蛋白质的分解代谢ppt课件.ppt
蛋白质的分解代谢,第 十一 章,蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein,第一节,一、蛋白质的生理功能,1. 构成组织细胞的重要成分,并维持组织细胞的生长、修补和更新。,2. 转变为生理活性分子，参与多种重要的生理活动及物质代谢的调控。,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）、调节代谢（激素）等,3. 氧化供能。,通过氮平衡实验可以了解体内蛋白质代谢情况。已知蛋白质含氮量平均为16%，所以测定食物含氮量就可以分析食物中蛋白质含量；蛋白质通过分解代谢所产生的含氮废物主要通过尿液和粪便排出体外，所以测定尿液、粪便中的含氮量可以分析体内蛋白质的分解情况。 体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogen balance)。,1、氮平衡（nitrogen balance）,2. 蛋白质的最低生理需要量,在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为。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7080g。,3. 蛋白质的营养价值,其余10种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,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种类、含量和比例。衡量蛋白质营养价值高低的指标是蛋白质的生理价值。,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。 谷类：色氨酸多，赖氨酸少豆类：色氨酸少，赖氨酸多,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,一、 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。,消化过程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。,蛋白质,少量氨基酸 + 多肽碎片,胃蛋白酶,（二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位。,1. 胰腺分泌的蛋白酶,胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，根据作用部位的不同分为内肽酶和外肽酶。,内肽酶 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、 糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶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。,胰蛋白酶,糜蛋白酶原,弹性蛋白酶,羧基肽酶原,胰蛋白酶原,2.肠激酶,糜蛋白酶,弹性蛋白酶原,羧基肽酶,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,寡肽酶（氨基肽酶及二肽酶）,二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸吸收机制：耗能的主动吸收过程,氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制,ADP+Pi,ATP,K+,K+,Na+,Na+,外,膜,内,蛋白质的吸收,（一）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,三、 蛋白质的腐败作用,肠道细菌对未被消化的蛋白质及其未吸收的消化产物所起的作用，产生对人体有害的物质。,腐败作用的产物大多有害，如胺、硫化氢、甲烷、氨、苯酚、吲哚等。,蛋白质的腐败作用,组氨酸 赖氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸,氨基酸,CO2,胺类,（一）胺类的生成,假神经递质,某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,-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而昏迷，临床称为肝昏迷。,（二）酚类的生成：酪氨酸脱羧生成的酪胺，可以一进步脱氨基和氧化，生成苯酚和对甲苯酚等有害物质。,（三）色氨酸通过肠道细菌作用产生吲哚和甲基吲哚，是粪臭的来源。,（四）硫化氢的生成：半胱氨酸在肠道细菌 的作用下分解产生硫醇、硫化氢和甲烷等。,（五）氨的生成：没有吸收的氨基酸在肠细菌的作用下发生还原性脱氨基作用，生成NH3。,第三节氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,氨基酸（amino acids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢，本章主要讨论氨基酸的分解代谢。,个别分解代谢 特殊侧链的分解代谢氨基酸的分解代谢 一般分解代谢 脱氨基作用 NH3 + -酮酸,脱羧基作用,CO2+胺类,一、体内氨基酸代谢概述,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(metabolic pool),氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,目 录,合成组织蛋白,二、 氨基酸的脱氨基作用,定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应-酮酸的过程。主要在肝、肾中进行,脱氨基方式：,转氨基作用氧化脱氨基作用联合脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环,（一）转氨基作用（transamination）,在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。,要点：反应可逆。体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。,1.转氨基作用机制,2.体内重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶（alanine amino-transferase, ALT或glutamic pyruvic transaminase, GPT）： 肝中活性最高天冬氨酸氨基转移酶（aspartate amino-transferase, AST或glutamic oxalo-acetic transaminase, GOT）：心肌中活性最高临床意义: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。