转变为Asp
4、和Glu。 碱水解：5mol/LNaOH真空110 水解20小时。 Trp不被破坏。 酶水解：在最适条件下，根据需要选择不同专一性的蛋白酶进行水解，得到不同水解产物。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,第 二 节 氨基酸的分解代谢,氨基酸的一般代谢 个别氨基酸的代谢,氨基酸分解的基本反应:,1.氨基酸的脱氨基作用 2.氨基酸的转氨基作用 3.氨基酸的联合脱氨基作用 4.氨基酸的脱羧基作用 5.氨基酸的羟化作用,一、氨基酸的一般代谢,1.脱羧基作用,+,特点：专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，辅酶是磷酸吡哆醛；脱羧反应广泛，有些产物具有重要生理功能；但多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺
5、氧化为醛和氨。,CO2,+,磷酸吡哆醛,醛亚胺,+H2O,CO2,H2O,+,反应机制:磷酸吡哆醛是辅酶,形成醛亚胺,脱羧,水解,释放产物胺,（一）-氨基丁酸（GABA）,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,谷氨酸,COOH （CH2）2 HC-NH2,GABA,谷氨酸脱羧酶,+CO2,-氨基丁酸 是抑制性神经递质，对中枢 神经系统有抑制作用，临床用作镇静剂。,（脑、肾）,（二）牛磺酸,半胱氨酸 磺酸丙氨酸 牛磺酸,3O,E,E：磺酸丙氨酸脱羧酶,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分，脑中亦有。,（三）组 胺,HC=C-CH2CH-COOH HN N NH2 C H,HC=C-CH2CH2
6、NH2 HN N C H,-CO2,组胺酸脱羧酶,组氨酸 组胺,组胺生理作用：1.扩血管，增加通透性，降血压。 2.收缩平滑肌（支气管痉挛-哮喘） 3.刺激胃酸分泌,（四）5-羟色胺,色氨酸羟化酶,-CO2,5-羟色氨酸脱羧酶,色氨酸 5-羟色氨酸,5-羟色胺,5-羟色胺又称血清素，广泛分 布于体内各组织。脑中5-羟色胺作 为抑制性神经递质；外周组织中5- 羟色胺具有收缩血管的作用。,（五）多 胺,NH2 （CH2）3 CHNH2 COOH,NH2 （CH2）4 NH2,鸟氨酸脱羧酶,-CO2,SAM 甲硫腺苷 -CO2,精脒合成酶,NH2 （CH2）4 NH（CH2）3NH2,NH （CH2
7、）3NH2 （CH2）4 NH （CH2）3NH2,-CO2,SAM 甲硫腺苷,鸟氨酸 腐胺,精胺 亚精胺（精脒）,精胺与精脒 是调节细胞生长的 重要物质。凡生长旺盛的组织（胚胎、 再生肝及癌瘤组织）多胺含量有所增 加。推测其具有促进核酸及蛋白质合 成的作用。故临床测定癌瘤病人血、 尿多胺含量作为观察病情和辅助诊断 癌症的生化指标之一。,2.氨基酸的脱氨基作用,氧化脱氨 非氧化脱氨 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基作用,（一）氧化脱氨基作用,定义：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。 反应通式：,+O2+H2O,R-C-COOH,+H2O2+NH3,AA氧化酶,O
8、,氨基酸 -酮酸,氨基酸氧化酶的种类 L-氨基酸氧化酶： 催化L-氨基酸氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。 D-氨基酸氧化酶： 体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-氨 基酸不多。,L-谷氨酸脱氢酶： 专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。,谷氨酸 -酮戊二酸,G0,1.活性高（肝、肾、脑） 2.分布广(动、植、微) 2.特异性强 3.是一种变构酶: GTP、ATP是变构抑制剂 GDP、ADP是变构激活剂.,L-谷氨酸脱氢酶的特点:,还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别氨基酸进行, 不普
9、遍）,（二） 非氧化脱氨,（三） 氨基酸的脱酰胺作用,+H2O,+NH3,谷氨酰胺酶,CH2,-,CONH2,CHNH3+,COO-,-,-,+H2O,天冬酰胺酶,+NH3,广泛存在于微、动、植中，有相当高的专一性。,（四）.转氨基作用,-氨基酸在转氨酶的催化下将氨基转移到-酮酸上,生成相应的-氨基酸;原来的-氨基酸则转变成相应的-酮酸 .,转氨酶特点： 1.种类多，分布广泛。 2.大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸 作为氨基的受体，生成谷氨酸。 3.反应平衡常数为1.0左右。 4.在线粒体和细胞液中都可进行转氨反应。,重要的酶: 1. GPT(谷丙转氨酶) 2. GOT(谷草转氨酶) 分布于细
