第十一章 蛋白质分解代谢 [兼容模式]

nullnull（1）构成机体组成成分补偿代谢消耗（3）调节生理生化功能1第十一章蛋白质分解代谢蛋白质蛋白质消化蛋白质吸收蛋白质腐败体内氨基酸氨基酸的一般代谢个别氨基酸的代谢脱氨作用 脱羧作用 一碳基团 芳香氨基酸 含巯氨基酸代谢 概 述 外源蛋白质内源蛋白质 基本内容 第一节 营养素的概念和蛋白质的营养 第二节 蛋白质消化、吸收和腐败 第三节 氨基酸的一般代谢 第四节 个别氨基酸的代谢 一、营养素（nutrient) 概念： 食物中具有促进人体生长、发育、 更新和修补组织、维持各器官组织细胞 或正常结构与功能的物质，称为营养素。第一节 营养素的概念和蛋白质的营养 一、营养素的概念和生理功能 二、食物蛋白的生理功能 三、氮平衡 四、蛋白质的营养价值 营养素及其功能营养素主要生理功能糖类：各种糖和淀粉 脂类 蛋白质 维生素: A,B族，C，D等（2）供给能量 无机盐：Na,K,微量元素等 空气：氧 水null 二、食物蛋白的生理功能 （一）维持组织器官的生长、发育 和修补作用 （二）参与合成重要的含氮化合物 （三）氧化供能 四、蛋白质的营养价值1、必需氨基酸 （essential amino acid) 2、蛋白质营养的评价 三、 氮 平 衡 ---- 摄入蛋白质的含氮量与排泄物中 含氮量之间的关系。 （反映对摄入蛋白量的要求） 氮总平衡：摄入氮量 = 排出氮量 氮正平衡：摄入氮量 > 排出氮量 氮负平衡：摄入氮量 < 排出氮量 1、必需氨基酸• 概念： 是指机体需要,但机体不能合成或合成量 少,不能满足需要,必需由食物供给的氨基酸。3、蛋白质的需要量 4、蛋白质的互补作用 （complementary action) 2、蛋白质营养的评价 蛋白质含量 蛋白质的消化率 蛋白质的利用率 2• 种类（8） 缬氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、赖氨酸、 色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸。 3、蛋白质的需要量nullC端多肽3 4、蛋白质的互补作用 （complementary action)  概念： 几种营养价值较低的蛋白质混合食 用，互相补充必需氨基酸的种类和数量， 从而提高蛋白质在体内的利用率，这称 为蛋白质的互补作用。第二节 蛋白质消化、吸收和腐败 一、蛋白质的消化二、肽和氨基酸的吸收 三、蛋白质及其消化产物在肠道中 的腐败作用 一、蛋白质的消化 （一）消化场所：胃，小肠（二）水解酶： 肽链内切酶 蛋白水解酶 肽链外切酶胃蛋白酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶羧肽酶A 羧肽酶B 氨基肽酶二肽酶重要蛋白水解酶的特异性 名称 胃蛋白酶来源 胃 水解肽键的特异性 -酸性-CO-NH-芳族- 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶A胰 胰 胰 胰 -碱性-CO-NH-R- -芳族-CO-NH-R- -脂族-CO-NH-R- -中性氨基酸羧基末端肽羧肽酶B 氨基肽酶 胰 小肠-碱性氨基酸羧基末端肽 寡肽的氨基末端肽二肽酶小肠二肽的肽键 食物 胃蛋白酶 蛋白质 胃胰蛋白酶眎碱性氨基酸 C端多肽羧肽酶B羧肽酶A 糜蛋白酶 芳香族氨基酸 胨 弹性蛋白酶 脂肪族氨基酸 蛋白质 C端多肽 碱性氨基酸寡肽中性氨基酸羧基肽酶氨基酸 二肽酶 二肽氨基酸（三）消化过程nullE 2E 3R CH2 NH 脱羧 R CHNH2R C COOHO（四）肽和氨基酸的吸收两种吸收方式：• 