生物化學：蛋白質代謝分解

生物化學：蛋白質代謝分解第一頁，共52頁。第一節(jié)蛋白質的營養(yǎng)作用第二節(jié)蛋白質的消化、吸收和腐敗作用第三節(jié)氨基酸的代謝概況第四節(jié)氨基酸的一般代謝第五節(jié)個別氨基酸的代謝第二頁，共52頁。蛋白質營養(yǎng)的重要性1、蛋白質能維持組織細胞的生長、更新和修補。2、蛋白質參與體內多種重要的生理活動。3、蛋白質可作為能源物質氧化供能。第一節(jié)蛋白質的營養(yǎng)作用氨基酸的生理需要量根據(jù)氮平衡的實驗測算，在不進食蛋白質時，成人每天最少也要分解約20克蛋白質。由于食物蛋白質與人體蛋白質組成有質的差異，不可能全部被利用。因此，成人每天至少需要補充30~50克食物蛋白質才能維持氮的總平衡，這是蛋白質的最低生理需要量。要長期維持氮的總平衡，我國營養(yǎng)學會推薦正常成人每日蛋白質需要量為80克。第三頁，共52頁。必需氨基酸必需氨基酸是指人體需要但是體內不能合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種，包括纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、酸酸、賴氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸，體內缺乏任何一種，都會引起氮負平衡。其他12種氨基酸體內可以合成，不由食物供給，這類氨基酸稱為非必需氨基酸。酪氨酸和半胱氨酸雖然體內能合成，但要以苯丙氨酸、甲硫氨酸為原料轉化生成，故二者被稱為半必需氨基酸。食物中蛋白質的互補作用將營養(yǎng)價值低的蛋白質混合食用，彼此間必需氨基酸可以得到相互補充，從而提高蛋白質的營養(yǎng)價值，稱為食物蛋白質的互補作用。這種互補作用有重要的現(xiàn)實意義，例如，谷類蛋白質中賴氨酸含量低而色氨酸含量高，豆類蛋白質中賴氨酸含量較高而色氨酸含量較低，兩者混合食用即可提高蛋白質的營養(yǎng)價值。因此食物種類多源化，是提高蛋白質營養(yǎng)價值的重要途徑。第四頁，共52頁。一、蛋白質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節(jié)蛋白質的消化、吸收和腐敗作用1、胃內消化第五頁，共52頁。2、小腸內消化

小腸是消化蛋白質的主要場所。胰腺分泌的蛋白酶內肽酶：糜蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶

水解肽鏈非末端肽鍵產生寡肽

外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶A、羧基肽酶B

從肽鏈兩個末端逐個水解肽鍵產生氨基酸第六頁，共52頁。腸黏膜細胞分泌的蛋白酶腸黏膜細胞腸激酶膽汁酸進入腸液胰蛋白酶原胰蛋白酶糜蛋白酶元彈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

存在于腸黏膜細胞和細胞液中，如氨基肽酶和二肽酶腸激酶第七頁，共52頁。二、蛋白質的腐敗作用未被消化的蛋白質和未被吸收的消化產物，在大腸下部受腸道菌作用被分解，此作用稱為蛋白質的腐敗作用。第八頁，共52頁。一、氨基酸的來源1、食物蛋白質消化、吸收2、體內組織細胞合成非必需氨基酸3、體內組織蛋白分解氨基酸代謝庫經消化吸收的氨基酸（外源性）與體內組織蛋白水解產生的氨基酸（內源性）混與一起，分布于體內各處，稱為氨基酸代謝庫。其主要功能是合成蛋白質與多肽。第三節(jié)氨基酸的代謝概況第九頁，共52頁。第四節(jié)氨基酸的一般代謝一、氨基酸的脫氨基作用二、氨的代謝三、α-酮酸的代謝四、氨基酸的脫羧基作用第十頁，共52頁。一、氨基酸的脫氨基作用氨基酸的脫氨基作用

