蛋白质和氨基酸的代谢.ppt

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1、第一节蛋白质的降解,一. 蛋白质的生理功能 1、维持细胞组织的生长、更新和修补；,2、参与多种重要的生理活动酶、多肽激素、抗体、调节蛋白、肌肉收缩、血液凝固、胺类神经递质等；,3、氧化供能：17.19kJ（4.1kCal）/g蛋白质,* 食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的不足，提高蛋白质营养价值的作用。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.蛋白质的需要量,2、氮平衡,氮的总平衡：摄入氮=排出氮（正常成人）,1、生理需要量成人：分解20g/日最低需30-50g/日我国营养学会推荐80g/日,氮的负

2、平衡：摄入氮排出氮(饥饿、消耗性疾病),正氮平衡：摄入氮排出氮(儿童、孕妇和恢复期病人),第一节蛋白质的降解,一、蛋白质降解的特性 1、细胞有选择地降解非正常蛋白质； 2、正常细胞内蛋白质被排除的速度是由它们的特性所决定的； 3、细胞中蛋白质降解的速度还与它的营养及激素状态有关。二、蛋白质降解的反应机制 1. 溶酶体降解蛋白质体系溶酶体（lysozyme）含有50多种水解酶，可降解包括膜蛋白、细胞外的蛋白质以及长半寿期的蛋白质。分解方式： a. 自噬泡：将待分解物纳入，将其分解。 b. 包吞作用：将细胞外蛋白质引入，再分解。,1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation),蛋白

3、质T1/2：人血浆蛋白质 10天肝蛋白质 1-8天结缔组织 180天,蛋白质降解途径：,ATP依赖性的蛋白质降解体系工作程序,a. 被选定降解的蛋白质以共价键与泛肽连接,“Ubiquitin”在ATP水解推动下与泛肽活化酶（E1）偶联与泛肽携带蛋白（E2）结合经泛肽蛋白连接酶（E3）催化，泛肽与宣布无用的蛋白质上的lys的氨基形成异肽键。一般情况下是若干个泛肽分子形成的多聚体与那些宣布无用的蛋白质相连接。,b. 泛肽连接的蛋白质由蛋白水解酶体降解先在复合体上降解为小的肽段、释放由细胞溶胶中的肽酶水解为氨基酸。,三、外源蛋白质的需要及其消化,1. 成人每天需要80g左右的蛋白质补充。,

4、2. 蛋白质在高等动物体内的消化吸收.,食物中的蛋白质,胃,多肽,小肠,氨基酸,胃蛋白酶,*多种酶,血液,全身各组织,合成机体蛋白质,分解代谢,C2O、H2O、ATP,糖、脂肪,肠液中肠激酶的作用和小肠粘膜细胞的消化作用 (1). 肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活 (2). 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,肠激酶,3. 蛋白质的消化：特异蛋白水解酶作用胃蛋白酶：色、苯丙、酪、蛋、亮胰蛋白酶：精、赖糜蛋白酶：苯丙、酪、色弹性蛋白酶：脂肪族氨基酸残基氨基肽酶：除脯氨酸外任何氨基酸残基（氨基端）羧基肽酶A：除精、赖、脯外氨基酸残基（羧基端）羧基肽酶B：精、赖（羧基端）,

5、四.蛋白质的腐败(putrefaction) 肠道细菌对蛋白质及其消化产物的作用,（三）.其他有害物质的生成: 苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢,第二节氨基酸的分解代谢,氨基酸代谢概况,食物蛋白质,氨基酸,特殊途径,-酮酸,糖及其代谢中间产物,脂肪及其代谢中间产物,TCA,鸟氨酸循环,NH4+,NH4+,NH3,CO2,H2O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰氨衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,（次生物质代谢）,CO2,胺,SO4 2 -,一、转氨基作用,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

7、酶作用相偶联,b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,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。,a. 转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,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,b. 转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,* -酮酸的代谢 1. 生成非必需氨基酸；2. 转变成糖和脂类；3. 氧化供能,氨基酸生糖及生酮性质的分类 - 类别氨基酸 - 生糖氨基酸甘、丝、缬、精、半胱、脯、羟脯、丙、组、谷、谷氨酰胺、天冬、天冬酰胺、蛋生酮氨基酸亮、赖生糖兼生酮氨基酸异亮、苯丙、酪、苏、色 -,四. 氨的转运

