生物化学：蛋白质的代谢分解

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1、第十一章 蛋白质的代谢分 解第一节 蛋白质的营养作用第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败作 用第三节 氨基酸的代谢概况第四节 氨基酸的一般代谢第五节 个别氨基酸的代谢l 蛋白质营养的重要性1、蛋白质能维持组织细胞的生长、更新和修补。 2、蛋白质参与体内多种重要的生理活动。 3、蛋白质可作为能源物质氧化供能。第一节 蛋白质的营养作用l 氨基酸的生理需要量 根据氮平衡的实验测算，在不进食蛋白质时，成人每天最少也要 分解约20克蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成有质的 差异，不可能全部被利用。因此，成人每天至少需要补充3050 克食物蛋白质才能维持氮的总平衡，这是蛋白质的最低生理需要 量。要长期维持

2、氮的总平衡，我国营养学会推荐正常成人每日蛋 白质需要量为80克。l 必需氨基酸 必需氨基酸是指人体需要但是体内不能合成，必须由食物供给 的氨基酸，共有8种，包括缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、酸酸、 赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸，体内缺乏任何一种，都会引起 氮负平衡。其他12种氨基酸体内可以合成，不由食物供给，这 类氨基酸称为非必需氨基酸。酪氨酸和半胱氨酸虽然体内能合 成，但要以苯丙氨酸、甲硫氨酸为原料转化生成，故二者被称 为半必需氨基酸。l 食物中蛋白质的互补作用 将营养价值低的蛋白质混合食用，彼此间必需氨基酸可以得到 相互补充，从而提高蛋白质的营养价值，称为食物蛋白质的互 补作用。这种互补作用有重

3、要的现实意义，例如，谷类蛋白质 中赖氨酸含量低而色氨酸含量高，豆类蛋白质中赖氨酸含量较 高而色氨酸含量较低，两者混合食用即可提高蛋白质的营养价 值。因此食物种类多源化，是提高蛋白质营养价值的重要途 径。一、蛋白质的消化芳香族氨基酸 甲硫氨酸 亮氨酸胃蛋白酶胃蛋白酶原胃酸多肽 少量氨基酸第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败作用1、胃内消化2、小肠内消化小肠是消化蛋白质的主要场所。l 胰腺分泌的蛋白酶内肽酶：糜蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶水解肽链非末端肽键产生寡肽外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶A、羧基肽酶B从肽链两个末端逐个水解肽键产生氨基酸l 肠黏膜细胞分泌的蛋白酶肠黏膜 细胞肠激酶胆汁酸 进入肠液胰蛋

4、白酶原胰蛋白酶糜蛋白酶元 弹性蛋白酶原 羧基肽酶原氨基肽酶寡肽氨基酸二肽二肽酶氨基酸寡肽酶存在于肠黏膜细胞和细胞液中，如氨基肽酶和二肽酶肠激酶二、蛋白质的腐败作用 未被消化的蛋白质和未被吸收的消化产物，在大肠下部受肠 道菌作用被分解，此作用称为蛋白质的腐败作用。一、氨基酸的来源1、食物蛋白质消化、吸收 2、体内组织细胞合成非必需氨基酸 3、体内组织蛋白分解l 氨基酸代谢库 经消化吸收的氨基酸（外源性）与体内组织蛋白水解产 生的氨基酸（内源性）混与一起，分布于体内各处，称 为氨基酸代谢库。其主要功能是合成蛋白质与多肽。第三节 氨基酸的代谢概况第四节 氨基酸的一般代谢一、氨基酸的脱氨基作用 二、氨

5、的代谢 三、-酮酸的代谢 四、氨基酸的脱羧基作用一、氨基酸的脱氨基作用l氨基酸的脱氨基作用 脱氨基作用是氨基酸分解代谢最主要的途径。氨基 酸可通过多种脱氨基方式脱去氨基，生成-酮酸， 如转氨基（transamination）、氧化脱氨基（ oxidative deamination）、联合脱氨基（ combined deamination）等，其中以联合脱氨 基最为重要。1.转氨基作用主要的转氨酶：丙氨酸氨基转移酶（ALT），又称谷丙转氨酶（GPT）天冬氨酸氨基转移酶（AST），又称谷草转氨酶（GOT）n 转氨基作用是可逆的。因此，转氨基作用既是氨基酸的脱氨 基分解过程，也是某些非必需氨基酸合

