蛋白质分解代谢

nullnull第七章 蛋白质分解代谢第一节 蛋白质的营养作用第一节 蛋白质的营养作用Nutritional Function of Proteinsnull一、蛋白质的营养生理功能1、维持组织细胞的生长，更新和修补2、氧化供能（5.6Kcal/g 蛋白质）3、氨基酸为含氮化合物的合成提供氮源二、蛋白质的需要量和营养价值二、蛋白质的需要量和营养价值人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。 由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代蛋白质的摄入量。 （一）氮平衡null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)。 null 1．氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。氮平衡的类型null2．氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。null3．氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。null根据计算，正常成人每日最低分解约20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每日食物蛋白质的最低需要量为30~ 50g。 为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的生理需要量应为80g。（二）生理需要量null体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养必需氨基酸(essential amino acid)。 体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸(non-essential amino acid)。 （三）必需氨基酸null必需氨基酸（共8种）： 赖氨酸（Lys） 色氨酸（Trp） 苯丙氨酸（Phe） 蛋氨酸（Met） 苏氨酸（Thr） 亮氨酸（Leu） 异亮氨酸（Ile） 缬氨酸（Val） null决定食物蛋白质营养价值高低的因素有： ① 必需氨基酸的含量； ② 必需氨基酸的种类； ③ 必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成。（四）蛋白质的营养价值及互补作用null将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。null例如，谷类蛋白质含Lys较少而Trp较多，而豆类蛋白质含Trp较少而Lys较多，二者混合后食用，即可提高营养价值。第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of proteinsnull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。null 消化过程 （一）胃中的消化作用 胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，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。null（二）小肠中的消化 ——小肠是蛋白质消化的主要部位。 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。null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null蛋白水解酶作用示意图2. 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)等。null二、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 吸收机制：耗能的主动吸收过程null（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null（二）γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环(γ-glutamyl cycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成null细胞外 γ-谷 氨酰 基转 移酶细胞膜谷胱甘肽 GSH细胞内γ-谷氨酰基循环过程目 录null 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（三）肽的吸收null三、蛋白质的腐败作用 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)null（一）胺类(amines)的生成null（二） 氨的生成 降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。null （三）其它有害物质的生成第三节 氨基酸的一般代谢第三节 氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acid一、体内蛋白质的转换更新一、体内蛋白质的转换更新人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。 成人每天约有1%~2%的体内蛋白质被降解。（一）体内蛋白质的降解（一）体内蛋白质的降解真核细胞中存在两条不同的降解途径： 1. 不依赖ATP的降解途径： 在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。null在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与。 泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。2. 依赖ATP和泛素的降解途径：null⑴ 蛋白质的泛素化(ubiquitination)： 泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。泛素介导的蛋白质降解过程null蛋白质的泛素化过程null⑵ 蛋白酶体的降解： 泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成的蛋白酶体结合(proteasome)，使蛋白质降解。null 氨基酸代谢库(metabolic pool)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。null氨基酸代谢库氨基酸代谢概况目 录一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用转氨基 氧化脱氨基 联合脱氨基 非氧化脱氨基（一）转氨基作用（transamination）（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： ①反应可逆。 ②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。 ③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。 null4. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛 转氨基作用机制体内重要的转氨酶体内重要的转氨酶①丙氨酸氨基转移酶（alanine amino-transferase, ALT或glutamic pyruvic transaminase, GPT）：肝中活性最高 ②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null 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。null⑴ 丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase, ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）： ALT催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。 ALT在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。重要的转氨酶null⑵ 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase, AST），又称为谷草转氨酶（GOT）： AST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。 AST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。（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用 （二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用 要点：要点：①反应可逆。 ②L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或NADP+。 ③此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。 ④此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。 （三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用在转氨酶和谷氨酸脱氢酶的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。