蛋白质的降解与氨基酸的代谢江大食品生化ppt课件

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1、第八章 蛋白质的降解与氨基酸的代谢,第一节 蛋白质的酶水解 第二节 氨基酸分解代谢的公共途径 第三节 氨基酸合成的公共途径,蛋白质在生物体中的主要生物功能 (1) 结构物质胶原蛋白 (2) 免疫功能免疫球蛋白 (3) 运动功能肌动蛋白 (4) 运输功能血红蛋白 (5) 催化功能酶 (6) 供能4.1Kcal/g=4.14.18kj/g，占机 体需要的10-15%,第一节 蛋白质的酶水解 生物体利用外源蛋白质物质作为营养时，需要将蛋白质分解成氨基酸(或寡肽)才能被吸收利用。 体内的蛋白质也需不断的转换更新，其目的： （1）排除那些不正常的蛋白质，它们的积累对细胞有害； （2）排除积累过多的酶和调

2、节蛋白，使细胞代谢的井然有序得以维持。,水解,胞外酶,氨基酸,吸收入,作为氮源和能源进行代谢。,蛋白质不能储备。,外源蛋白质,细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？,内源过期蛋白质,水解,氨基酸,？,泛肽识别并在溶酶体中水解过期蛋白,泛肽（ubiguitin）给选择降解的蛋白质加以标记,泛肽：是一个由76个氨基酸组成的蛋白质，由于它无所不在，而且在真核细胞中含量丰富而得名,过期蛋白质,泛肽,复合体,溶酶体,游离于细胞质中，过于微小难以观察,小分子单元,溶酶体,白细胞杀菌时被该细菌同样溶解,白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关,一、蛋白酶（proteinase）的分类 催化蛋白质分

3、子中的肽键水解的一类酶，称为蛋白酶。 1、按来源分 动物蛋白酶 植物蛋白酶 微生物蛋白酶 2、按作用位点分 内肽酶 外肽酶 二肽酶 外肽酶： 氨肽酶 羧肽酶A 羧肽酶 羧肽酶B,提问：不同蛋白酶之间功能上区别是什么？,内肽酶 胃蛋白酶（Pepsin） ：芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸（NH2端及COOH端） 胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin） ：芳香族氨基酸及其他疏水氨基酸（COOH端） 弹性蛋白酶（Elastase） ：丙氨酸，甘氨酸，丝氨酸等短脂肪链的氨基酸（COOH端） 胰蛋白酶（Trypsin） ：碱性氨基酸（COOH端),外肽酶 羧肽酶A：芳香族氨基酸羧肽末端的肽键 羧肽酶B：碱

4、性氨基酸 羧肽末端的肽键 （Carboxypeptidase ） 氨肽酶（ Aminopeptidase ）：氨肽末端的肽键 二肽酶（Dipeptidase）： 要求相邻两个氨基酸上的-氨基和-羧基同时存在,3、根据作用的pH分 碱性蛋白酶，pH 9-11 中性蛋白酶，pH 7-8 酸性蛋白酶，pH 2-5 二、蛋白质的酶水解 大分子的蛋白质受内肽酶、外肽酶和二肽酶的协同催化，逐步降解生成 多肽 寡肽 二肽 氨基酸 Polypeptide oligo di 蛋白质的酶水解在食品工业中有广泛的应用,三、氨基酸的吸收及氨基酸代谢库 在人和动物体内，氨基酸被小肠粘膜吸收后，通过粘膜的微细血管进入血液

5、，并运送到肝脏及其他器官中进行代谢。,由于氨基酸是蛋白质、核酸等生物分子合成的原料，细胞内总有相当数量的游离氨基酸存在，这些游离氨基酸一部分是从外界吸收的；一部分是由细胞自身合成的；也有的是由体内蛋白质更新释放的。 细胞内所有这些游离存在氨基酸称为氨基酸库。氨基酸库内的氨基酸不断被利用，又不断被补充，始终处于动态平衡。,蛋白质的需要量和营养价值,氮平衡 机体摄入的蛋白质量和排出量在正常情况下处于平衡状态，称为氮平衡 处于生长、发育或患疾恢复的机体，其摄入的氮量大于排出的氮量，称为正氮平衡 当摄入的氮量小于排出的氮量时，称为负氮平衡 生理需要量 成人每日最低需要3050g蛋白质,阜阳”大头娃娃”

