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1、第九章蛋白质分解及氨基酸代谢,温州医学院生物化学教研室李春洋,所谓蛋白质代谢，即为蛋白质的周转，包括蛋白质的分解代谢和蛋白质的合成代谢。蛋白质的分解代谢是指蛋白质分解为氨基酸及氨基酸继续分解为含氮的代谢产物、二氧化碳和水并释放出能量的过程。人体利用外源氨基酸及自身合成的氨基酸在遗传信息的指导下生成蛋白质的过程即为蛋白质的生物合成。,第一节蛋白质的生理功能和营养作用,一、蛋白质在生命过程中的主要生理功能,维持组织的结构、生长、更新和修补有重要作用；代谢中可以产生一些生理活性物质，参与接受和传递信息、调节机体的生长和分化；某些蛋白质具有特殊的生理功能；某些蛋白质可以起到生物催化作用和免疫保护作用；
2、蛋白质也可以提供能量。,二、蛋白质的营养作用,（一）氮平衡和蛋白质的需要量人体必须经常补充足够质和量的蛋白质才能维持正常的生理活动，常用于确定人体蛋白需要量的方法为氮平衡法。氮平衡是指摄入蛋白质的含氮量与排泄物（主要是粪便和尿）中含氮量之间的关系，它反映体内蛋白质的合成与分解代谢的情况。,氮平衡的几种类型：,氮的总平衡：摄入氮排出氮，即摄入蛋白质的量等于蛋白质的排出量称为氮的总平衡，反映正常成人的蛋白质代谢状况；氮的正平衡：摄入氮排出氮，此种氮平衡情况常见于婴幼儿、青少年、孕妇、乳母以及病后恢复期的患者;氮的负平衡：摄入氮排出氮，常见于膳食中蛋白质的质欠佳或量不足，或体内长期大量耗损，如饥饿、
3、营养不良、消耗性疾病、大面积烧伤及大量失血等情况。,（二）营养必需氨基酸与蛋白质的营养价值,必需氨基酸是指体内需要，但人体本身不能合成或合成速度不足以满足需要，必须由食物蛋白质提供的氨基酸，包括缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸等8种。组氨酸和精氨酸（酪氨酸）在婴幼儿和儿童时期因其体内合成量常不能满足生长发育的需要，也必须由食物提供，称为半必需氨基酸。,非必需氨基酸是指体内需要的，但不是必须要从食物中摄取，可以在体内通过一定的途径合成的氨基酸。食物蛋白质的营养价值的高低，主要决定于其所含必需氨基酸的种类、数量以及其相互比例是否与人体内的蛋白质相似。实际上评定食
4、物蛋白质的营养价值还应包括食物蛋白质含量、蛋白质的消化率、蛋白质的利用率三个方面。,（三）蛋白质的互补作用,多种食物蛋白质混合食用时，其所含氨基酸之间可取长补短，发挥互补作用，称为食物蛋白的互补作用。发挥蛋白质的互补作用遵循原则：各种食物的生物化学属性相距越远越好；搭配的食物种类越多越好；各种食物同时食用。,（四）临床应用上静脉补液的氨基酸制剂,临床上在治疗因各种原因如烧伤、摄食困难、严重腹泻或外科手术等引起的低蛋白质血症时，为保证氨基酸的需要，常可经静脉补充氨基酸制剂。临床比较常用的氨基酸制剂包括：14氨基酸-800、6氨基酸-520等。,第二节蛋白质的消化、吸收与腐败,一、蛋白质的消化,蛋
5、白质的消化是指蛋白质在胃及肠道内经多种蛋白酶及肽酶协同作用水解为氨基酸及小肽后再被吸收的过程。,碱性氨基酸,芳香族氨基酸,脂肪族氨基酸,二、氨基酸的吸收,蛋白质的消化产物主要是游离氨基酸及一些小肽（主要是二肽和三肽），可被小肠粘膜所吸收（在小肠粘膜中被肽酶水解为游离氨基酸）。遗传学、转运实验和分子克隆研究证明：氨基酸主要通过小肠粘膜的刷状缘上的载体蛋白转运吸收。已证实的氨基酸载体蛋白目前有6种。,氨基酸,谷胱甘肽, -谷氨酰转肽酶,半胱氨酰甘氨酸,-谷氨酰氨基酸, -谷氨酰环化转移酶,5-氧脯氨酸,氨基酸, 5-氧脯氨酸酶,ATP,谷氨酸,ADP+Pi, 肽酶,甘氨酸,半胱氨酸,ATP, -谷
6、氨酰半胱氨酸合成酶,ADP+Pi,-谷氨酰半胱氨酸, 谷胱甘肽合成酶,ATP,谷胱甘肽,ADP+Pi,（二）-谷氨酰基循环,三、蛋白质的腐败,腐败作用是指食物中未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸和小肽在大肠下部受肠道细菌的作用，发生一些化学变化、产生一系列产物的过程。腐败作用是细菌本身对氨基酸及蛋白质的代谢作用。腐败产物中有些是有一定营养价值的，如维生素K、泛酸、生物素、叶酸等；其他大多数腐败产物对人体有害，如胺类、酚类、吲哚、硫化氢、氨等。,（一）脱羧基生成胺类,蛋白质,氨基酸,胺类,组氨酸,组胺,赖氨酸,尸胺,色氨酸,色胺,酪氨酸,酪胺,CO2,氨基酸脱羧酶,（二）肠道细菌产生氨,2H,肠