8、氨在血液中的运输形式：丙氨酸和谷氨酰胺（一）. 丙氨酸-葡萄糖循环意义：使肌肉的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝脏,（一）、葡萄糖-丙氨酸循环将氨运入肝脏,丙酮酸,丙氨酸,血液,氨基转移酶,肌肉中,释放,肝脏,转氨作用,丙酮酸,葡萄糖,糖异生,糖酵解,氨基酸最后以氨或天冬氨酸告终，产物用于尿素的形成。,* 氨基酸转移酶肌肉中有，心肌含量丰富。,（二）. 谷氨酰胺的运氨形式,谷氨酰胺：氨的解毒产物，氨的贮存和运输形式,形成谷氨酰胺,谷氨酸+ NH3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,肝细胞,血液,无毒物质，容易透过细胞膜。,谷氨酸+ NH3,谷氨酰胺酶,* 这是脑组织中氨大的主要排除方式。,生物种属不同

9、氨的排除方式有很大的差异。如微生物利用游离氨进行其他含氮物质的合成，排氮动物、排尿酸动物、排尿素动物等。,五、氨的代谢转变,血氨： 0.1 mg/dl (0.6 mol/L),NH3,氨基酸脱氨基作用肠道蛋白质的腐败谷氨酰胺（肾）,尿素合成谷氨酰胺合成核苷酸、非必需氨基酸 NH4 尿,体内氨的来源与去路,+,1. 谷氨酸的重新生成,L-谷氨酸脱氢酶,谷氨酸+ H2O,-酮戊二酸+ NH3,NAD（P）+,NAD（P）H,体内氨的来源 1. 氨基酸脱氨基以及胺、嘌呤、嘧啶的分解胺氧化酶 RCH2NH2 RCHO + NH3,2. 肠道吸收碱性 NH4 NH3 吸收酸性,+,3.

10、肾脏产生肾小管 H+ NH4 尿谷氨酰胺谷氨酸 + NH3 OH- 血,+,3. 尿素的形成尿素循环,a、概念,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。,b、总反应和过程,NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2+ AMP +PPi+延胡索酸,酶,c、合成部位：肝脏,d、合成机理: 鸟氨酸循环,NH2 NH2 | | C=O C=NH | | NH2 NH NH | | | （CH2）3 （CH2）3 （CH2）3 | | | CH-NH2 CH-NH2 CH-NH2 | | | COOH C

12、 | | CH-NH2 + H2O C=O + CH-NH2 | | | COOH NH2 COOH 精氨酸尿素鸟氨酸,1,2,3,4,5,五. 尿素循环的调节 a.氨基甲酰磷酸合成酶I对尿素合成的影响,乙酰CoA 谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,乙酰谷氨酸合成酶,精氨酸,激活,氨基甲酰磷酸合成酶I,变构激活,b. 底物浓度控制尿素循环中的其他酶,c.其他物质对尿素合成的调节物质代谢相互联系的影响氨代谢的其他途径可影响尿素的合成：如谷氨酰胺和谷氨酸的生成,b. 底物浓度控制尿素循环中的其他酶, 谷氨酸丙酮酸酮戊二酸丙氨酸谷氨酸草酰乙酸酮戊二酸天冬氨酸,谷丙转氨酶：glutami

13、c pyruvic transaminase(GPT) （丙氨酸转氨酶 alanine transaminase, ALT) 谷草转氨酶：glutamic oxaloacetic transaminase(GOT) (天冬氨酸转氨酶 aspartate transaminase, AST),六. 氨基酸的脱羧基作用,1、概念,氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。,3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）,（一）. -氨基丁酸,COOH | (CH2)2 COOH | L-谷氨酸脱羧酶 | CH-NH2 (CH2)2 | CO2 | COOH

14、CH2NH2 L- 谷氨酸 -氨基丁酸,-氨基丁酸:-aminobutyric acid, GABA 抑制性神经递质,（二）.牛磺酸,CH2SH CH2SO3H | 3O | 磺酸丙氨酸脱羧酶 CH2SO3H CH-NH2 CH-NH2 | | | CO2 CH2NH2 COOH COOH L-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸,牛磺酸：胆汁酸的组成成分,（三）. 组胺,（四）. 5-羟色胺,5羟色胺：抑制性神经递质；收缩血管作用,七. 高氨血症和氨中毒正常血氨浓度： 0.1 mg/dl (0.6 mol/L),第三节氨基酸碳骨架的分解代谢,一、氨基酸碳骨架的代谢途径,（1）再氨基化生成氨基酸

