第07章氨基酸代谢1

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目录,氨 基 酸 代 谢,第,7,章,Metabolism of Amino Acids,蛋白质的营养作用,Nutritional Function of Protein,第一节,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。,营养必需氨基酸,(essential amino acid),指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有,8,种：,Val,、,Ile,、,Leu,、,Thr,、,Met,、,Lys,、,Phe,、,Trp,。,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。,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion,Absorption and Putrefaction of Proteins,一、,外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收,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。,（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽,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,。,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,+,多肽碎片,胃酸、胃蛋白酶,(,pepsinogen,),(pepsin),2,、蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸,小肠是蛋白质消化的主要部位。,胰酶及其作用,胰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,(,exopeptidase,),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),、氨基肽酶。,蛋白水解酶作用示意图,氨基酸,二肽酶,氨,基,肽酶,内肽酶,氨基酸,+,NH,NH,羧基肽酶,5,6,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),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,最终产物为氨基酸。,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。,保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。,酶原还可视为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收,吸收部位：,主要在小肠,吸收形式：,氨基酸、寡肽、二肽,吸收机制：,耗能的主动吸收过程,氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、,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,谷氨酸,5-,氧脯,氨酸酶,ATP,ADP+Pi,半胱氨酰甘氨酸,(Cys-Gly),半胱氨酸,甘氨酸,肽酶,-,谷氨,酰环化,转移酶,氨基酸,5-,氧脯氨酸,-,谷氨酰半胱氨酸,-,谷氨酰,半胱氨酸,合成酶,ADP+Pi,ATP,谷胱甘肽,合成酶,ATP,ADP+Pi,细胞外,-,谷,氨酰,基转,移酶,细胞膜,谷胱甘肽,GSH,细胞内,-,谷氨酰,氨基酸,氨基酸,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系,此种转运也是耗能的主动吸收过程,吸收作用在小肠近端较强,肽的吸收,二,、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、氨、苯酚、吲哚等；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）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类,蛋白质,氨基酸,胺类,(amines),蛋白酶,脱羧基作用,组氨酸,组胺,赖氨酸,尸胺,色氨酸,色胺,酪氨酸,酪胺,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。,苯乙胺,苯乙醇胺,酪胺,-,羟酪胺,（二）,肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨,未被吸收的氨基酸,渗入肠道的尿素,氨,(ammonia),脱氨基作用,尿素酶,降低肠道,pH,，,NH,3,转变为,NH,4,+,以胺盐形式排出，可,减少氨的吸收,，这是,酸性灌肠的依据,。,（三）,腐败作用产生其它有害物质,酪氨酸,苯酚,半胱氨酸,硫化氢,色氨酸,吲哚,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。,第三节氨基酸的一般代谢,General,Metabolism,of Amino Acids,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。,蛋白质的半寿期,(,half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用,t,1/2,表示。,（一）蛋白质以不同的速率进行降解,不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。,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）真核细胞内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,(,ubiquitin,),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,泛素化过程,E,1,：,泛素激活酶,E,2,：,泛素结合酶,E,3,：,泛素蛋白连接酶,UB,C,O,-,O,+,HS-E,1,ATP,AMP+PPi,UB,C,O,S,E,1,HS-E,2,HS-E,1,UB,C,O,S E,2,UB,C,O,S E,1,UB,：泛素,Pr,：被降解蛋白质,Pr,HS-E,2,UB,C,O,S E,2,UB,C,NH,O,E,3,Pr,蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。,26S,蛋白质酶体,20S,的核心颗粒,(CP),19S,的调节颗粒,(RP):,18,个亚基,6,个亚基具有,ATP,酶活性,2,个,环：,7,个,亚基,2,个,环：,7,个,亚基,泛素介导的蛋白质降解过程：,二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（,外源性氨基酸,）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸,（内源性氨基酸,）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为,氨基酸代谢库,(metabolic pool),。,氨基酸代谢概况：,合成,分解,嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮 化合物,代谢转变,胺类,+CO,2,脱羧基作用,脱氨基作用,消化吸收,其它含氮物质,非必需氨基酸,NH,3,CO,2,+H,2,O,糖或脂类,-,酮酸,谷氨酰胺,尿素,食物蛋白质,组织蛋白质,血液氨基酸,组织氨基酸,氨基酸代谢库,三,、,联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径,脱氨基作用,指氨基酸脱去,-,氨基生成相应,-,酮酸的过程。,（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基,转氨基作用,(,transamination,),1,、转氨基作用由转氨酶催化完成,在,转氨酶,(,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。,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。,组 织,GPT GOT,组 织,GPT GOT,肝,44000 142000,胰 腺,2000 28000,肾,19000 91000,脾,1200 14000,心,7100 156000,肺,700 10000,骨骼肌,4800 99000,血清,16 20,2,、各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,氨基酸,磷酸吡哆醛,-,酮酸,磷酸吡哆胺,谷氨酸,-,酮戊二酸,转氨酶,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。,通过此种方式并未产生游离的氨。,转氨基作用的生理意义,（二）,L-,谷氨酸通过,L-,谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基,存在于肝、脑、肾中,辅酶为,NAD,+,或,NADP,+,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,NH,3,-,酮戊二酸,NAD(P),+,NAD(P)H+H,+,H,2,O,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。,定义,转氨基偶联氧化脱氨基作用,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,-,酮戊二酸,H,2,O+NAD,+,转氨酶,NH,3,+NADH+H,+,L-,谷氨酸脱氢酶,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,-,酮戊,二酸,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,转氨酶,1,草酰乙酸,天冬氨酸,转氨酶,2,腺苷酸,脱氨酶,H,2,O,NH,3,延胡索酸,腺嘌呤,核苷酸,(AMP),（三）,氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基,（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基,三、,氨基酸碳链骨架可进行转换或分解,氨基酸脱氨基后生成的,-,酮酸,(,-,keto