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1、蛋白质的分解代谢,第 十 章,概述,第一节,一、 食物蛋白质的营养作用,（一）维持细胞、组织的生长、更新和修补,（二）参与多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。,（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。,（一） 氮平衡(nitrogen balance) 摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）,氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）,氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）,氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。,（二）生理需要
2、量,成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,（三）蛋白质的营养价值,其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,携带一本亮色书来,2、蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量和种类。,3、蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,二、 食物蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性
3、蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase) 自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,消化过程-酶的帮助,蛋白质在胃和肠道被消化成氨基酸和寡肽,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,1. 胃中消化,2. 肠中消化 小肠是蛋白质消化的主要部位。,肠液中酶原的激活,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 酶原还可视为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,胰蛋白酶原的激活过程,小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase
4、)等。 肠激酶,吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程,三、氨基酸的吸收,氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。,载体类型,中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体,-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系 此种转运也是耗能的主动吸收过程 吸收作用在小肠近端较强,肽的吸收,四、腐败作用,肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用,腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯
5、酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,蛋白质的腐败作用(putrefaction),（一）胺类(amines)的生成,假神经递质(false neurotransmitter),COOH,COOH,多巴胺,肾上腺素,CH3,-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。,（二） 氨的生成,（三）其它有害物质的生成,五、氨基酸代谢一览,食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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,不依赖ATP 利用组
6、织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白,1、溶酶体内降解过程,体内蛋白质分解生成氨基酸,2、依赖泛素(ubiquitin)的降解过程,以色列的阿龙.切哈诺沃,阿夫拉姆.赫什科和美国的欧文.罗斯获2004年诺贝尔化学奖 依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,第二节 氨基酸的一般代谢,一、氨基酸脱氨基,指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式,转氨基作用 氧化脱氨基 联合脱氨基 非氧化脱氨基,（一）转氨基作用(transamination),1. 定义 在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相
7、应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。,2. 反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。 反应式左边R2一般是-酮戊二酸或草酰乙酸。,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,3. 转氨酶,谷丙转氨酶 谷丙转氨酶：谷氨酸+丙酮酸 -酮戊二酸+丙氨酸 谷草转氨酶 谷草转氨酶：谷氨酸+草酰乙酸 -酮戊二酸+天冬氨酸,正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,4. 转氨基作用的机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸
8、的重要途径。,通过此种方式并未产生游离的氨。,5. 转氨基作用的生理意义,（二）氧化脱氨基作用,存在于肝、脑、肾中 辅酶为 NAD+ 或NADP+ GTP、ATP为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂,催化酶： L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸,NH3,-酮戊二酸,NAD(P)+,NAD(P)H+H+,H2O,以谷氨酸氧化脱氨基为主,（三）联合脱氨基作用,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,定义,转氨基偶联氧化脱氨基作用,H2O+NAD+,转氨酶,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾和脑组织进行。,转氨酶,-酮戊二酸,+
9、NAD+,谷氨酸脱氢酶,+ NADH+H+,氨基酸,-酮酸,谷氨酸,苹果酸,腺苷酸 代琥珀酸,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),腺苷酸代琥 珀酸合成酶,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基及其他非氧化脱氨基作用,二、氨的代谢,氨的来源,氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。,（一）氨的来源和去路,其它含氨物质的分解,肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,肠道细菌腐败作用产生氨,氨的去路,在肝内合成尿素，这是最主要的去路；,肾小管泌氨,分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；,合成谷氨酰胺。,1、谷氨酰胺的运氨作用,反应过
10、程,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。,生理意义,（二）氨的转运,2、丙氨酸-葡萄糖循环,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。,丙 氨 酸,葡 萄 糖,肌肉 蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,葡萄糖,（三）尿素合成,尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Hen
11、seleit循环。,NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,1、尿素的合成过程,氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸,反应在胞液中进行。,精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸,反应在胞液中进行。,鸟氨酸循环,反应小结：,原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。 过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能：3
12、 个ATP，4 个高能磷酸键。,3、尿素合成的调节,2、尿素合成的生理意义,解氨毒，调节酸碱平衡,血氨浓度升高称高血氨症(hyperammonemia),高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,4、高血氨症与氨中毒,常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。,TAC ,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,三、 -酮酸的代谢,氨基酸脱氨基后生成的-酮酸(-keto acid）主要有三条代谢去路。,（一）-酮酸可彻底氧化分解并提供能量,（二）-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸,（三）-酮酸可转变成糖及脂类化合物,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸
13、,-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,第三节 氨基酸的特殊代谢,一、氨基酸脱羧基,（一）-氨基丁酸(-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,（二）组胺 (histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，是神经递质，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。,（三）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为神经递质起，抑制作用；
14、在外周组织有收缩血管的作用。可衍变为裉黑激素。,L-鸟氨酸 鸟氨酸脱羧酶 H2N-(CH2)4-NH2腐胺 丙氨转移酶 H2N-(CH2)4-NH -(CH2)3-NH2 精脒 丙氨转移酶 H2N-(CH2)3-NH -(CH2)4-NH -(CH2)3-NH2 精胺,返回,多胺是调节细胞生长的重要物质。,（四）多胺,二、一碳单位代谢,某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,甲基 (methyl) -CH3 甲烯基 (methylene) -CH2- 甲炔基 (methenyl) -CH= 甲酰基 (formyl) -CHO 亚胺
15、甲基 (formimino) -CH=NH,1、一碳单位的种类和来源,2、一碳单位的载体,四氢叶酸作为一碳单位的运载体,四氢叶酸的结构,FH4的生成,FH4携带一碳单位的形式,（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）,一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢,3、一碳单位的生成,4、一碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5, N10=CHFH4,N5, N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,5、一碳单位的生理意义,参与嘌呤和嘧啶的合成，把氨基酸代谢和核酸代谢联系
16、起来。,三、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸循环,1、甲硫氨酸循环过程,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,甲硫氨酸循环(methionine cycle),2、甲硫氨酸循环生理意义,（二）半胱氨酸与胱氨酸代谢,1、半胱氨酸可转变成牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。,2、半胱氨酸可生成活性硫酸根,3、半胱氨酸参与合成谷胱甘肽,四、芳香族氨基酸代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,1、苯丙氨酸羟化形成酪氨酸,苯丙酮酸尿
17、症(phenyl keronuria, PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,2、酪氨酸合成甲状腺激素,S-腺苷同型半胱氨酸,帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。,3、酪氨酸转变为儿茶酚胺,多巴醌,吲哚醌,黑色素,聚合,黑色素(melanin) 的生成,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)。,4、酪氨酸转化成黑色素,5、酪氨酸氧化分解,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时（缺乏尿黑酸氧化酶），尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,五、甘氨酸代谢,色氨酸的分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA,色氨酸,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,维生素 PP,六、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸的分解代谢,氨基酸的重要含氮衍生物,第四节 激素对蛋白质代谢的调节,小结,蛋白质的营养价值评价 氮平衡 氨基酸的脱氨基作用 体内氨的来源、去路和氨的转运 尿素合成的基本过程：场所、关键酶；高血氨症和氨中毒。 一碳单位代谢的概念；载体；一碳单位的来源；生理意义。 苯丙氨酸及酪氨酸代谢缺陷的遗传疾病。,