主动转运：需Na+、运载蛋白、ATP和酶等• γ-谷氨酰基循环：在结合在细胞膜上的 γ-谷氨酰转移酶催化下，通过与GSH作用而转入细胞E 1 COOH HC NH 2 CH 2OADP+Piγ-谷氨酰基循环机制细胞外 H R C COOH NH 2 氨基酸细胞膜CH 2 R C NHCH COOH O γ-谷氨酰氨基酸 H R C COOH NH 2 氨基酸 COOH N 5-氧脯氨酸 ATP细胞内Gl uG SH半胱氨酰氨基酸 E 4 Gly C ysATPADP+ PiE 5（五）蛋白质及其消化产物在肠道中的腐败作用1、概念：第三节 氨基酸的一般代谢 肠道细菌对未消化或未吸收的消化产 物分解，产生一些营养物质和一些有毒物 质，称为蛋白质的腐败作用。 2. 反应方式： 脱氨、脱羧、氧化、还原、水解 3. 反应产物： 营养物质——脂肪酸、维生素等 有毒物质——胺类、NH3和酚等 氨基酸的来源与去路 氨基酸的来源 1. 食物蛋白质 2. 机体代谢合成 3. 组织蛋白分解氨基酸的去路： 1. 合成组织蛋白 2. 转变为重要含氮化合物 3. 氧化分解释放能量 4. 转变为糖或脂肪等肾上腺素等） 4NH3 参与含氮化尿素 合物的合成 H2O,CO2,ATP 转变为糖 或脂 脱氨 2 COOH 代谢库 合成重要的含氮化合物 （嘌呤，嘧啶，CO2 食物蛋白质 组织蛋白 + 胺类一、氨基酸在体内的代谢动态 二、氨基酸的脱氨基作用 三、氨的代谢 四、α-酮酸的代谢 一、氨基酸代谢动态null+ NH3 + NADH + H(NADPC O +CH2OC+H2OO2+ NAD5二、氨基酸的脱氨基作用• 脱氨方式： – 氧化脱氨基作用 – 转氨作用– 联合脱氨基作用 – 非氧化脱氨基作用（一）氧化脱氨作用• 概念 在酶的催化下，氨基酸脱氨的同 时伴有氧化的反应过程 • 反应过程R CH NH2 COOH氨基酸-2H 酶亚氨基酸R C NH COOH+H2Oα‐酮酸R C O COOH+NH3催化氧化脱氨的酶类（1）氨基酸氧化酶RR CH NH2 COOH 氨基酸 H R C COOHNH2FADFADH2O2H2O2 氨基酸氧化酶 COOH α‐酮酸 氨基酸氧化酶 R C COOHNHNH3 +NH3 +H2O2 H2O R C COOHO（2） L-谷氨酸脱氢酶COOH CH2 CH2 CH NH2 COOH L-谷氨酸+ +)+H2O L-谷氨酸脱氢酶 COOH CH2 COOH α‐酮戊二酸 + (NADPH+H )（二）转氨作用 1、转氨作用概念 2、转氨酶 3、转氨作用机制4、转氨作用的意义 1、转氨作用概念 • 概念： 氨基酸的α-氨基与α-酮酸的酮基， 在转氨酶的作用下相互交换，生成相 应的新的氨基酸和α-酮酸。R1 CHNH2 COOH R2 + C O COOHR1 R2 C O + CHNH2 COOH COOH转氨酶nullCH26 2、转 氨 酶 • 转氨酶：亦称氨基转移酶 • 重要的转氨酶： 丙氨酸转氨酶 （ALT） 天冬氨酸转氨酶（AST） • 辅酶：磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺 （为维生素B6的磷酸酯）P-B 6 -CHO 磷酸吡哆醛P-B 6 -CH 2 NH 2 磷酸吡哆胺1）丙氨酸转氨酶（ALT）COOH CH2 CH3 CH NH2 + C O COOH COOH谷氨酸丙酮酸ALT CH3 + CH NH2 COOHCOOH CH2 CH2 C O COOH丙氨酸α‐酮戊二酸2）天冬氨酸转氨酶（AST）COOH CH2 CH2 CH NH2 COOH+谷氨酸COOH CH2 C O COOH草酰乙酸AST+COOH