7、 菌,H2O,尿素酶,（三）腐败作用产生其他有害物质,第三节蛋白质的降解,一、体内蛋白质的转换更新,人体内的蛋白处于分解与合成的动态平衡之中，正常成人每日约更新整体总蛋白质质量的12%。体内各种组织蛋白的更新速率很不一致，它们的半寿期（蛋白质浓度减少到开始值的50%所需要的时间）相差很悬殊。各种蛋白质更新率的调节机制目前尚不清楚，有研究显示富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸及苏氨酸序列模体的蛋白质，其半寿期都较短。,二、体内蛋白质降解机制,（一）ATP-非依赖的降解机制（溶酶体途径）体内蛋白降解的溶酶体途径无需ATP的参与，故又称为ATP-非依赖性蛋白降解途径。溶酶体是一种具有单层膜结构的细胞器，含有
8、50多种水解酶，称为组织蛋白酶（最适pH偏酸性）。通过这一途径降解的主要是一些膜结合蛋白、胞内长半寿期蛋白质及细胞外的蛋白质。,（二）ATP-依赖的降解机制（胞液途径）,ATP-依赖的蛋白质降解机制既需要ATP，也需要泛素。泛素是一种小分子蛋白质，普遍存在于所有真核细胞内，是许多细胞内蛋白质降解的标志。参与此降解途径的蛋白水解酶的最适pH为7.8，称碱性蛋白酶类；通过此途径降解的为异常蛋白质、损伤的蛋白质和细胞内短半衰期的蛋白质。,HS-E1,E1：泛素活化酶,ATP,AMP+PPi,HS-E2,E2：泛素携带蛋白,HS-E1,蛋白质,E3,E3：泛素蛋白连接酶,HS-E2,E4,E4：泛素-
9、连接降解酶,氨基酸,三、氨基酸代谢库,由食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，存在于细胞内液、血液和其他体液中而参与代谢，称为氨基酸代谢库。氨基酸的分解代谢过程主要在肝脏中进行，骨骼肌则是支链氨基酸分解的主要场所。氨基酸代谢库中氨基酸的主要功能是重新合成蛋白质和多肽，也可以通过一定途径转变为其他的含氮物质。,氨基酸代谢库的来源与去路,组织蛋白质,合成氨基酸,NH3,-酮酸,胺类,某些含氮化合物,组织蛋白质,食物蛋白质,第四节氨基酸的分解代谢,体内氨基酸分解代谢,氨基酸的脱氨基作用，这是氨基酸分解的主要反应；氨与天冬氨酸来源的氮
10、结合，形成尿素而排出体外；氨基酸的碳骨架（即-酮酸）转化为其他中间代谢物；氨基酸也可以进行脱羧基作用而产生胺类。,一、氨基酸的脱氨基作用,（一）转氨基作用1.转氨基作用与转氨酶转氨基作用指在转氨酶或氨基转移酶的催化下，一种-氨基酸的氨基转移到另一种的-酮酸的酮基上，使该-酮酸生成相应的-氨基酸，原来的-氨基酸则转变为-酮酸的过程。催化转氨基反应的酶称为转氨酶或氨基转移酶。,转氨酶催化的反应是可逆的，平衡常数接近1.0，因此转氨基作用也是体内合成非必需氨基酸的重要途径。同位素标记实验表明：20种编码氨基酸中，除甘氨酸、脯氨酸、赖氨酸及苏氨酸之外都可以参与转氨基作用。,2.转氨基作用的机制,（二）
11、L-谷氨酸氧化脱氨基作用,氧化脱氨基作用是指氨基酸在脱氨的过程中伴随有氧化的过程。,NAD+,NADH+H+,（三）联合脱氨基作用,1.转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用,NH3+NADH+H+,NAD+H2O,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,2.嘌呤核苷酸循环,氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,天冬氨酸,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸代琥珀酸,IMP,AMP,NH3,H2O,（四）非氧化脱氨基作用,直接脱氨基脱水脱氨基脱硫氢基脱氨基水解脱氨基还原脱氨基解氨酶催化的脱氨基,二、-酮酸的代谢,（一）合成非必需氨基酸（二）转变为糖或脂类生糖氨基酸：体内能转变为糖的氨基酸，共有13种；生酮氨基