nullnullAla + -酮戊二酸丙酮酸 + GluGlu + NAD+ + H2O-酮戊二酸+ NADH + NH4+ Ala + NAD+ + H2O丙酮酸 + NADH + NH4+（四）嘌呤核苷酸循环（四）嘌呤核苷酸循环肌肉中的脱氨基反应 是一种特殊的联合脱氨基作用 嘌呤核苷酸循环null② 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环此种方式主要在肌肉组织进行。null三、α-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 生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。 生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有Leu和Lys。 生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr。null（三）氧化供能α-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。脱掉氨基后的-酮酸可转变成：脱掉氨基后的-酮酸可转变成： -酮戊二酸琥珀酰 CoA延胡索酸草酰乙酸丙酮酸乙酰CoA乙酰乙酰 CoA三羧酸循环中间产物PEP葡萄糖脂肪酸酮体第四节 氨 的 代 谢第四节 氨 的 代 谢Metabolism of Ammonianull氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。 正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过0.60mol/L。 体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素而解毒。氨的来源去路氨的来源去路一、体内氨的来源一、体内氨的来源1. 氨基酸脱氨基作用：是主要来源。还有少量胺的氧化。 2. 肠道吸收的氨：4g/日 ①蛋白质的腐败作用 ②肠道尿素的水解 肠道对氨的吸收与肠道pH有关：3. 肾小管上皮细胞泌氨3. 肾小管上皮细胞泌氨 二、氨的转运二、氨的转运氨是有毒物质，血中的NH3主要是以无毒的Ala及Gln两种形式运输的。 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Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。（一）丙氨酸-葡萄糖循环null丙 氨 酸葡 萄 糖 肌肉 蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-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α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖目 录（二）谷氨酰胺的运氨作用（二）谷氨酰胺的运氨作用主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。null 反应过程在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。三、尿素的生成三、尿素的生成是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨的最主要去路。 鸟氨酸循环 　　又叫尿素循环或Krebs-Henseleit循环 部位：肝细胞的线粒体和胞液 实验根据如下：实验根据如下：①大鼠肝切片与NH4+保温数小时，NH4+↓，尿素↑； ②加入鸟氨酸、瓜氨酸和Arg后，尿素↑； ③上述三种氨基酸结构上彼此相关； ④早已证实肝中有精氨酸酶。鸟氨酸循环的详细步骤鸟氨酸循环的详细步骤1. 线粒体内的反应步骤 两步反应均不可逆； 氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(carbamoyl phos-phate synthetaseⅠ，CPS-Ⅰ)为变构酶，N-乙酰谷氨酸（N-AGA）为此酶的变构激活剂； 此阶段消耗2个ATP；2. 胞液内反应步骤2. 胞液内反应步骤null精氨酸的合成。+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸（限速酶）null精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸null 精氨酸水解生成尿素尿素鸟氨酸精氨酸总反应式：总反应式：NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O→ 尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸 鸟氨酸循环要点鸟氨酸循环要点①尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的NH3），另一个来自Asp； ②每合成1分子尿素需消耗4个~P； ③循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生； ④精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）为尿素合成的限速酶。（二）尿素生成的调节（二）尿素生成的调节1. 食物蛋白质的影响CPS-Ⅰ的调节： AGA为其变构激活剂。但AGA合成酶可被精氨酸激活。nullnull（五）高氨血症和氨中毒 血氨浓度升高称高氨血症( 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氨血症。 高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒 (ammonia poisoning)，也称肝昏迷。nullTAC ↓ 脑供能不足 脑内 α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制（肝昏迷）第五节 个别氨基酸代谢第五节 个别氨基酸代谢Metabolism of Specific Amino Acid一、氨基酸的脱羧基作用一、氨基酸的脱羧基作用氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。　　胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。 由Glu脱羧生成。 （一）-氨基丁酸（GABA）null-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸脱羧而产生。 null-氨基丁酸的生成（二）5-羟色胺（5-HT）（二）5-羟色胺（5-HT）由Trp羟化后脱羧而成。 null5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。 5-羟色胺的合成原料是色氨酸(tryptophan)。（三）组胺（三）组胺由His脱羧生成。null组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。 组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。 二、一碳单位的代谢二、一碳单位的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）。 一碳单位不能游离存在，常与FH4结合而转运和参加代谢。 体内的一碳单位有：甲基 (-CH3)、甲烯基 (-CH2-)、甲炔基 (=CH-)、甲酰基 (-CHO) 和亚氨甲基 (-CH=NH)。（一）一碳单位与四氢叶酸（一）一碳单位与四氢叶酸四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体，可看作是一碳单位代谢的辅酶。其功能部位是N5和N10。null2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构 四氢叶酸（FH4）（二）一碳单位与氨基酸代谢（二）一碳单位与氨基酸代谢一碳单位主要来源于Ser、Gly、His、Trp的分解代谢。 （三）一碳单位的相互转变（三）一碳单位的相互转变 （四）一碳单位的生理功用（四）一碳单位的生理功用主要是合成嘌呤和嘧啶的原料。 为体内的甲基化反应间接提供甲基。 三、含硫氨基酸代谢三、含硫氨基酸代谢 Met循环 Cys的代谢 （一）Met的代谢－－Met循环（一）Met的代谢－－Met循环 nullS-腺苷蛋氨酸循环的反应过程 ①SAM为活性蛋氨酸，SAM中的甲基为活性甲基。SAM是体内最重要的甲基供体。 ②N5-CH3-FH4是甲基的间接供体。 ③转甲基酶的辅酶为Vit B12。 四、芳香族氨基酸的代谢 四、芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸包括：Phe、Tyr、Trp。主要在肝脏分解代谢。 （一）Phe的代谢（一）Phe的代谢 反应不可逆。 苯丙氨酸羟化酶为加单氧酶。辅酶为四氢生物蝶呤。 Phe极少转氨基生成苯丙酮酸： 苯酮酸尿症：先天缺乏苯丙氨酸羟化酶。（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 （一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 苯丙酮酸尿症PKU尿黑酸症null白化病脑细胞和肾上腺髓质细胞黑色素细胞null1. 儿茶酚胺(catecholamine)与黑色素(melanin)的合成null 帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。 在黑色素细胞中，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)。null2. 酪氨酸的分解代谢 体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。null3. 苯酮酸尿症(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。null 氨基酸的重要含氮衍生物目 录