6、成的重要途径。 n 赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸不能进行转氨基作用。转化关系：丙氨酸和丙酮酸-酮戊二酸和谷氨酸天冬氨酸和草酰乙酸转氨基的作用机制转氨酶的辅酶都是维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛。 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的相互转变，起着传递氨基的作用。生理意义：转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基 的重要方式，也是体内合成非必需氨基酸和氨基酸互 变的重要途径之一。另外，转氨基作用还是联合脱氨 基的重要组成环节。l 正常情况下，转氨酶主要存在于组织细胞内，血清中转 氨酶的活性很低。肝组织中GPT的活性最高，心肌组织 中GOT的活性最高。 l 如果因为某种原因使细胞膜通透性增高或细胞坏死时， 转氨酶会大

7、量释放入血，使血清中转氨酶活性明显升 高。例如，对于急性肝炎患者，其血清GPT活性显著增 高，而心肌梗死患者血清中的GOT活性则明显上升。临 床上可以此作为疾病的诊断及预后判断的指标之一。 2、氧化脱氨基作用主要的酶：L-谷氨酸脱氢酶辅酶：NAD+或NADP+部位：哺乳动物肝、肾和脑组织的线粒体反应特点：可逆，一般偏向于谷氨酸的合成 调节：ATP和GTP为该酶的变构抑制剂，GDP和ADP为该酶的 变构激活剂催化的反应：3、联合脱氨基作用是体内氨基酸脱氨基的主要途径，同时其逆反应也 是体内合成非必需氨基酸的主要途径。两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生 成-酮酸的过程。转氨基作用偶联L

8、-谷氨酸氧化脱氨基途径发生在： 肝、肾等组织转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环途径发生在：骨骼肌和心肌组织二、氨的代谢：体内代谢产生的氨以及肠道吸收的氨进入血液 形成血氨。氨具有毒性，中枢神经系统对氨的毒性极 为敏感。生理情况下，氨的来源和去路始终保持动态平衡，体 内的 血氨浓度很低，一般不超过4760mol/L（ 1mg/L）。对于严重肝病患者，其尿素合成能力降低，致使血氨 增高，过量的氨进入脑组织造成脑功能紊乱，常与肝 性脑病的发病有关。1、体内氨的来源：l 体内氨基酸脱氨基作用 l 体内含氮化合物的分解 l 食物蛋白质的腐败作用和透入肠道的尿素水解产 生氨 l 肾小管上皮细胞经水解谷氨酰胺泌氨

9、2.氨的去路l 体内80%90%氨的去路是在肝脏合成尿素 l 合成谷氨酰氨 l 合成某些含氮化合物 l 经肾脏泌氨与H+结合后以铵盐形式排出体外3、氨的转运丙氨酸葡萄糖循环生理意义： 1、使肌肉中有毒的氨以无毒的丙氨酸形式输 出。2、为肝脏提供合成尿素的氮源和糖异生的原 料，而肝糖异生产生的葡萄糖既为肌肉组织提 供能量又为肌肉排氨再循环提供了丙酮酸。谷氨酰胺的运氨作用部位：脑、肌肉组织细胞的线粒体内 作用：将氨运至肝、肾 酶：谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺酶 反应：不可逆，耗能三、尿素的合成 1、部位：肝脏是尿素合成的主要器官。肾脏是排泄尿素的主要 器官。 2、尿素合成途径：肝脏合成尿素的途径称为鸟

10、氨酸循环（ ornithine cycle），又称为尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit cycle。（1）氨基甲酰磷酸合成：游离氨是尿素第一个氮原子的来源。游离氨是尿素第一个氮原子的来源。要点：1、部位：肝细胞线粒体内2、酶：氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）【CPS-I是鸟氨酸循环中第一个限速酶，AGA是此酶的变构激活 剂，它由乙酰CoA和谷氨酸合成。】 3、耗能：消耗2分子ATP4、不可逆（2）瓜氨酸合成：要点：1、酶：鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）2、部位：线粒体3、瓜氨酸生成后被转运出线粒体，进入细胞液4、不可逆（3）精氨酸合成：天冬氨酸为尿素提供第二个

11、氮原子天冬氨酸为尿素提供第二个氮原子要点：1、酶：精氨酸代琥珀酸合成酶和精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成过程中的主要限速 酶。2、部位：细胞液3、耗能：消耗两个高能键（4）精氨酸水解生成尿素：要点：1、酶：精氨酸酶（arginase）2、部位：细胞液尿素生成的中间步骤尿素生成总反应方程式：高血氨症和氨中毒：生理情况下，血氨的来源与去路保持动态平衡，血氨 浓度维持在较低水平，机体不会发生氨中毒。尿素的合成是维 持这种平衡的关键点。当肝功能严重受损或鸟氨酸循环中某些 酶有遗传性缺陷时，尿素的合成发生障碍，使血氨浓度升高， 发生高血氨症(hyperammonemia)。 高血氨症可