12、酸：能转变为酮体的氨基酸，如亮氨酸和赖氨酸；生糖兼生酮氨基酸：既能转变为糖又能转变为酮体的氨基酸，如异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸和酪氨酸。（三）氧化供能,蛋白质,氨基酸,天冬氨酸,天冬酰胺,酪氨酸,苯丙氨酸,草酰乙酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,柠檬酸,谷氨酸,乙酰乙酰CoA,酮体,淀粉、糖原,甘油,脂肪酸,脂肪,生糖氨基酸生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸,三、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸可以通过脱羧基作用生成相应的胺类；催化脱羧基反应的酶称为脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛；氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般一种氨基酸对应一种脱羧酶，且只针对L-氨基酸起作用。,RCHO,RCOOH,CO2,O2 H2O,N
13、H3 H2O2,1/2O2,（一）-氨基丁酸,-氨基丁酸（GABA）在脑中浓度较高，是一种抑制性神经递质；-氨基丁酸可与-酮二酸进行转氨基作用，再氧化生成琥珀酸进入三羧酸循环代谢。,谷氨酸脱羧酶,CO2,（二）5-羟色胺,5-羟色胺（血清素）在脑的视丘下部、大脑皮层及神经细胞的突触小泡内含量很高，它是一种抑制性神经递质；5-羟色胺是一种强血管收缩剂和平滑肌收缩刺激剂。,色氨酸羟化酶,5-羟色氨酸脱羧酶,CO2,（三）牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分，而胆汁酸在脂类的消化吸收、维持胆固醇在胆汁中的溶解状态等方面起重要作用。现已发现脑组织中含有较多牛磺酸，这表明其对脑的功能也有影响，可能也是一
14、种抑制性神经递质。,CO2,（四）组胺,组胺在体内分布广泛，主要存在于胃肠粘膜、脑、肝和肌肉等组织中。组胺具有强烈的血管扩张作用，毛细血管通透性增加，可诱发荨麻疹等过敏反应。在机体的炎症及创伤部位常有组胺释放，还具有促进平滑肌收缩主促进胃粘膜分泌胃蛋白酶与胃酸等作用。,CO2,（五）多胺,精胺与精脒能促进核酸和蛋白的生物合成，其最重要的生理功能是与细胞增殖及生长相关。临床上试用测定病人血或尿中多胺水平来作为肿瘤辅助诊断及病情变化的生化指标。,L-鸟氨酸,腐 胺,SAM,脱羧基SAM,CO2,CO2,精 脒,甲硫腺苷,甲硫腺苷,精 胺,第五节氨 的 代 谢,一、二、体内氨的来源和去路,其他含氮物
15、分解,肾小管泌氨,氨基酸脱氨,直接经尿排出体外,合成其他含氮物,合成尿素,合成酰胺,合成非必需氨基酸,肠道吸收氨,三、氨在体内的运输,（一）谷氨酰胺转运氨,谷氨酰胺主要是从脑和肌肉等组织运送氨到肝和肾脏。谷氨酰胺被认为是氨的解毒产物，也是氨的贮存和运输形式。,NH3+ATP,ADP+Pi,H2O,NH3,（二）葡萄糖-丙氨酸循环,四、尿素的生成,在人体，尿素是氨代谢的最终产物，无毒性，水溶性强，可由肾脏排出。尿素是氨的主要去路，是氨或蛋白质中的氮的最主要终产物。成人排出氮的8090%是尿素中的氮。尿素主要在肝中合成，其他器官如肾及脑等虽也能合成，但其含量极少。,（一）尿素合成的鸟氨酸循环学说,1932年Hans Krebs等根据一系列实验，首先提出了尿素的鸟氨酸循环（尿素循环）。由实验分析提出：鸟氨酸与 氨及CO2结合生成瓜氨酸，瓜 氨酸再结合一分子氨生成精 氨酸，精氨酸水解生成尿素 及鸟氨酸。,（二）鸟氨酸循环过程,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,氨基酸,草酰乙酸,苹果酸,-酮戊 二酸,谷氨酸,-酮酸,精氨酸代 琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,鸟氨酸,尿素,2ADP+Pi,（三）尿素合成的调节,食物蛋白质的影响氨基甲酰磷酸合成酶-I（CPS-I）的影响鸟氨酸循环的中间产物的影响限速酶的影响,（四）高血氨和氨中毒,
