食品生物化学 7蛋白质降解与氨基酸代谢ppt课件.ppt

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1、7 蛋白质降解与氨基酸代谢,本章内容,7.1蛋白质的消化吸收7.2氨基酸的分解代谢7.3氨基酸的合成代谢,食物,淀粉脂肪蛋白质,7.1.1 蛋白质的消化,生物大分子转变成小分子，便于吸收。食物蛋白质必须在消化道彻底消化成氨基酸，以消除其种属特异性后才能经吸收进入血液，否则易致过敏、中毒。唾液中无蛋白酶，故食物蛋白质消化吸收开始于胃，主要在小肠中进行。,7.1蛋白质的消化吸收,7.1.2蛋白质（氨基酸）的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收的主要方式：耗能需钠的主动运输,4种类型的载体：中性氨基酸载体酸性氨基酸载体碱性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体,氨基酸代谢池,食物蛋白质经

2、消化吸收进入体内的氨基酸,组织蛋白质分解产生氨基酸,体内代谢合成的部分非必需氨基酸,合成组织蛋白质,合成一些重要的生理活性含氮物质,氧化分解供能,转化为糖或脂肪,7.2氨基酸的分解代谢,氨基酸的来源,氨基酸的去路,体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡来描述。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)。,代谢概况,是氨基酸分解代谢的最主要反应存在于大多数组织中主要方式： 氧化脱氨基 转氨基作用 联合脱氨基作用（为主，最重要） 非氧化脱氨基,7.2.1氨基酸的脱氨基作用,7.2.1.1氧化脱氨基,概念：-氨

3、基酸在氨基酸氧化酶的催化下氧化生成-酮酸并产生氨的过程。氨基酸氧化酶一般在体内不起主要作用。氨基酸代谢中起重要作用的脱氨酶是：L-谷氨酸脱氢酶,脱氢,水解,L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase) 以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，肝脑肾中，因而作用较大，是一种不需氧脱氢酶。该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。 L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高

4、，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。,7.2.1.2非氧化脱氨基,大多在微生物中进行，动物体内也有发现，但不普遍。主要方式：脱水脱氨基作用水解脱氨基作用直接脱氨基作用,7.2.1.3转氨基作用,概念：在转氨酶的催化下-氨基酸与-酮酸进行氨基的相互交换，使原来的-氨基酸转变成相应的-酮酸，而原来的-酮酸转变成相应的-氨基酸的过程称为转氨作用。,-氨基酸,-酮酸,-酮酸,-氨基酸,转氨酶(transaminase)体内存在多种转氨酶，以L-谷氨酸与酮酸的转氨酶最为重要。如：谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT ） 转氨酶以磷酸吡哆醛为辅酶。, 丙氨酸氨基转移酶（alanine trans-

5、aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。, 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。,7.2.1.4联合脱氨基作用,概念：转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为-酮酸(-ketoacid)的过程，称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行

6、，主要是肝肾脑中，是体内主要的脱氨基的方式，也是体内合成非必需氨基酸的方式。,转氨作用偶联氧化脱氨作用,嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle,PNC）：存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。 在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。,嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle,PNC）：,7.2.2氨基酸的脱羧基作用,有些氨基酸可以通过脱羧基作用生成相应的胺类；催化脱羧基反应的酶称为氨基酸脱羧酶，其辅酶是含维生素B6的磷酸吡哆醛；体内广泛

7、存在的胺氧化酶，特别是肝中此酶活性较高，它催化胺类物质的氧化，故胺类物质不会在体内堆积。,7.2.2.1直接脱羧基,-氨基丁酸（GABA）在脑中浓度较高，是一种抑制性神经递质；临床上用维生素B6防治神经过度兴奋所产生的妊娠呕吐及小儿抽搐。,COOH,CH2NH2,(CH2)2,谷氨酸脱羧酶,CO2,-氨基丁酸,谷氨酸,酪氨酸酶,白化病患者色素细胞内酪氨酸酶缺陷时黑色素生成受阻。,7.2.2.2羟化脱羧基,多巴胺,多巴脱羧酶,进一步氧化,帕金森病(Parkinsons disease) 由于脑生成多巴胺的功能退化所致的一种严重的神经系统疾病。临床常用L-多巴治疗，L-多巴本身不能通过血脑屏障无直

8、接疗效，但在相应组织中脱羧可生成多巴胺达到治疗作用。目前，采用将大脑中移植肾上腺髓质，借此生成多巴胺，以弥补脑中多巴胺不足，取得较好疗效。,7.2.3氨基酸代谢产物的去路,氨基酸经脱氨基作用生成： -酮酸和氨氨基酸经脱羧基作用生成：二氧化碳和胺,由肺呼出,随尿排出或转变成其他物质,7.2.3.1氨的代谢,体内氨的来源：氨基酸脱氨基作用产生的氨（为主）肾小管上皮细胞泌氨肠道吸收的氨： 肠菌作用于氨基酸产生氨 尿素在肠菌尿素酶的作用下产生氨,氨有毒性，正常血氨浓度0.60mol/L 体内氨的来源、转运、去路受到多种因素的调节，以保持血氨处于动态平衡体内各环节所产氨主要通过肝脏合成尿素而解毒。肝功能