10、胞内，正常血清含量甚少。某种原因造成细胞膜通透性增高、组织坏死或细胞破裂时，大量转氨酶释放入血，血清转氨酶含量升高。,CH3 H-C-NH2 COOH,COOH （CH2）2 C=O COOH,CH3 C=O COOH,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,+,+,丙氨酸 -酮戊二酸 丙酮酸 谷氨酸,GPT：谷丙转氨酶，急性肝炎时血清GPT 活性显著增高。,GPT,COOH CH2 H-C-NH2 COOH,COOH （CH2）2 C=O COOH,+,GOT,COOH CH2 C=O COOH,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,天冬氨酸 -酮戊二酸 草酰乙酸 谷氨酸,
11、GOT:：谷草转氨酶，心肌梗塞时血清含量明显增高.,N,CHO HO CH2O H3C,N,CH2NH2 HO CH2O H3C,N,P,P,R H-C-NH2 COOH,R C=O COOH,R2 H-C-NH2 COOH,R2 C=O COOH,氨基酸-1,磷酸吡哆醛 (氨基传递体),氨基酸-2,-酮酸-1,磷酸吡哆胺,-酮酸-2,氨基传递过程,转氨酶作用机制: 1. 氨基酸与磷酸吡哆醛形成醛亚胺，双键移位，水解，释放出-酮酸与磷酸吡哆胺； 2.-酮酸与磷酸吡哆胺形成醛亚胺，双键移位，水解，释放出氨基酸与磷酸吡哆醛。,（五）.联合脱氨基作用 -体内脱氨的主要方式,氨基酸与-酮戊二酸进行转氨
12、基 作用，生成相应的-酮酸和谷氨酸， 后者在谷氨酸脱氢酶作用下脱去氨基 生成-酮戊二酸和NH3。,R H-C-NH2 COOH,氨基酸,COOH （CH2）2 C=O COOH,R C=O COOH,-酮酸,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,-酮戊二酸,谷氨酸,转氨酶,NH3 + NADH,NAD+ +H2O,L-谷氨酸脱氢酶,氨基酸的联合脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环,存在于肌肉组织中的另一种氨基酸脱氨基作用。,氨基酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 IMP NH3,-酮酸 谷氨酸 草酰乙酸 延胡索酸 AMP H2O,苹果酸,腺苷酸代琥珀酸,腺苷酸脱氢酶,联合脱氨基作用的特点：,a.转氨基作
13、用与谷氨酸脱氢酶催 化的氧化脱氨基作用偶联。,b.联合脱氨基的结果产生游离氨。,c.既是脱氨的方式，也是合成非必 需氨基酸的重要途径。,d.主要存在于肝、肾、脑组织中。,3.氨的代谢去路,氨的转运 谷氨酰胺的生成(主要) 丙氨酸转运 尿素的生成,氨，具有强烈的神经毒性。正常人血氨含量甚微，0.06mmol/L (0.1mg/100ml)。,体内氨的来源,1.内源性氨 体内代谢产生的氨 (1)氨基酸的脱氨基作用（为主）。 (2)肾小管上皮细胞中谷氨酰胺分解产氨。,2.外源性氨 消化道吸收的氨 肠道未消化蛋白和未吸收氨基酸经腐败作用产氨。 血尿素扩散入肠，被细菌尿素酶作用水解生成氨。 肠道产氨：4
14、g/天，是血氨主要来源。,氨 的 吸 收,NH3 NH4+,H+,OH-,NH3比NH4+更易于穿过细胞膜而进入细胞， NH3与NH4+的互变受肠液pH的影响。pH6时NH3大量扩散入血；肠液pH6时NH3转变成NH4+进入肠腔,以铵盐的形式排出体外。,临床应用：弱酸性透析液结肠透析 治疗高血氨症，而禁止 使用肥皂液灌肠。,（一）.氨的转运（向动物肝脏的运输）,以Gln的形式： NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Gln+H2O Glu + NH4+ 以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉） NH4+ -酮戊二酸+NADPH+H+ Glu+NADP+H2O Glu +
15、丙酮酸 -酮戊二酸+ Ala Ala+ -酮戊二酸 Glu+丙酮酸,Gln合成酶,Gln酶,Glu脱氢酶,丙酮酸转氨酶,丙酮酸转氨酶,在肌肉,在肝脏,尿素循环,尿素循环,在肝脏,谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。,Glc-Ala循环的生物学意义： 在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成葡萄糖返回肌肉氧化供能。 肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，以丙氨酸形式运送氨至肝脏进一步转化，既清除肌肉中的氨，又避免丙酮酸积累，一举两得。,（二）.尿素循环,是正常情况下体内氨的主要去路。 主要在肝内合成无毒的尿素，然后由 肾排出。也