CH2 CH2 C O COOHα‐酮戊二酸天冬氨酸COOH CH2 CH NH2 COOHR 1CH NH 2 COOH R 1 C O COOHR 2 CH NH 2 COOH R 2 C O COOH P B 6 -CHO 转氨酶 P B 6 -CH 2 -NH 23、转氨作用机制4、转氨作用的意义（1）体内多数氨基酸脱氨的重要方式（2）机体合成非必需氨基酸的主要途径 （3）临床上作为一些疾病诊断和治疗时必 要的参考指标nullNADH（或NADPH）+ H+ + NH3COOH 天冬氨酸 H2OL-谷氨酸α‐酮酸 COOHCOOH HOOC CHCH COOHAMPC OCH 2CHCH 2COOH肝、肾和脑COOHCOOHα‐氨基酸COOHCOOHCH 3NCH 2CH NH 2 NH 3CH 2 NCOOHC OP 5'7 转氨酶 正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织)组织 心 肝 骨骼肌 肾GPT 7100 44000 4800 19000 GOT 156000 142000 99000 91000组织 胰腺 脾 肺 血清 GPT 2000 1200 700 16 GOT 28000 14000 10000 20ASTALTASTALT （三）联合脱氨基作用 • 定义： 转氨作用与氧化脱氨基作用相偶 联进行的反应 • 方式： 1、转氨偶联谷氨酸氧化脱氨作用R CH2 •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。 1、转氨偶联谷氨酸氧化脱氨作用 COOH CH NH2 CH2 C O COOH α‐酮戊二酸 转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶 R COOH C O CH2 COOH CH2 NAD+（或NADP+）+ H2O α‐酮酸 CH NH2 COOH L-谷氨酸 （四）非氧化脱氨基作用 （主要存在于微生物）1、脱水脱氨2、脱硫化氢脱氨 3、直接脱氨 2、转氨偶联AMP循环脱氨作用 2、转氨偶联AMP循环脱氨作用 骨骼肌和心脏 次黄嘌呤核苷酸 OH N R CH NH 2 N R IMP COOH α‐氨基酸 α‐酮戊二酸 GOT HOOC CH 2 CH COOH 转氨酶 NH AMP R 腺苷酸代琥珀酸 2 C O COOH CH NH 2 草酰乙酸 延胡索酸 1、脱 水 脱 氨CH2 CH OH NH2脱水酶 -H2OCH2 CCOOHNH+H2OCH3 CO+NH3 COOH 丝氨酸 COOH 丙酮酸null82、脱硫化氢脱氨CH2 CHCOOH SH NH2脱硫酶 -H2S+H2OCH3 CCOOHO+NH3CH2 CCOOHNH半胱氨酸丙酮酸3、直 接 脱 氨CH2 CHCOOHNH2COOH天冬氨酸酶CH CHCOOHCOOH+NH3天冬氨酸延胡索酸氨的来源 三、氨 的 代 谢 （一）尿素的合成 （二）丙氨酸-葡萄糖循环 （三）谷氨酰胺的生成 氨的去路 • 尿素的合成 • 谷氨酰胺的生成 • 参与合成一些重要的含氮化合物 （如嘌呤、嘧啶、非必需氨基酸等） • 以铵盐的形式由尿排出 1. 内源性氨： （1）氨基酸脱氨基作用（体内氨主要来源） （2）胺类物质的氧化 （3）肠道吸收的氨 （4）肾小管上皮细胞分泌 2. 外源性氨： 服用胺类药物 （一）尿素的合成 • 合成部位：肝脏（细胞液、线粒体） • 合成途径：鸟氨酸循环（尿素循环） 以鸟氨酸为起点，通过瓜氨酸与精氨酸把 NH3和CO2合成尿素的循环过程。 • 生理意义： 把有毒NH3转变成无毒尿素排出体外， 解氨毒 • 总的结果： 一次循环生成一分子尿素，用去二分子氨， 消耗三分子ATPnullNH22ADP+ PiC ONH 3 + CO 2 + 2ATP+H 2OMg+ CH 2(CH 2)3-酮戊二酸瓜氨酸鸟氨酸循环的全过程+ H2O9 氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ 2+ O H 2N C O~ PO 3H 2 + 2ADP + Pi 反应过程 1）氨甲酰磷酸的生成 （反应部位：线粒体）2）瓜氨酸的合成 （反应部位：线粒体）+ NH2 (CH2)3 CH NH2 COOH 鸟氨酸 NH2 鸟氨酸转氨甲酰酶 C O O ~ PO3H2 氨甲酰磷酸O+Pi NH C (CH2)3 CH NH2 COOH 瓜氨酸 氨甲酰磷酸 3）精氨酸的合成 （反应部位：胞液）NH 2 COOH NH CH NH 2 CH NH 2 COOH COOH 瓜氨酸 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 合成酶 ATP AMP+PPi NH 2 COOH C N CH NH CH 2 (CH 2 )3 COOH CH NH 2 COOH精氨酸代琥珀酸 NH 2 COOH C N CH NH CH 2 (CH 2 )3 COOH CH NH 2 COOH 精氨酸代琥珀酸裂解酶 NH 2 C NH NH + (CH 2)3 CH NH 2 COOH 精氨酸 CH COOH HOOC CH 延胡索酸4）尿 素 的 生 成 NH 2 C NH NH (CH 2)3 CH NH 2 COOH 精氨酸精氨 酸 酶NH 2 C O + NH 2 尿素 NH 2 (CH 2)3 CH NH 2 COOH 鸟氨酸NH3 + CO2 + H2O 2ATP 氨甲酰磷酸合成酶IPi精氨 酸AMP+PPi aa 瓜氨酸 天冬氨酸 ATP 精氨酸代琥珀酸 谷氨酸 草酰 乙酸 -酮酸 延胡索酸 苹果酸 氨基甲酰磷酸 线粒体 鸟氨酸 鸟氨酸 尿素 胞液 H2Onull102NH3 + CO2 + 3ATP总反应式 O NH2 C NH2+ 2ADP + 4Pi + AMP 高血氨症肝昏迷 肌肉 蛋白质 氨基酸 NH3 谷氨酸葡 萄 糖 糖 酵 解 途 径 丙酮酸丙 氨 酸α-酮戊 二酸肌肉血液 尿素循环 NH3 谷氨酸 α-酮戊二酸葡萄糖 尿素 糖 异 生 丙酮酸 丙氨酸氨 酸肝丙氨酸-葡萄糖循环葡 萄糖 丙2．丙氨酸-葡萄糖循环意义：肌组织中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝 肝又为肌组织提供了生成丙氨酸的葡萄糖• • • •CH NH 2CH 2 CH 2COOHCOOH 谷氨酸+ NH 3 + ATP谷氨 酰胺合 成酶CH NH 2CH 2 CH 2 （三）谷氨酰胺的生成 解氨毒 氨的运输和贮存形式 调节酸碱平衡 参与体内嘌呤、嘧啶和非必需氨基酸的合成 OC NH 2+ ADP + Pi 四 α-酮酸的代谢 （一）合成非必需氨基酸 （二）转变为糖和脂肪 （三）氧化供能 COOH 谷氨酰胺 生糖与生酮氨基酸1.生糖氨基酸 ： 可沿糖异生作用转化为糖的氨基酸 2.生酮氨基酸 ： 可沿脂肪酸分解或合成途径生成酮体 或脂肪酸的氨基酸 3.