,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。,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的重要途径。,3. 转氨基作用的生理意义,（二）氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）,氨基酸,亚氨基酸,反应过程包括脱氢和水解释氨两步。 -2H +H2OR-CH（NH2）COOH R-C（=NH）COOH R-COCOOH + NH3,氨基酸的氧化脱氨基反应主要由L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase)和氨基酸氧化酶amino acid oxidase) 所催化。,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,* L-谷氨酸脱氢酶： 活性强，分布广（除肌肉组织外） 辅酶为NAD+或NADP+，生成的NADH可以通过 氧 化磷酸化生成ATP 专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆,其逆反应是细胞合成谷氨酸的反应,+ NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸脱氢酶,（三）联合脱氨基作用,是指氨基酸在氨基酸转移酶作用和L-谷氨酸脱氢酶的催化下，使氨基酸脱下氨基生成-酮酸和NH3过程。联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。其逆反应是合成非必须氨基酸的主要途径。,2. 类型, 转氨基偶联氧化脱氨基作用,1. 定义, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环, 转氨基偶联谷氨酸氧化脱氨基作用,H2O+NAD+,转氨酶,主要在肝、肾组织进行。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。, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,苹果酸,腺苷酸代琥珀酸,肌苷酸 (IMP),腺苷酸代琥珀酸合成酶,此种方式主要在肌肉组织进行,（四）、非氧化脱氨基作用（1）脱水脱氨基（2）裂解脱氨基,氨 的 代 谢,Metabolism of Ammonia,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝脏合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。,一、血氨（NH3)的来源与去路,1. NH3的来源, 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源,胺类物质氧化也可以产生氨,肠道内未吸收的氨基酸的腐败作用以及尿素分解产生的氨,2. NH3的去路, 在肝内合成尿素，这是最主要的去路, 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物, 合成谷氨酰胺运输到肾，通过肾脏排出体外,水解产生的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出,肠道PH，NH4+NH3，肠道氨吸收,高血氨病人禁用碱性肥皂液灌肠,肝硬化腹水病人，不宜使用碱性利尿药,肠道对氨的吸收取决于肠道pH值：,1. 谷氨酰胺的运输和贮存作用,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为NH3和谷氨酸，从而进行解毒。,二、NH3的转运,2. 丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle),是肌肉与肝之间氨的转运形式。意义：既使肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。,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、尿素的合成,（一）生成部位 主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,（二）生成过程,尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 1932年提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,实验根据如下：,大鼠肝切片与NH4+保温数小时，NH4+，尿素；加入鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸后，尿素；上述三种氨基酸结构上彼此相关；早已证实肝中有精氨酸酶。,1. 氨基甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,2. 瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,3. 精氨酸的合成,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,4. 精氨酸水解生成尿素,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H2O,天冬氨酸提供氨基后，生成的延胡索酸可以循三羧酸循环途径加水、脱氢转变为草酰乙酸，后者经谷草转氨酶的催化接受谷氨酸转来的氨基，又生成天冬氨酸。而谷氨酸的氨基可以来自其它氨基酸与-酮戊二酸的转氨基作用。因此，体内多种氨基酸的氨基可以天冬氨酸的形式参与尿素的合成。,（三）尿素合成小结,主要器官：肝脏, CO2 2NH3（其中1分子来自于天冬氨酸*） 3ATP（共消耗4个高能磷酸键）,生理意义：体内氨的主要去路, 解氨毒的重要途径。,总反应方程式：,原料：合成1分子尿素需：,2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O,关键酶：精氨酸代琥珀酸合成酶,（四）尿素合成的生理意义,血氨浓度升高称高血氨症 ( hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高血氨症。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)，或者肝昏迷。