脫氨基作用是氨基酸分解代謝最主要的途徑。氨基酸可通過多種脫氨基方式脫去氨基，生成α-酮酸，如轉氨基（transamination）、氧化脫氨基（oxidativedeamination）、聯(lián)合脫氨基（combineddeamination）等，其中以聯(lián)合脫氨基最為重要。第十一頁，共52頁。1.轉氨基作用主要的轉氨酶：丙氨酸氨基轉移酶（ALT），又稱谷丙轉氨酶（GPT）天冬氨酸氨基轉移酶（AST），又稱谷草轉氨酶（GOT）轉氨基作用是可逆的。因此，轉氨基作用既是氨基酸的脫氨基分解過程，也是某些非必需氨基酸合成的重要途徑。賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸不能進行轉氨基作用。第十二頁，共52頁。轉化關系：丙氨酸和丙酮酸α-酮戊二酸和谷氨酸天冬氨酸和草酰乙酸第十三頁，共52頁。轉氨基的作用機制轉氨酶的輔酶都是維生素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轉變，起著傳遞氨基的作用。第十四頁，共52頁。生理意義：轉氨基作用不僅是體內多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是體內合成非必需氨基酸和氨基酸互變的重要途徑之一。另外，轉氨基作用還是聯(lián)合脫氨基的重要組成環(huán)節(jié)。正常情況下，轉氨酶主要存在于組織細胞內，血清中轉氨酶的活性很低。肝組織中GPT的活性最高，心肌組織中GOT的活性最高。如果因為某種原因使細胞膜通透性增高或細胞壞死時，轉氨酶會大量釋放入血，使血清中轉氨酶活性明顯升高。例如，對于急性肝炎患者，其血清GPT活性顯著增高，而心肌梗死患者血清中的GOT活性則明顯上升。臨床上可以此作為疾病的診斷及預后判斷的指標之一。第十五頁，共52頁。2、氧化脫氨基作用主要的酶：L-谷氨酸脫氫酶輔酶：NAD+或NADP+部位：哺乳動物肝、腎和腦組織的線粒體反應特點：可逆，一般偏向于谷氨酸的合成調節(jié)：ATP和GTP為該酶的變構抑制劑，GDP和ADP為該酶的變構激活劑催化的反應：第十六頁，共52頁。3、聯(lián)合脫氨基作用是體內氨基酸脫氨基的主要途徑，同時其逆反應也是體內合成非必需氨基酸的主要途徑。兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下α-氨基生成α-酮酸的過程。第十七頁，共52頁。轉氨基作用偶聯(lián)L-谷氨酸氧化脫氨基途徑

發(fā)生在：肝、腎等組織第十八頁，共52頁。轉氨基作用偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)途徑

發(fā)生在：骨骼肌和心肌組織第十九頁，共52頁。二、氨的代謝：

體內代謝產生的氨以及腸道吸收的氨進入血液形成血氨。氨具有毒性，中樞神經系統(tǒng)對氨的毒性極為敏感。

生理情況下，氨的來源和去路始終保持動態(tài)平衡，體內的血氨濃度很低，一般不超過47～60μmol/L（1mg/L）。

對于嚴重肝病患者，其尿素合成能力降低，致使血氨增高，過量的氨進入腦組織造成腦功能紊亂，常與肝性腦病的發(fā)病有關。第二十頁，共52頁。1、體內氨的來源：體內氨基酸脫氨基作用體內含氮化合物的分解食物蛋白質的腐敗作用和透入腸道的尿素水解產生氨腎小管上皮細胞經水解谷氨酰胺泌氨第二十一頁，共52頁。2.氨的去路體內80%~90%氨的去路是在肝臟合成尿素合成谷氨酰氨合成某些含氮化合物經腎臟泌氨與H+結合后以銨鹽形式排出體外第二十二頁，共52頁。3、氨的轉運

丙氨酸—葡萄糖循環(huán)第二十三頁，共52頁。生理意義：1、使肌肉中有毒的氨以無毒的丙氨酸形式輸出。

2、為肝臟提供合成尿素的氮源和糖異生的原料，而肝糖異生產生的葡萄糖既為肌肉組織提供能量又為肌肉排氨再循環(huán)提供了丙酮酸。第二十四頁，共52頁。谷氨酰胺的運氨作用部位：腦、肌肉組織細胞的線粒體內作用：將氨運至肝、腎酶：谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺酶反應：不可逆，耗能第二十五頁，共52頁。三、尿素的合成1、部位：肝臟是尿素合成的主要器官。腎臟是排泄尿素的主要器官。2、尿素合成途徑：肝臟合成尿素的途徑稱為鳥氨酸循環(huán)（ornithinecycle），又稱為尿素循環(huán)(ureacycle)或Krebs-Henseleitcycle。第二十六頁，共52頁。（1）氨基甲酰磷酸合成：游離氨是尿素第一個氮原子的來源。要點：1、部位：肝細胞線粒體內2、酶：氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）【CPS-I是鳥氨酸循環(huán)中第一個限速酶，AGA是此酶的變構激活劑，它由乙酰CoA和谷氨酸合成?！?/p>