9、衰竭患者肝脏解毒功能降低，血氨升高，通过血脑屏障入脑，引起脑功能障碍，为肝性脑病的原因之 一。尿素合成障碍，血氨浓度增高，称为高氨血症。,氨的去路：1. 肝脏合成尿素 90% 主要器官：肝脏 反应部位：肝细胞线粒体及胞液2. 氨与谷氨酸合成谷氨酰胺3. 氨的再利用 参与合成非必需氨基酸 或其它含氮化合物（如嘧啶碱）4. 肾排氨 中和酸以铵盐形式排出,1932年Hans Krebs等根据一系列实验，首先提出了尿素的鸟氨酸循环（尿素循环）。由实验分析提出：鸟氨酸与 氨及CO2结合生成瓜氨酸，瓜 氨酸再结合一分子氨生成精 氨酸，精氨酸水解生成尿素 及鸟氨酸。,鸟氨酸循环（尿素循环）,1. 氨甲酰磷酸

10、的生成,CO2 + NH3 + H2O + 2ATP,氨甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）,C,O,H2N,O PO3H2,+ 2ADP + Pi,2. 瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,NH,(CH,CH,COOH,NH,NH2,(CH2)3,CH,COOH,NH2,NH2,C,O,O,PO3,2-,NH,CH,COOH,NH2,NH2,C,(CH2)3,O,3. 精氨酸的合成,NH,CH,COOH,NH2,NH2,C,(CH2)3,O,COOH,C,COOH,NH2,CH2,NH,CH,COOH,NH2,NH2,C,(CH2)3,N,COOH,C,COOH,H,C

11、H2,H,+,精氨酸代琥珀酸合成酶,AMP+PPi,ATP,精氨酸代琥珀酸裂解酶,4. 精氨酸水解生成尿素,NH,CH,COOH,NH2,NH2,C,(CH2)3,NH,+,NH2,CH,COOH,NH2,(CH2)3,NH2,NH2,C,O,精氨酸酶,H2O,尿素合成过程,2ADP+Pi,CO2 + NH3 + H2O,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,氨基酸,草酰乙酸,苹果酸,-酮戊 二酸,谷氨酸,-酮酸,精氨酸代琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,鸟氨酸,尿素,线粒体,胞 液,尿素分子中的两个氮原子，其一来自氨，另一个来自天冬氨

12、酸的氨基，而天冬氨酸又可以从草酰乙酸与其他氨基酸经转氨基作用生成。因此尿素分子中的两个氮都直接或间接来自多种氨基酸。,2NH3 + CO2 + 3H2O + 3ATP + 天冬氨酸,总反应式,要点,部位： 肝细胞线粒体、胞液 原料：NH3 、 CO2 、天冬氨酸涉及的氨基酸： 鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶 耗能：3个ATP；4个高能磷酸键,意义,解除氨毒以保持血氨的低浓度水平,7.2.3.2 -酮酸的代谢（1）再氨基化合成氨基酸（2）转化成糖或脂肪（3）氧化供能进入三羧酸循环彻底氧化分解供能,生糖氨基酸 Gly、Ser、Val、His、Arg、Cys、Pro、A

13、la、Glu、Gln、Asp、Asn 生酮氨基酸 Leu、Lys 生糖兼生酮氨基酸 Ile、Phe、Tyr、Thr、Trp,图 氨基酸进入三羧酸循环循环的途径,7.3氨基酸的合成代谢,必需氨基酸(essential amino acid)：机体不能合成的，必须由体外摄取的氨基酸。,赖氨酸（Lys）、蛋氨酸（Met）、苯丙氨酸（Phe）、 色氨酸（Trp）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val） 、 组氨酸（His）、精氨酸（Arg）,7.3.1 氨基酸的生物合成氨基供体：谷氨酸碳架来源：糖代谢的中间产物,7.3.2 一碳单位概念：一碳单位是指体内某些氨基酸在分

14、解代谢过程中产生的含有一个碳原子的化学基团。,甲基：-CH3 亚甲基（甲烯基）：-CH2- 甲酰基：-CHO- 次甲基（甲炔基）：-CH= 亚氨甲基：HN=CH-,（1）一碳单位的载体（或辅酶）,一碳单位不能游离存在，必须由其载体携带。一碳单位的载体：四氢叶酸。FH4分子上的N5和N10是结合一碳单位的位置。,（2）一碳单位的来源,主要来源于：丝氨酸、甘氨酸、组氨酸和色氨酸的分解代谢。,一碳单位的来源： Ser + FH4 N5N10-CH2-FH4 + Gly Gly + FH4 N5N10-CH2-FH4 + CO2 +NH3 His + FH4 N5-CH=NH-FH4 + Glu Tr

15、p HCOOH + 犬尿氨酸 N10-CHO-FH4,FH4,（3）一碳单位的相互转变,N5,N10-亚甲基-FH4,N5,N10-次甲基-FH4,N5-甲基-FH4,N10-甲酰基-FH4,N5-亚氨甲基-FH4,（4）一碳单位的生理功能,一碳单位的主要功能是参与嘌呤和嘧啶的合成，在核酸的生物合成中有重要作用。一碳单位还直接参与S-腺苷蛋氨酸的合成， S-腺苷蛋氨酸向许多化合物提供甲基，是体内甲基化反应的主要甲基来源，参与体内许多重要化合物的合成与修饰。一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸及一些重要物质的生物合成联系起来。一碳单位代谢障碍或FH4不足，可引起巨幼红细胞性贫血等疾病；利用磺胺类药物干扰细胞FH4的合成而抑菌；应用叶酸类似物如甲氨蝶呤等可抑制FH4生成，从而抑制核酸生成，达到抗癌目的。,作业与思考题,1.氨基酸吸收的主要方式是2.生物体内氨基酸脱氨的主要方式是3.转氨酶的辅酶是4.白化病是由于先天缺乏 酶。 5.人类氨代谢的终产物是 6.氨基酸脱氨基后的产物是什么？它有哪些代谢途径？7.人类所需的10种必需氨基酸有哪些？,