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1、蛋白质分解及氨 基 酸 代 谢,Metabolism of Amino Acids,一、 体内蛋白质具有多方面的重要功能,（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补,（二）蛋白质参与体内多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。,每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ (4.1 kcal)的能量，人体每日18%能量由蛋白质提供。,（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能,二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述,氮平衡(nitrogen balance) 摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮总平衡：摄入氮 = 排
2、出氮（正常成人）,氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）,氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）,蛋白质的生理需要量 成人每日蛋白质最低生理需要量为30g50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,氮平衡的意义 可以反映体内蛋白质代谢的概况。,其余12种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。,三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,第一节
3、 蛋白质的消化、吸收和腐败,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。,1、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键的作用特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。,2、小肠是蛋白质消化的主要部位。,胰液中的蛋白酶的种类及其作用,该蛋白酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。,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(exopeptid
4、ase) 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) 。,产物：主要为小肽和氨基酸,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,最终产物主要为氨基酸、还有少量小肽。,蛋白水解酶作用示意图,肠液中酶原的激活,胰蛋白酶(trypsin),肠激酶(enterokinase),胰蛋白酶原,弹性蛋白酶(elastase),弹性蛋白酶原,糜蛋白酶(chymotrypsin),糜蛋白酶原,羧基肽酶(A或B) (carboxypeptidase),羧基肽酶原(A或B),
5、肠激酶原,胆汁酸,二、氨基酸的吸收与转运,吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、二肽、寡肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程,转运蛋白对氨基酸吸收作用,转运蛋白与氨基酸、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。,七种转运蛋白 (transporter),中性氨基酸转运蛋白 酸性氨基酸转运蛋白 碱性氨基酸转运蛋白 亚氨基酸转运蛋白 氨基酸转运蛋白 二肽转运蛋白 三肽转运蛋白,-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系 此种转运也是耗能
6、的主动吸收过程 吸收作用在小肠近端较强,肽的吸收,三、蛋白质在肠道发生腐败作用,肠道细菌对未被消化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、苯酚、吲哚、硫化氢、氨等；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),（一）胺的生成,假神经递质(false neurotransmitter),某些物质结构(如苯乙醇胺，-羟酪胺）与神经递质（如儿茶酚胺）结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,（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。,（三）腐败作用
7、产生其它有害物质,正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。,第二节 蛋白质的降解,（一）体内蛋白质分解生成氨基酸,成人体内的蛋白质每天约有1%2%被降解，主要是肌肉蛋白质。 蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%80%被重新利用合成新的蛋白质。,不依赖ATP和泛素； 利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。,1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解,（二）蛋白质的降解有两条重要途径,2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解,依赖ATP和泛素 降解异常蛋白和短寿蛋白质,泛素(ubiqu
8、itin),76个氨基酸组成的多肽(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。,泛素介导的蛋白质降解过程,第三节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,氨基酸代谢概况：,一、氨基酸脱氨基作用,脱氨基作用 指氨基酸脱去-氨基生成相应-酮酸的过程，是氨基酸分解代谢的主要方式。,（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基,转氨基作用(transamination),1、转氨基作用,在转氨酶
9、(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。,反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,特点：,1）可逆， 平衡常数1,2）分布广，特异性强，种类多（赖、脯、羟脯例外）,3）两种最重要的转氨酶,a. 谷丙转氨酶,GPT(ALT),b. 谷草转氨酶,GOT(AST),（肝细胞内最多）,（心肌细胞内最多）,2、各种转氨酶特点及作用机制,正常人各组织中GPT及GOT 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。,GPT,GOT,急性肝炎,心肌炎，心肌梗死,
10、作用机制：转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径，有利于调节体内非必需氨基酸的种类与数量。,通过此种方式并未产生游离的氨。,3. 转氨基作用的生理意义,（二）氧化脱氨基作用：L-谷氨酸脱氢酶,存在于肝、脑、肾中（肌肉中活性低） 辅酶为 NAD+ 或NADP+ 变构酶：GTP、ATP为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂,催化酶： L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸,NH3,-酮戊二酸,NAD(P)+,NAD(P)H+H+,H2O,（三）联合脱氨基作用,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，是氨基酸脱氨基的主要
11、方式。,定义,1.转氨基偶联氧化脱氨基作用,H2O+NAD+,转氨酶,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾和脑组织进行。,苹果酸,腺苷酸 代琥珀酸,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),腺苷酸代琥 珀酸合成酶,2.氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基（肌肉）,（一）氨的来源,1.组织器官中的氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨,氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。,二、氨的代谢,3.肾小管上皮细胞分泌的氨,2.肠道细菌腐败作用产生氨,（二）氨的转运,1. 丙氨酸-葡萄糖循环,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。,丙
12、氨 酸,葡 萄 糖,肌肉 蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-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,-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,2. 谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。,生理意义,（三）氨的去路,在肝内合成尿素，这是最主要的去路；,肾小管泌氨,分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；,合成谷氨酰胺。,1. 概述,尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinith
13、ine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,（四）尿素的合成,（1） 氨基甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,2.肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。 N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),（2）瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase, OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体。
14、反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,（3）精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,（5）尿素的合成,反应在胞液中进行。,鸟氨酸循环,反应小结：,原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。 过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。,（1）高蛋白质膳食促进尿素合成 （2）AGA激活 CPS-启动尿素合成（精氨酸促进AGA 合成） （3）精氨酸代琥珀酸合成酶活性为尿素合成的限速酶,3.尿素合成的调节,血氨浓度升高称高血氨症(hyperammon
15、emia),高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,（五）血氨症与氨中毒,常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。,TAC ,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,三、 -酮酸的代谢,氨基酸脱氨基后生成的-酮酸(-keto acid）主要有三条代谢去路。,（一）-酮酸可彻底氧化分解并提供能量,（二）-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸,（三）-酮酸可转变成糖及脂类化合物,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2
16、,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,第四节 个别氨基酸的代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,一、氨基酸的脱羧基作用,二、一碳单位的代谢,三、含硫氨基酸的代谢,四、芳香族氨基酸的代谢,五、支链氨基酸的代谢,一、氨基酸的脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),生理功用,（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成-氨基丁酸(-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。 （用VitB6治疗小儿惊厥）,（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺 (histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。,（三）色氨酸经5-羟色胺酸生成5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-H