通过合成尿素，把有毒的氨转变成水溶性强的的尿素，从尿液排除体外。,TCA ,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,（一）经氨基化生成非必需氨基酸,（二）转变成糖及脂类,氨基酸生糖及生酮性质的分类,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。,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,（三）氧化供能,-酮酸在体内可通过TCA 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。,（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，其生成不足容易导致中枢神经系统过度兴奋。,四、氨基酸的脱羧基作用,（二）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为抑制性神经递质，起调节睡眠、调节体温和镇痛有关；松果体中5-HT可转化为褪黑激素，与神经内分泌及免疫调节有关；在外周组织有收缩血管的作用。,（三）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，引起血压下降；使支气管平滑肌痉挛而发生哮喘；还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌；组胺也是一种中枢神经递质,（四）牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分，在脑组织中比较多，可能起到抑制性神经递质的作用。,（五）多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),S腺苷甲硫基丙胺,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,亚精胺 (spermidine),丙胺转移酶,丙胺基,精胺 (spermine),多胺是调节细胞生长的重要物质，可促进组织细胞的生长，在生长旺盛的组织中（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，鸟氨酸脱羧酶活性较强。,胺类物质大多有较强的生理活性作用，如果过多会导致神经和血管等系统功能紊乱。不过，正常情况下机体内存在多种胺类氧化酶，可以将胺类氧化为相应的醛而灭活，醛再进一步氧化为酸，酸继续氧化分解后排除体外。,第四节 个别氨基酸的代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,一、一碳单位的代谢,分解,含一个碳原子的基团,概念：氨基酸,载体：四氢叶酸（FH4）,（一）一碳单位的种类和来源,种类,甲基 (methyl),-CH3,甲烯基 (methylene),-CH2-,甲炔基 (methenyl),-CH=,甲酰基 (formyl),-CHO,亚氨甲基 (formimino),-CH=NH,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,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）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（三）一碳单位与氨基酸代谢,一碳单位的相互转变,S-腺苷甲硫氨酸,N5-CH3-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,丝氨酸甘氨酸,组氨酸,参与甲基化反应,为脱氧胸苷酸合成提供甲烯基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,色氨酸,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,N5 CHNH-FH4,（四）一碳单位的生理功用,* 参与嘌呤、嘧啶核苷酸及甲硫氨酸等的合成。,将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。,* 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。,*参与许多物质的甲基化过程。,二、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. 甲硫氨酸的活化,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,2. SAM为体内甲基的直接供体,3. 甲硫氨酸循环,VitB12缺乏 FH4不能再生 一碳单位转运障碍 核酸合成障碍 细胞分裂障碍 巨幼红细胞性贫血,甲硫氨酸循环的生理意义：提供甲基，以参与甲基化反应。,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2、半胱氨酸氧化分解为硫酸根,PAPS是活性硫酸根，参与转硫酸基反应，进而参与硫酸软骨素、硫酸角质素和肝素的合成,谷氨酸 + 半胱氨酸, -谷氨酰半胱氨酸,谷胱甘肽（GSH）,生成：,谷胱甘肽的生理功用：,2GSH + 2Hb-Fe3+,2GSH + H2O2,* 作为抗氧化剂，维持酶-SH的还原性和膜的完整性,* 参与生物转化,三、芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,苯丙酮酸尿症(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。,（二） 酪氨酸可以转变成甲状腺激素,甲状腺激素是促进糖、脂、蛋白质代谢以及能量代谢，促进机体生长，发育，特别对骨和脑发育尤为重要。儿童缺乏会导致“呆小症”。,（三）酪氨酸合成黑色素,在皮肤、毛囊组织的黑色素细胞中，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)。,（四）酪氨酸可以转变成儿茶酚胺,-羟化酶,多巴胺和去甲肾上腺素是神经递质，可以抑制乙酰胆碱的作用。患者多巴胺生成减少就导致帕金森病(Parkinson disease)，又叫震颤麻痹。,（五）酪氨酸的氧化分解,体内尿黑酸氧化酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，从尿中排除，被进一步氧化为黑色物质叫做现尿黑酸症。,尿黑酸氧化酶,四、支链氨基酸的代谢,缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸,生糖氨基酸,生糖兼生酮氨基酸,生酮氨基酸,