16、是肝解毒功能之一。 1932年德国学者克雷布斯（Krebs） 等首先提出尿素生成的鸟氨酸循环学说。,（跨越线粒体和细胞质）,鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,尿素 H2O,天冬氨酸,（NH3 ）,- ATP,琥珀酸,氨基甲酰磷酸,磷 酸,NH3 + CO2 + H2 O,2ATP,2ADP + Pi,氨甲酰磷酸合成酶,（N-乙酰谷氨酸、Mg2+）,线 粒 体,鸟 氨 酸 循 环,每合成一分子尿素, 共解除了2分子的氨毒,一分子来自于AA的脱氨基作用,另一分子来自于天冬氨酸,尿素循环,鸟氨酸循环过程,（1）氨基甲酰磷酸的合成：,CO2+NH3+H2O+2ATP,氨基甲酰磷酸
17、合成酶（肝）,N-乙酰谷氨酸，Mg2+,NH2 -C-O-P=O + 2ADP + Pi,O,OH,OH,（CPS-I）,（2）瓜氨酸的合成,NH2 CO P O,NH2 （CH2）3 CHNH2 COOH,OCT,NH2 C=O NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,+,+,H3PO4,氨基甲酰磷酸 鸟氨酸 瓜氨酸,OCT：鸟氨酸氨基甲酰转移酶（线粒体）,（3）精氨酸的合成,NH2 C=O NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,COOH CH-NH2 CH2 COOH,精氨酸代琥珀酸 合成酶（胞液）,ATP AMP+PPi H2O,+,NH2 COOH C= N C -H NH
18、CH2 （CH2）3 COOH CH-NH2 COOH,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸代琥 珀酸裂解酶,NH2 C=NH NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,+,COOH CH CH COOH,精氨酸 延胡索酸,（4）精氨酸水解生成尿素,NH2 C=NH NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,精氨酸酶,+H2O,NH2 C=O NH2,NH2 （CH2）3 CHNH2 COOH,精氨酸 尿素 鸟氨酸,尿素生成总反应式：,2NH3 + CO2 + 3ATP + 3H2O,CO（NH2）2 + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi,尿素合成小结,1.是一个消耗能量的
19、过程,形成1mol尿素, 消耗4个高能磷酸键 2.合成1mol尿素,消耗2molNH3 和1molCO2 3.氨甲酰磷酸和瓜氨酸合成在线粒体内完 成,其他反应在胞质内完成 4.产物延胡索酸将尿素循环与三羧酸循环 联系在一起,尿素合成的调节,1、食物的影响 高蛋白膳食，合成加快 低蛋白膳食，合成减慢 2、氨基甲酰磷酸合成酶的调节 (N-乙酰谷氨酸别构激活) 3、其他物质对尿素合成的调节,高血氨和氨中毒,1.高血氨:肝功严重受损时,尿素合成障碍, 造成血氨浓度升高的现象. 2.氨中毒:大量氨入脑,与-酮戊二酸合成 谷氨酸,或与脑中的谷氨酸合成谷 氨酰胺,造成脑中-酮戊二酸减 少,TCA减弱,ATP
20、生成减少,引起 大脑功能障碍的现象.严重时可导 肝昏迷.,TAC ,脑供能不足,脑内 -酮戊二酸,氨中毒的可能机制,4、-酮酸的代谢去路,1.生成非必需氨基酸:,-酮酸 非必需氨基酸,联合脱氨基作用,-酮戊二酸 谷氨酸,GLu脱氢酶,2. 生成糖和脂 生酮氨基酸：在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。 Leu、Lys。 生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸.都称为生糖氨基酸，它们都能生成葡萄糖。 Asp、Asn、Gly、Ser、Ala、The、Cys、Glu、Gln、His、Pro、Arg、Met、Val。 生酮
21、兼生糖氨基酸: Phe、Tyr、 Trp 、 Ile。,20 种氨基酸的碳架可转化成7 种物质： 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 最后集中为5 种物质进入TCA： 乙酰CoA、- 酮戊二酸、琥珀酰CoA、 延胡索酸、草酰乙酸。 -酮酸在体内可通过TCA彻底氧化成水和二氧化碳,并释放能量供机体使用.,3.氧化供能:,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,二、
