第十章蛋白质分解和氨基酸代谢课件.ppt
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1、第十章 蛋白质分解和氨基酸代谢,学习要求,掌握一些主要的概念:转氨作用,氧化脱氨,鸟氨酸循环,生酮和生糖氨基酸; 熟悉鸟氨酸循环发生的部位,循环中的各步酶促反应,尿素氮的来源;了解氨基酸碳骨架的氧化途径,特别是与代谢中心途径(酵解和柠檬酸循环)的关系,以及一些氨基酸代谢中酶的缺损引起的遗传病。,本章内容,第一节 蛋白质的生理功能与营养问题第二节 蛋白质的消化吸收第三节 氨基酸的一般代谢第四节 氨基酸合成代谢概况第五节 氨基酸代谢缺陷症,第一节 蛋白质的生理功能与营养问题,一、蛋白质和氨基酸的主要生理功能 1、维持组织的生长、更新与修复; 2、产生一些生理活性物质; 3、某些蛋白质的特殊生理作用
2、; 4、供能 供给的能量占食物总供热量的10-15%。,二、人体对蛋白质的需要量和氮平衡,1、氮平衡: 机体对蛋白质的摄入量等于排出量即为氮平衡。总氮平衡:摄入量 = 排出量 如成人;正氮平衡:摄入量排出量 如儿童、孕妇;负氮平衡:摄入量排出量 如饥饿、消耗性疾病 ; 氮平衡的意义:可以反映体内蛋白质代谢的慨况。,2. 生理需要量,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。,3. 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。, 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、种类、量质比。
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。 例如:豆腐(干)+ 面筋,第二节 蛋白质的消化吸收一、消化(降解),食物蛋白质,胃、小肠,蛋白水解酶,氨基酸、小肽 (产物),蛋白水解酶,内肽酶胃蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶,外肽酶 二肽酶羧基肽酶A羧基肽酶B氨基肽酶,(一)蛋白质的降解的胞外途径,主要在胃、小肠进行。1、胃内消化: 1) 胃蛋白酶(pepsin): 胃蛋白酶原胃酸(H+) 胃蛋白酶 自身激活作用,酶原激活的意义,可保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。,2) 胃酶
4、作用:,蛋白质 小分子肽肠道胃酶作用于:Phe, Tyr, Trp, ( 芳香族) Leu, Glu, Gln。,胃蛋白酶,2、小肠消化:,1)来自胰腺的酶: (1) 内肽酶:水解蛋白质内部肽键。 胰蛋白酶:Lys、Arg羧基端肽键;(碱性) 糜蛋白酶:Phe、Tyr、Trp肽键; (芳香族) 弹性蛋白酶:Val、Leu、Ser、Ala肽键(脂肪族),(2) 外肽酶:,羧肽酶:从C端水解; 羧肽酶A:水解中性氨基酸C端的肽键; 羧肽酶B:水解碱性氨基酸C端的肽键;,2)来自小肠粘膜细胞的寡肽酶:,(1) 氨肽酶:从N端水解,形成二肽。(2) 二肽酶:作用于二肽。寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞进行
5、。,3) 小肠腔的消化:,肽 小肽 小肽 氨基酸,B、细胞内途径,1、溶酶体的蛋白质降解途径2、泛素介导的蛋白质降解途径 依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白,不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白;,二、吸收,氨基酸 小肠黏膜细胞 血液循环肝脏,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,第三节 氨基酸的一般代谢,氨基酸代谢库:食物蛋白消化吸收产生的氨基酸(外源性)+组织蛋白降解产生的氨基酸(内源性)进入、存在于细胞内液、血液、其他体液氨基酸代谢库,氨基酸的来源和去路,一、脱氨基作用,主要有氧化脱氨、
6、转氨、联合脱氨1、氧化脱氨基作用: 1)概念: -氨基酸在酶催化下氧化成-酮酸,反应需氧并产生氨,这一过程称氧化脱氨作用。 此作用普遍存在于动物细胞中,主要在肝脏中进行。,实验依据:,-氨基酸灌入肝,流出液含少量-酮酸; 用各种组织切片与-氨基酸在生理条件下保温1-2 h后,除去蛋白质,利用酮酸与2,4 - 二硝基苯肼生成苯腙,证实有酮酸生成; 用肾提取液证明了氧化脱氨中的定量关系: 氧气 :氨 :-酮酸 = 1 :2 :2,2)反应:,先脱氢再水解脱氨。,3)催化氨基酸氧化脱氨酶的类型:,A、L-氨基酸氧化酶: 有两类,分别以FAD、FMN(人和动物) 为辅基,活性低,故在氨基酸脱氨中不起主
7、要作用。B、D-氨基酸氧化酶: 以FAD为辅基,脊椎动物在肝肾细胞中, 有些微生物也有,活性强,但人和动物体内D-氨基酸很少。,L-氨基酸氧化酶的作用:,生成的H202在过氧化氢酶作用下分解成水和氧气。,C、氧化专一氨基酸的酶:,如: L-谷氨酸脱氢酶广泛分布在生物细胞质和线粒体中,以NAD+或NADP+为辅酶,可直接脱氨,活性最强。专一性强,只作用于谷氨酸,催化的反应可逆。,-亚氨基戊二酸,2、转氨基作用:,1)概念: 将一种氨基酸的-氨基转给另一-酮酸,生成相应酮酸和1分子- 氨基酸的作用。,除甘氨酸 、苏氨酸、 赖氨酸、 脯氨酸 、羟脯氨酸外,2) 转氨酶:,以谷丙转氨酶(GPT)和谷草