3、耗能：消耗2分子ATP

4、不可逆第二十七頁，共52頁。（2）瓜氨酸合成：要點：1、酶：鳥氨酸氨基甲酰轉移酶（OCT）

2、部位：線粒體

3、瓜氨酸生成后被轉運出線粒體，進入細胞液4、不可逆第二十八頁，共52頁。（3）精氨酸合成：天冬氨酸為尿素提供第二個氮原子要點：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過程中的主要限速酶。2、部位：細胞液

3、耗能：消耗兩個高能鍵第二十九頁，共52頁。（4）精氨酸水解生成尿素：要點：1、酶：精氨酸酶（arginase）2、部位：細胞液第三十頁，共52頁。尿素生成的中間步驟第三十一頁，共52頁。尿素生成總反應方程式：第三十二頁，共52頁。高血氨癥和氨中毒：生理情況下，血氨的來源與去路保持動態(tài)平衡，血氨濃度維持在較低水平，機體不會發(fā)生氨中毒。尿素的合成是維持這種平衡的關鍵點。當肝功能嚴重受損或鳥氨酸循環(huán)中某些酶有遺傳性缺陷時，尿素的合成發(fā)生障礙，使血氨濃度升高，發(fā)生高血氨癥(hyperammonemia)。高血氨癥可引起中樞神經系統(tǒng)功能障礙，其分子機制尚未完全明了。目前認為，高濃度氨進入腦組織后，可與腦中的α-酮戊二酸結合生成谷氨酸及谷氨酰胺，導致腦中α-酮戊二酸被大量消耗，三羧酸循環(huán)不能有效進行而導致ATP生成減少，大腦功能發(fā)生障礙，嚴重時可發(fā)生昏迷，臨床上稱為肝昏迷（hepaticcoma）或肝性腦病（hepaticencephalopathy）。第三十三頁，共52頁。四、氨基酸的脫羧基作用

有些氨基酸在脫羧酶的作用下可進行脫羧基作用，生成相應的胺類。氨基酸脫羧酶的輔酶也是磷酸吡哆醛。胺類生成后可在胺氧化酶作用下氧化生成相應的醛、氨和H2O2，醛類繼續(xù)氧化生成羧酸，羧酸再繼續(xù)氧化生成H2O和CO2或隨尿排出，避免了胺類的蓄積。

第三十四頁，共52頁。產物來源酶作用γ-氨基丁酸谷氨酸谷氨酸脫羧酶中樞神經系統(tǒng)抑制性神經遞質組胺組氨酸組氨酸脫羧酶血管舒張劑，增加毛細血管的通透性5-羥色胺色氨酸色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶腦組織中，中樞抑制性神經遞質外周組織中，收縮血管牛磺酸半胱氨酸磺基丙氨酸脫羧酶是結合膽汁酸的結合劑，可促進膽汁酸的代謝和再利用多胺（腐胺，精脒，精胺）鳥氨酸鳥氨酸脫羧酶轉錄和細胞分裂的調控中起作用第三十五頁，共52頁。五、α-酮酸的代謝

氨基酸脫氨基后生成的α-酮酸（α-ketoacid）可以進一步代謝，主要有以下方面的途徑：氧化供能

代謝中常見的α-酮酸有丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸等，它們在體內均可轉變成乙酰CoA或三羧酸循環(huán)的中間代謝物，在循環(huán)中徹底氧化成CO2和H2O，同時釋放能量，供機體利用。合成非必需氨基酸

體內的一些營養(yǎng)非必需氨基酸一般是通過相應的α-酮酸氨基化生成。例如，丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸經過氨基化后可分別轉變成丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。α-酮酸可來自于氨基酸代謝，也可來自于糖代謝或TAC。