22、个别氨基酸的代谢,1、甘氨酸、丝氨酸等与一碳单位代谢,定义：某些氨基酸在体内分解代谢过程中 产生的含有一个碳原子的基团， 称为一碳基团。,载体：四氢叶酸FH4（辅酶） 结合部位：FH4的N5，N10位,种类： -CH3 甲基 -CH2- 亚甲基 -CH 次甲基、甲烯基 -C 甲炔基 -HC=O 甲酰基 -CH2OH- 羟甲基 -CH2 NH2 氨基甲基 -CH=NH 亚氨甲基,COOH （CH2）2 CO-NH-CH COOH,-CH2-N,H2N,OH,CH2,10,5,N5，N10-亚甲基四氢叶酸,N,N,N,N,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（1）.亚甲基来自丝氨酸和甘氨酸代谢,CH2O
23、H CHNH2 COOH,+FH4,丝氨酸羟甲 基转移酶,-H2O,N5，N10-CH2-FH4,CH2NH2 COOH,+,丝氨酸 甘氨酸,CH2NH2 COOH,+FH4,甘氨酸氨解酶,NAD+ NADH+H+,CO2、NH3、 N5，N10-CH2-FH4,（2）.甲酰基来自色氨酸和甘 氨酸代谢中产生的甲酸,色氨酸 HCOOH + 犬尿氨酸,甘氨酸 乙醛酸 甲酸,氧化 脱氨基,氧化,HCOOH N10-CHO-FH4,FH4甲酰化酶,FH4 ATP ADP+Pi,（3）.亚氨甲基来自组氨酸分解代谢,HC=C-CH2CH-COOH HN N NH2 C H,HOOC-CH-（CH2）2-C
24、OOH HN NH C H,组氨酸 亚氨甲酰谷氨酸,亚氨甲基转移酶,FH4 N5-CH=NH-FH4,谷氨酸,（4）.次甲基的生成,（1）亚甲基脱氢,N5，N10-CH2-FH4 N5，N10=CH-FH4,2H,（2）甲酰基脱水,N10-CHO-FH4 N5，N10=CH-FH4,+,+,H2O,（3）亚胺甲基脱氨,N5-CH=NH-FH4 N5，N10=CH-FH4,+,NH3,5.甲基的生成,N5，N10-CH2-FH4 N5-CH3-FH4,NADH NAD+,（不可逆）,蛋氨酸 S-腺苷蛋氨酸 甲基化物,ATP PPi+Pi,FH4 同型半胱氨酸,N5-CH3-FH4,甲基B12,丝
25、氨酸 N5，N10-CH2-FH4 脱氧胸苷酸,FH4 H2O,甘氨酸,组氨酸 N5-CH=NH-FH4 N5,N10=CH-FH 4 嘌呤核苷酸,FH4,NH3,甲酸 N10-CHO-FH4,ATP ADP+Pi,FH4,DNA,RNA,一碳单位的来源、转变及利用,甲硫氨酸与转甲基作用,甲硫氨酸 + ATP S-腺苷甲硫氨酸,(S-CH3),腺苷转移酶,PPi + Pi,(SAM),SAM S-腺苷同 同型半胱氨酸 型半胱氨酸,甲基转移酶,RH R-CH3,腺苷,由SAM参加的一些转甲基作用,甲基接受体 甲基化产物,去甲肾上腺素 肾上腺素 瓜乙酸 肌酸 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰胆碱 RNA 甲基
26、化的RNA DNA 甲基化的DNA 蛋白质 甲基化的蛋白质,甲硫氨酸,S-腺苷甲硫酸 （SAM）,S-腺苷同型 半胱氨酸,同型半胱氨酸,RH,R-CH3,H2O,腺苷,FH4,N5-CH3-FH4,ATP,PPi+Pi,N5-CH3-FH4 转甲基酶(VitB12),甲硫氨酸循环,一碳单位代谢的生理意义,1.氨基酸代谢的产物; 2.合成嘌呤、嘧啶的必要原料: 提供嘌呤、嘧啶环上的C; 3.提供甲基，合成重要化合物: SAM 激素 核酸 磷脂,2.芳香族氨基酸的分解代谢,酪氨酸代谢与黑色素形成,Tyr酶,聚合,黑色素,动物,植物,激素,生物碱,多巴,多巴醌,多巴胺,Tyr酶,帕金森病(Parki
27、nson disease)患者多巴胺生成减少。 在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。 人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,苯丙酮酸尿症（PKU）,苯丙氨酸 酪氨酸,苯丙酮酸,（转氨基）,PKU：苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏时，体内 苯丙氨酸蓄积转变成苯丙酮酸，造成 尿中出现大量苯丙酮酸等代谢产物。 患儿智力发育障碍。,氨基酸的重要含氮衍生物,第 三 节 氨基酸的生物合成,一、氨的同化 二、氨基酸的合成,一 、氨的同化,定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程（N素亦称生命元素）,氨同化的途径：,谷氨酸的形成途径: 谷氨酰胺合成酶，谷氨酸脱氢酶，谷氨酸合成酶,氨甲酰磷酸形成途径： 氨甲酰磷酸合成酶，氨甲酰磷酸激酶,二、氨基酸的合成,类型： -酮戊二酸-谷氨酸族氨基酸 草酰乙酸-天冬氨酸族氨基酸 丙酮酸-丙氨酸族氨基酸 乙醛酸和3-磷酸甘油酸-丝氨酸族氨基酸 4-磷酸-赤藓糖和PEP-芳香族氨基酸 磷酸核糖-组氨酸族,