8、转氨酶(GOT)分布最广、活性最大。临床以此判断肝功能是否正常。,谷丙转氨酶(GPT),临床意义:急性肝炎患者血清GPT升高,谷草转氨酶(GOT),临床意义:心肌梗患者血清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,3)辅酶:,所有转氨酶辅酶为磷酸吡哆醛,并作为脱羧作用、脱氨作用、消旋作用及醇醛裂解反应的辅酶。,转氨作用,特点:,生理意义:,接受氨基的主要酮酸有:,* 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;,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。,丙酮
9、酸 -酮戊二酸 草酰乙酸,4)转氨基作用特点及意义,3、联合脱氨基作用:,1)概念:体内氨基酸的脱氨主要靠转氨和氧化脱氨联合进行,简称联合脱氨基。2)类型:,转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,反应:主要在肝、肾组织,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,H2O+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联(骨骼肌、心肌、脑和肝组织的主要脱氨形式),注意三个概念: (1)生糖氨基酸(glycogenic amino acid) 某些氨基酸脱去NH3后所生成的-酮酸可转变为糖。 如
10、丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸等15种 (2)生酮氨基酸 (ketogenic amino acid) 某些氨基酸脱去NH3后所生成的-酮酸可转变为乙酰CoA进而生成脂肪或酮体。 如亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸5种,(3)生糖兼生酮氨基酸(glucgenic and ketogenic amino acids)指在体内既能转变成糖又能转变酮体的一类氨基酸。 包括色氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸。,二、脱羧基作用,1、概念:氨基酸在氨基酸脱羧酶作用下生成CO2和一个相应一级胺类化合物的作用。 2、酶:专一性强,通常只对L-氨基酸起作用。除His脱羧酶不需辅酶外,余均以磷
11、酸吡哆醛为辅酶。,3、脱羧形成的胺有许多重要生化作用:,(1)儿茶酚胺类酪氨酸3,4-二羟苯基丙氨酸(多巴)多巴胺去甲肾上腺素肾上腺素,(2)-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。,(3)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,还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,(4)5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为神经递质,起抑制作用;在外周组织有收缩血管的作用。,(5)多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),
12、脱羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,精脒 (spermidine),丙胺转移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺 (spermine),多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织(如胚胎、再生肝、肿瘤组织)含量较高,其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,4、胺的去向:,大多数胺类对动物有毒,去向:1)随尿排出;2)在胺氧化酶作用下可进一步氧化分解:,三、氨基酸分解产物的代谢,(一)氨的去路:,水生动物直接排氨; 鸟类、爬行动物尿酸形式排氨; 脊椎动物尿素形式排氨。 以上生物依次称:排氨生物、排尿酸生物和排尿素生物。 此外,一部分氨用来合成含氮物质,另一部分以谷氨酰胺和天冬酰胺的形式
13、储存。,动物体内氨的主要去路,1)有关尿素形成的实验:,尿素形成部位的实验: a、蛋白质膳食:尿中尿素; b、切除肝:血、尿中尿素 c、切肾:血中尿素; d、同时切肝、肾:血中尿素恒定。 证实肝为尿素形成部位。,1.尿素的生物合成及调节(哺乳动物氨的主要去路),氨是尿素合成的前体的实验:,15N标记铵盐饲喂动物证明:15N出现在精氨酸的胍基、及全部的尿素上。,2)尿素的生物合成(鸟氨酸循环): 氨基甲酰磷酸的合成:(肝脏线粒体,耗能),AGA:N-乙酰谷氨酸作用:氨基甲酰磷酸合成酶I的别构激活剂生成:乙酰CoA+Glu N-乙酰谷氨酸AGA合成酶的激活剂:精氨酸,N-乙酰谷氨酸合成酶,瓜氨酸的
14、合成(肝脏线粒体):,精氨酸的合成(肝细胞浆):,精氨酸的水解(胞浆,尿素形成、鸟氨酸再生):,总反应:NH3+CO2+天冬氨酸+3ATP+H2O NH2-CO-NH2+延胡索酸+2ADP+AMP+4Pi,精氨基琥珀酸,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:先在线粒体中进行,再在胞液中进行。 耗能:3 个ATP,4 个高能磷酸键。,3)尿素循环的意义:,将有毒的氨转变为无毒的尿素从肾排 出(解除氨毒)。,4)尿素生成的调节,1. 食物蛋白质的影响,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. 氨甲酰磷酸合成酶的调节:AGA、精氨酸为其激活剂,3.尿素生成酶系的调
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