12、引起中枢神经 系统功能障碍，其分子机制尚未完全明了。目前认为，高浓度 氨进入脑组织后，可与脑中的-酮戊二酸结合生成谷氨酸及谷 氨酰胺，导致 脑中-酮戊二酸被大量消耗，三羧酸循环不能有 效进行而导致ATP生成减少，大脑功能发生障碍，严重时可发 生昏迷，临床上称为肝昏迷（hepatic coma）或肝性脑病（ hepatic encephalopathy）。四、氨基酸的脱羧基作用l 有些氨基酸在脱羧酶的作用下可进行脱羧基作用，生成相应的胺 类。 l 氨基酸脱羧酶的辅酶也是磷酸吡哆醛。 l 胺类生成后可在胺氧化酶作用下氧化生成相应的醛、氨和H2O2 ，醛类继续氧化生成羧酸，羧酸再继续氧化生成H2O和

13、CO2或 随尿排出，避免了胺类的蓄积。 产产物来源酶作用-氨基丁酸谷氨酸谷氨酸脱羧酶中枢神经系统抑制性神经 递质组胺组氨酸组氨酸脱羧酶血管舒张剂，增加毛细血 管的通透性5-羟色胺色氨酸色氨酸羟化酶 5-羟色氨酸脱羧 酶脑组织 中，中枢抑制性神 经递质 外周组织中，收缩血管牛磺酸半胱氨酸磺基丙氨酸脱羧 酶是结合胆汁酸的结合剂， 可促进胆汁酸的代谢和再 利用多胺 （腐胺，精 脒，精胺）鸟氨酸鸟氨酸脱羧酶转录和细胞分裂的调控 中起作用五、-酮酸的代谢 氨基酸脱氨基后生成的-酮酸（-ketoacid）可以进一步代谢，主要有以下方面 的途径：氧化供能 代谢中常见的-酮酸有丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸等，

14、 它们在体内均可转变成乙酰CoA或三羧酸循环的中间代谢物，在 循环中彻底氧化成CO2和H2O，同时释放能量，供机体利用。合成非必需氨基酸 体内的一些营养非必需氨基酸一般是通过相应的-酮酸氨基 化生成。例如，丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸经过氨基化后 可分别转变成丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。-酮酸可来自于氨 基酸代谢，也可来自于糖代谢或TAC。 转变成糖及脂类化合物 氨基酸脱去氨基后生成的酮酸继续代谢，最终可生成七种 主要的中间代谢物：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA以及TAC的 中间产物酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸。 氨基酸生糖及生酮性质的分类类别氨基酸生糖氨基酸 甘氨酸、丙氨酸、

15、缬氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、脯氨 酸、甲硫氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬酰 胺、组氨酸、精氨酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基 酸异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸综上所述，氨基代谢与糖及脂肪的代谢是相互联系的。氨基酸可转变成 糖和脂肪；糖也可以转变成脂肪和一些非必需氨基酸的碳链；不过脂肪 酸既不能变成糖，也不能变成氨基酸。所以说，TCA不仅是氨基酸、糖 及脂肪彻底氧化的共同通路，也是这几大营养物质相互转变的枢纽。体 内的营养物质相互联系，共同构成人体完整的代谢体系。一、一碳单位代谢l 定义： 某些氨基酸在分解代谢过程中，能够产生含有一个碳原子的 有机基团，称为一碳单位。l

16、 形式： 甲基（CH3）,甲烯基（CH2）,甲炔基（CH=）, 甲酰基（CHO）,亚氨甲基（CH=NH）CO、CO2不是一碳单位l 来源：甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸第五节 个别氨基酸的代谢一碳单位不能游离存在，需与四氢叶酸结合而被转运。一碳单位通常结合于FH4分子的N5、N10位上，结合后一碳单 位才具有活性FFH2还原酶NADPH +H+NADP+FH2FH4FH2还原酶NADPH +H+NADP+四氢叶酸（FH4）四氢叶酸是一碳单位的运载体。一碳单位的互变与代谢意义（1）、一碳单位的互变 一碳单位可由不同氨基酸分解代谢产生，但在不同分子形 式的一碳单位之间，除N5-CH3-FH4的生成为不可逆反应外 ，其余均可通过氧化还原作用而彼此互变。一碳单位的生理意义1、作为合成嘌呤和嘧啶的原料 如N10CHOFH4与N5,N10CHFH4分别是嘌呤环合成时C2与 C8的来 源；N5,N10CH2FH4为脱氧胸苷酸dTMP的生成提供甲 基