6、奶粉事件,蛋白质的营养价值 必需氨基酸与非必需氨基酸,必需氨基酸：是指人和动物体内需要，而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸。 共有8种：亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、缬氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和赖氨酸。,半必需氨基酸：尽管自身能够合成，但合成量不能满足需要。如组氨酸和精氨酸 非必需氨基酸：可以在体内合成满足需要的氨基酸。,第二节 氨基酸分解代谢的公共途径 各种不同的氨基酸代谢的主要公共途径有 脱氨基作用 脱羧基作用 脱氨脱羧作用 氨基酸在脱氨、脱羧后，生成的有机酸、胺、氨、CO2等产物可被进一步分解利用或排出体外。,体内脱氨基的反应有三类脱氨基作用 转氨作用 联合脱氨基作用

7、,一、氨基酸的脱氨基作用 氨基酸经酶催化脱去氨基的作用称为脱氨基作用。,1、氧化脱氨基作用 (1) 氧化脱氨基作用的一般过程 R R 2 HC NH3 + O2 2 C=O + 2 NH3 COO- COO-,(2) 催化氧化脱氨基作用的酶 1) L-氨基酸氧化酶它是一个黄素蛋白，这种酶有两种类型： 一类是以FAD为辅基的； 另一类是以FMN为辅基的(人和动物体中)。 在体内分布不广，活性不强。 2) D-氨基酸氧化酶该酶以FAD为辅基。该酶存在于脊椎动物的肝、肾细胞。 在体内分布广，活性也强，但生物体内的氨基酸大多数是L型的。,3) 氨基酸脱氢酶它是不需氧脱氢酶类，它的辅酶有两种，一种是NA

8、D+/NADH，另一种是NADP+/NADPH，脱下的氢不直接交给氧，而是经电子传递链产生H2O和ATP。 氨基酸脱氢酶种类很多，但最重要的是L-谷氨酸脱氢酶，该酶分布很广，在动、植物及微生物中都存在，有较强的活性。,2、氨基酸的非氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用大多数在微生物中进行。非氧化脱氨的方式有以下几种 (1) 还原脱氨基作用 (2) 水解脱氨基作用 (3) 脱水脱氨基作用 (4) 脱硫氢基脱氨基作用,3、氨基酸的脱酰胺基作用 谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下，分别发生脱酰胺基作用通生成相应的氨基酸。,二、氨基酸的转氨基作用 转氨基作用是-氨基酸和酮酸之间氨基的转移

9、作用。 转氨酶催化转氨反应的酶称为转氨酶。 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛，其功能是携 带氨基(-NH2)。 大多数转氨酶需要以-酮戊二酸为氨基受体；以谷氨酸为氨基供体。 转氨酶对其催化反应中两个底物中的一个是专一的。,三、联合脱氨基作用 联合脱氨基作用是由转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶联合作用脱去氨基的方式。 联合脱氨基作用是氨基酸的-氨基先借助转氨作用转移到-酮戊二酸的分子上，生成相应的酮酸和谷氨酸；然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的作用下脱氨基，生成-酮戊二酸同时释放出氨。 它的逆反应是氨基酸合成的重要途径。,腺苷酸琥珀酸,草酰乙酸,嘌呤核苷酸联合脱氨基,NH3,天冬氨酸,次黄苷酸,H2O,NH3,H2

10、O,苹果酸,谷-草转氨酶,反应物,四、氨基酸的脱羧基作用 机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的一级胺。它是氨基酸分解的另一条共同途径。 催化脱羧反应的酶称为脱羧酶，这类酶的辅酶是磷酸吡哆醛，其反应过程,氨基酸的脱羧酶的专一性很高，一般是一种氨基酸一种脱羧酶，而且只对L-型氨基酸起作用。在脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。 有些氨基酸的脱羧产物(胺类)具有生理活性。 如组胺可以使血管舒张，降低血压； 酪胺、5-羟色胺能增高血压； 谷氨酸脱羧生成的-氨基丁酸是重要的 神经介质。,蛋白质腐烂后发出的臭味即由于腐胺和尸胺的缘故。,绝大多数胺类对动物有毒，但体内有胺氧化酶，能将它们氧化成醛和氨