15、,（2）转变成糖或脂肪,生糖氨基酸和生酮氨基酸,（3）氧化成CO2和H2O,二、分解部位,主要在肝脏，次之在肾脏，肌肉中少见。,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰氨,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸,丙氨酸色氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸,谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸,异亮氨酸亮氨酸缬氨酸,苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸,葡萄糖,柠檬酸,三、氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,1,2,3,4,四. 一碳单位的代谢 1. 定义：某些氨基酸代谢过程中所产生的含有一个

16、碳原子基团的总称.包括：甲基(-CH3),甲烯基(-CH2-),甲炔基(-CH=),甲酰基(-CHO),亚氨甲基(-CH=NH)等。,2. 载体四氢叶酸是携带一碳单位的载体.,3.来源: 丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸,N10-CHO-FH4 N10甲酰四氢叶酸,N5,N10=CH-FH4 N5,N10甲炔四氢叶酸,N5,N10-CH2-FH4 N5,N10甲烯四氢叶酸,N5-CH3-FH4 N5甲基四氢叶酸,+NH3 N5-CH=NH-FH4 -NH3 N5亚氨甲基四氢叶酸,NADPH + H+ NADP+,NADH + H+ NAD+,H+ H2O,不可逆,4. 一碳单位的相互转变

17、,5. 一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH2-FH4,N5 N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N10 -CHO-FH4,N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,6. 氨基酸代谢库(metabolic pool)：体内所有游离氨基酸的总称,肌肉50% 肝脏10% 肾脏4% 血浆1-6%,五、氨基酸与生物活性物

18、质,1. 儿茶酚胺与黑色素的合成儿茶酚胺：多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素,CH2NH2 CH2NHCH3 | S腺苷蛋氨酸 S腺苷同型半胱氨酸 | CHOH CHOH | |,HO,HO,OH,OH,去甲肾上腺素肾上腺素,2、色氨酸的代谢 5羟色胺色氨酸一碳单位核酸代谢丙酮酸糖代谢乙酰乙酰辅酶A 脂代谢,表氨基酸衍生的重要含氮化合物 - 化合物生理功能氨基酸前体 - 嘌呤碱含氮碱基，核酸合成天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸嘧啶碱含氮碱基，核酸合成天冬氨酸卟啉化合物血红素、细胞色素甘氨酸肌酸、磷酸肌酸能量贮存甘氨酸、精氨酸、蛋氨酸尼克酸维生素色氨酸

19、多巴胺、肾上腺素神经递质、激素苯丙氨酸、酪氨酸去甲肾上腺素甲状腺素激素酪氨酸黑色素皮肤色素苯丙氨酸、酪氨酸 5羟色胺血管收缩剂、神经递质色氨酸组胺血管舒张剂组氨酸氨基丁酸神经递质谷氨酸精胺、精脒细胞增殖促进剂蛋氨酸、精（鸟）氨酸 -,六、氨基酸代谢缺陷症,氨基酸代谢中缺乏某种酶致使该酶的作用物在血中或尿中大量出现。这是一种分子病，和DNA分子突变有关。,症状：智力迟钝、发育不良、周期性呕吐、沉睡、共济失调及昏迷等。,大部分发生在婴幼儿时期，常在幼年就导致死亡。,第四节氨基酸的生物合成,一、生物固N的化学本质,3H2,6e-,2NH3,N2,+,固N条

20、件（1）电子供体：氧化底物（MH2）、丙酮酸、H2 （2）ATP供能（3）厌氧环境,固 N 酶,b、ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。,（1）结构组成,（2）作用机理：,（3）特点：是一种多功能酶,N2,还原剂,铁蛋白,钼铁蛋白,a、氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可催化N2O化合物等还原。,铁蛋白：二聚体、含Fe和S，形成Fe4S4簇,钼铁蛋白：四聚体（22），含Mo、Fe和S,二、氨基酸的生物合成,氨基酸的生物合成的碳架来源,（1）非必需氨基酸的生物合成,（2）各族氨基酸的前体及相互关系,a、由-酮酸氨基化生成,b、由某些非必需氨基酸转化而来

21、,c、由某些必需氨基酸转变而来,非必需氨基酸的生物合成,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His 和芳香族,三、各种氨基酸的前体及相互关系,四、氨基酸生物合成的调节,最迅速的调节机制是反应的终产物对最先反应步骤的反馈抑制。,机制：通过对酶的别构效应抑制其活性。,葡萄糖或糖原甘油三酯磷酸丙糖 a-磷酸甘油脂肪酸磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乳酸乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮体草酰乙酸柠檬酸延胡索酸 a酮戊二酸谷氨酸琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸,亮氨酸异亮氨酸色氨酸,天冬氨酸天冬酰胺,苯丙氨酸酪氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸,精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸,亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸,图氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,

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