轉變成糖及脂類化合物

氨基酸脫去氨基后生成的α－酮酸繼續(xù)代謝，最終可生成七種主要的中間代謝物：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA以及TAC的中間產物α－酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸。

第三十六頁，共52頁。

氨基酸生糖及生酮性質的分類

類別氨基酸生糖氨基酸甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、組氨酸、精氨酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸異亮氨酸、蘇氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸第三十七頁，共52頁。綜上所述，氨基代謝與糖及脂肪的代謝是相互聯(lián)系的。氨基酸可轉變成糖和脂肪；糖也可以轉變成脂肪和一些非必需氨基酸的碳鏈；不過脂肪酸既不能變成糖，也不能變成氨基酸。所以說，TCA不僅是氨基酸、糖及脂肪徹底氧化的共同通路，也是這幾大營養(yǎng)物質相互轉變的樞紐。體內的營養(yǎng)物質相互聯(lián)系，共同構成人體完整的代謝體系。第三十八頁，共52頁。一、一碳單位代謝定義：某些氨基酸在分解代謝過程中，能夠產生含有一個碳原子的有機基團，稱為一碳單位。形式：甲基（—CH3）,甲烯基（—CH2—）,甲炔基（—CH=）,甲?；ā狢HO）,亞氨甲基（—CH=NH）CO、CO2不是一碳單位來源：甘氨酸、組氨酸、絲氨酸、色氨酸第五節(jié)個別氨基酸的代謝第三十九頁，共52頁。一碳單位不能游離存在，需與四氫葉酸結合而被轉運。

一碳單位通常結合于FH4分子的N5、N10位上，結合后一碳單位才具有活性FFH2還原酶NADPH+H+NADP+FH2FH4FH2還原酶NADPH+H+NADP+四氫葉酸（FH4）四氫葉酸是一碳單位的運載體。第四十頁，共52頁。一碳單位的互變與代謝意義（1）、一碳單位的互變一碳單位可由不同氨基酸分解代謝產生，但在不同分子形式的一碳單位之間，除N5-CH3-FH4的生成為不可逆反應外，其余均可通過氧化還原作用而彼此互變。第四十一頁，共52頁。一碳單位的生理意義1、作為合成嘌呤和嘧啶的原料如N10—CHO—FH4與N5,,N10＝CH—FH4分別是嘌呤環(huán)合成時C2與C8的來源；N5,N10—CH2—FH4為脫氧胸苷酸dTMP的生成提供甲基。因此，一碳單位是核酸生物合成中必不可少的原料。

一碳單位代謝障礙或FH4供給不足，會導致核酸合成障礙，影響細胞分裂，引發(fā)巨幼紅細胞性貧血。磺胺類藥物及氨甲蝶呤等抗腫瘤藥物也是分別通過影響靶細胞的葉酸及FH4的合成，進而干擾靶細胞的一碳單位代謝與核酸合成而發(fā)揮其抗菌或抗腫瘤作用的。1、參與重要物質的合成一碳單位代謝與S-腺苷甲硫氨酸的循環(huán)相連，通過S-腺苷甲硫氨酸參與的甲基化反應，間接參與膽堿、肌酸、軟磷脂、腎上腺素的合成及核苷酸的甲基化修飾等多種代謝過程。第四十二頁，共52頁。二、含硫氨基酸的代謝甲硫氨酸半胱氨酸胱氨酸甲硫氨酸為必需氨基酸體內含硫氨基酸有三種，即甲硫氨酸、半胱氨酸，胱氨酸。第四十三頁，共52頁。（一）甲硫氨酸代謝1、S-腺苷甲硫氨酸的生成SAM被稱為活性甲硫氨酸，其分子中的甲基為活性甲基，可直接參與甲基化反應。SAM是體內甲基最重要的直接供體。第四十四頁，共52頁。2、甲硫氨酸循環(huán)N5—CH3—FH4將甲基轉移給同型半胱氨酸生成甲硫氨酸的反應，是目前已知體內唯一能利用N5—CH3—FH4的反應。催化此反應的酶是N5-甲基四氫葉酸甲基轉移酶，其輔酶是維生素B12。當維生素B12缺乏時，