11、，醛进一步氧化生成酸，氨可被机体用来合成尿素、酰胺以及新的氨基酸或变成铵盐，排出体外。,五、氨基酸脱氨、脱羧产物的进一步代谢 1、-酮酸的代谢有三条途径 (1) 用于氨基酸的再合成； (2) 转变成糖和脂； (3) 进入TCA循环，氧化生成CO2和H2O。,生糖氨基酸碳骨架能转变成糖的氨基酸称为生 糖氨基酸。能生成丙酮酸和TCA循 环的中间产物的氨基酸可经糖异 生作用转变成糖。 生酮氨基酸氨基酸脱氨后生成的酮酸经复杂的 变化后，可变成乙酰乙酰辅酶A， 进而转化为酮体，它们在动物体内 不能转变成糖，只能转变成脂肪， 这类氨基酸称为生酮氨基酸。（有 五种：phe、tyr、leu、trp、lys）

12、phe、tyr即可以生糖也可以生酮。,-酮酸的转化,(1)合成氨基酸（合成代谢占优势时） (2)进入三羧酸循环彻底氧化分解!,(3)转化为糖及脂肪,除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。,糖异生,碳骨架的氧化（肝脏中）,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸,丙酮酸,精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸,天冬酰胺 谷氨酰胺,三羧酸循环焚烧炉,2、氨的代谢 氨对人体及动物是有毒的，在体内不能大量积存。游离的氨形成后应立即代谢。 各种生物体处理氨的方式有所不同。 如大部分水生生物，氨是

13、直接排到水中； 鸟类及爬行动物，氨代谢成尿酸； 两栖类生物，氨代谢成尿素排出体外； 陆栖的高等动物，氨代谢成尿素。,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,各种生物根据安全、价廉的原则排氨。,直接排氨，毒性大，不消耗能量。转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。,？,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,？,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,(1) 形成酰胺储存起来 最重要的酰胺是天冬酰胺和谷酰胺。 天冬氨酸 + NH3 + ATP 天冬酰胺 + ADP + Pi 催化该反应的酶分别是天冬酰胺合成酶 谷酰胺酶 储存在酰胺

14、基上的-NH2可用于合成新的氨基酸或其他含氮化合物(如嘌呤、嘧啶以及核苷酸等)，也可直接参与蛋白质的合成。,人体氨的代谢方式主要有以下几种形式,（2）合成新的氨基酸 （3）合成氨甲酰磷酸 氨甲酰磷酸是合成嘧啶、尿素和精氨酸的重要前体物质，也是重要的高能磷酸化合物之一。 该反应是由无机氮合成有机氮的重要反应。,(4) 合成尿素 尿素是生物体蛋白质代谢的一种产物。 在高等动物中，形成尿素后即排出体外，是一种重要的解毒方式。 在植物、微生物中也能形成尿素，但其作用是储存氨，必要时在尿素酶的作用下，分解成NH3和CO2使用,(主要是肌肉),NH3的转运与排泄,各组织细胞,脱氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二

15、酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝脏,脱氨，转化为排泄形式,肌肉剧烈运动,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖异生,糖原,脱氨,酵解,蛋白质分解产能,尿素的形成尿素循环,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸 （转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,转氨基氨,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,尿素生物合成的反应过程可分三个阶段 1) CO2、NH3与鸟氨酸作用生成瓜氨酸； 2)瓜氨酸与Asp作用生成Arg； 3) 精氨酸被精氨酸酶水解后放出尿素，并形成鸟氨酸构成一循环(即鸟氨酸循环，又称尿素循环)。,3、CO2的去路 大部分直接排到细胞外，小部分可通过丙酮酸羧化支路被固定，生成草酰乙酸或苹果酸。 4、胺的代谢,5、氨基酸分解代谢途径小结,必需分解不可逆，缺乏碳骨架供给。,氨基酸的合成,由糖代谢中间产物转化而来。,蛋白质,氨基酸,非必需氨基酸 (10种),糖,必需氨基酸 (10种),酮体,动物,CO2+H2O,戊