生糖兼生酮氨基酸 ： 既能转变成糖又能转变成酮体的氨基酸nullNH211草酰乙酸三羧酸循环琥珀酰CoA-酮戊二酸 延胡索酸 苯丙、酪蛋、缬、异亮天冬丙、甘、 丝、半胱 、苏、色 亮、赖 、异亮糖 磷酸丙糖 丙酮酸 乙酰CoA亮、赖、苯丙、酪、色谷精、组、脯 甘油 脂肪酸 乙酰乙酰CoA脂肪 酮体 第四节 个别氨基酸的代谢 一、氨基酸脱羧基作用 二、氨基酸与“一碳基团”的代谢 三、含硫氨基酸的代谢 四、芳香族氨基酸代谢的特点 （一）脱羧基作用• •氨基酸脱羧产物：胺和二氧化碳 氨基酸脱羧酶：辅酶是含维生素B6的 磷酸吡哆醛氨基酸脱羧酶R CH NH 2 COOH 氨基酸R CH 2 + C O 2 NH 2 胺 一、氨基酸脱羧基作用 （一）脱羧基作用 （二）重要氨基酸脱羧基反应 1. 谷氨酸脱羧作用 2. 组氨酸脱羧作用 3. 鸟氨酸脱羧作用 （三）胺的分解代谢 （二）重要氨基酸脱羧基反应• 1、谷氨酸脱羧作用  -氨基丁酸（GABA） 对中枢神经系统有普遍的抑制作用， 是一种神经系统的主要抑制性递质 谷氨酸脱羧酶 HOOC CH2 CH2 CH COOH HOOCCH2 CH2 CH2 NH2 + CO2 L-谷氨酸 г-氨基丁酸nullR CHOCH NH2(CH2)4NHR COOHH2O2 + NH3 醛12 • 2、组氨酸脱羧作用 组胺 是一种强烈的血管舒张剂，具有扩张血 管，降低血压、促进平滑肌收缩及胃液N分泌等作用 NH2 CH2 CH COOH NH 组氨酸N CH2 CH2 NH2 NH + CO2 组胺组氨酸脱羧酶 • 3. 鸟氨酸脱羧作用 腐胺、亚精胺、精胺等多胺类化合物 能促进细胞生长和分裂 。CO2 NH2 (CH2)4 NH2 腐胺 NH2 + SAM (CH2)3 NH2 亚精胺 NH2 (CH2)3 NH (CH2)4 NH (CH2)3 NH2精胺 NH2 (CH2)3 鸟 氨酸 脱羧 酶 COOH 鸟氨酸+ SAM S-腺苷 蛋氨酸（三）胺的分解代谢R CH2 NH2+ O2 + H2O 胺胺氧化酶 醛氧化酶酸二、氨基酸与“一碳基团”的代谢 （一）“一碳基团”及其载体（二）生成“一碳基团”的氨基酸 （三）“一碳基团”代谢的生理意 义（一）“一碳基团”及其载体• 概念某些氨基酸在代谢过程中分解生成含 一个碳原子的基团，称为“一碳基团”或 “一碳单位” • 重要的“一碳基团” ：甲基：-CH3 次甲基：-CH= 羟甲基：-CH2OH亚甲基：-CH2- 甲酰基：-CHO 亚胺甲基：-CH=NH（一）“一碳基团”及其载体 四氢叶酸（FH4）  S-腺苷蛋氨酸（SAM） “一碳基团”的载体：FH4nullHCOOHHN1H2NH 92 8 735 6N CH2 NNHCH2 N RNHCH3HHNNH2N HH10NCH2 N RHNH亚氨甲酰谷氨酸CHCH NHOHN5-亚氨甲基-FH4N5，N10-次甲基- FH4HNCH2 N RHH HC O- NH 3CHO2HCOOH+ O2- CO2- NH3，-H2O2乙醛酸NH 2COOHCH 2+ H 2 OCH 2CHNHNH13 H N 10 4 H H OH H H N N H2N H 10 5 N H OH CH2 FH4 N5 CH2 N10 R CH2 N5，N10-亚甲基-FH4 O COOH C NH CH CH2 CH2 COOH 括号内用R表示 H N N H2N H H N 5 CH2 N R N H 10 OH FH4 N5 CH2 N10 R CH3 N5-甲基-FH4FH4与“一碳基团”FH4与“一碳基团”H2N5 NH2N H H H N N 10 N 5 CH2 N R OH FH4 N5 CH2 N10 R FH4 N5 CH2 N10 R CH CH NH H N N 10 5 N OH FH4 N5 CH2 N10 R HC O N10-甲酰基- FH4 SAM 的结构（二）生成“一碳基团”的氨基酸1．甘氨酸与“一碳基团”的生成 2．组氨酸与“一碳基团”的生成 3．丝氨酸与“一碳基团”的生成 4．蛋氨酸与“一碳基团”的生成 5．“一碳基团”的互变NH2CH2 COOH 甘氨酸+ FH4+ FH41．甘氨酸与“一碳基团”的生成 CHO 甘氨酸氧化酶 COOH 甲酸次甲基 FH4合成酶甲酰FH4合成酶N5，N10-次甲基- FH4N10-甲酰基 -FH4FH4N5CH2N10RCHFH4N5CH2N10RHC O H N N CH 2 CH COOH2．组氨酸与“一碳基团”的生成 COOH CH 2 CH 2 CH NH COOH 甲酰谷氨酸CHO亚氨甲酰 转移酶 甲酰 转移酶N 5 -亚氨甲基-FH 4N 5 -甲酰基-FH 4FH 4N 10RN 5 CHFH 4CH 2N 10RCH 2 NHO N 5 HCN 5 ，N 10 -次甲基-FH 4FH 4N 5N 10RCH 2 CH环脱氨酶环脱水酶组氨酸nullO1.蛋氨酸FH4 NCH2 N5 10 CH NH+ COOHN5，N10-亚甲基FH4-CH2 N10 RFH4 N5 CH2 N10 R FH4 NOCH 2CH 2CH 2CH NH 2CH NH 2 HHOH-CH 3 (用于肾上腺素、H 2 O CH 2NCH 2CH 2CH 2CH NH 2 HCH NH 2N -CH 3-FH 4H2N N NH2.半胱氨酸和胱氨酸143．丝氨酸与“一碳基团”的生成3-- R 5 CH CH2 CH2OH CH NH2 + FH4 COOH 丝氨酸甘氨酸4．蛋氨酸与“一碳基团”的生成+丝氨酸羟甲基转移酶 CH2 脱氢酶 还原酶 -2H + H N5，N10-次甲基FH4 N5-甲基FH4 5．“一碳基团”的互变一碳基团的来源活性形式互变生化功能SAM 5蛋氨酸 同型半胱氨酸 B 12 CH 3丝氨酸N 5，N 10 =CH 2-FH 4组氨酸N 5-CH=NH-FH4N 10 -CHO-FH 4 HCOOH甘氨酸N 5-CHO-FH 4 乙醛酸甲基化反应：如胆碱、 肌酸、肾上腺素等合成N 5，N 10 -CH 2-FH 4 胸腺嘧啶的甲基嘌呤碱C8嘌呤碱C2 CH 3 S CH 3 S CH 2 腺嘌呤 ATP PPi + Pi CH 2 H H 腺苷转移酶 OH COOH COOH 蛋氨酸 SAM FH 4 肌酸、胆碱等的合成) N 5 -CH 3 - FH 4 SH S CH 2 腺嘌呤 腺苷 H H H OH OH COOH COOH S-腺苷同型半胱氨酸 同型半胱氨酸 (三）“一碳基团”代谢的生理意义1. 四氢叶酸“一碳基团”参与体内嘌呤 和嘧啶碱生物合成2. 满足多种重要物质生物合成过程对甲 基的需要 3. “一碳基团”代谢与新药设计色氨酸 磺胺类药物四氢叶酸H2NSO2NHRNNH2NCH2NH2OCH3 OCH3OCH3TMP抑制 O CH2 N CH2 NH C NH CH OH COOH 二氢叶酸合成 酶 二氢叶酸还原酶 二氢蝶呤啶＋ 对氨基苯甲酸＋谷氨酸 二氢叶酸 抑制 磺胺类COOH CH23.谷胱甘肽（GSH）三、含硫氨基酸的代谢 构成蛋白质的必需氨基酸，形成SAM， 转变成半胱氨酸 非必需氨基酸，形成二硫键， 参与构成酶的活性中心和GSH三肽化合物，抗氧化功能，保护机体含巯基物质null四、芳香族氨基酸代谢的特点（一）苯丙氨酸和酪氨酸 代谢特点 （二）色氨酸代谢特点（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢1. 苯丙氨酸 2. 酪氨酸 苯丙酮酸 酪氨酸 合成激素 代谢缺陷症白化病尿黑酸症酪氨酸酶缺乏 苯丙酮酸症 （二）色氨酸代谢 1. 生成5-羟色胺 2. 生成尼克酸 3. 生成黄尿酸 4. 生成褪黑激素 15