第八章蛋白质代谢

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,*,生物化学与分子生物学教研室,生物化学,Biochemistry,Department of Biochemistry & Molecular Biology,燕 秋,第八章 蛋白质的分解代谢,(Metabolism of Protein),蛋白质的重要性,蛋白质是生物体的重要组成，维持组织细胞的生长、更新和修复；,参与多种重要的生理活动；,氧化供能。,Without protein without life,第一节蛋白质的营养作用,一、人体氮平衡与对蛋白质的需要量,二、蛋白质的营养价值,第二节外源蛋白质的消化、吸收与腐败,一、蛋白质的消化,二、氨基酸的吸收和转运,三、肠内的腐败作用,第三节体内蛋白质的降解,一、组织蛋白质降解的溶酶体途径,二、组织蛋白质降解的胞液途径,第四节氨基酸的一般代谢,一、氨基酸的脱氨基作用,二、氨的代谢,三、,酮酸的代谢,第五节一些氨基酸的特殊代谢,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,氨 基 酸 代 谢 库,来源,去路,食物蛋白,组织蛋白,合成氨基酸,（非必需氨基酸）,降解,脱氨基,脱羧基,转化或参与合成,合成,组织蛋白质,某些含氮化合物,NH,3,尿素,胺类,-酮酸,糖、酮体,氧化供能,氨基酸,消化吸收,氨基酸的代谢概况,氨基酸的来源与去路,第一节,蛋白质的营养作用,Nutritional Function of Protein,一、人体氮平衡及对蛋白质的需要量,一氮平衡,16%,二蛋白质的生理需要量,60Kg 成人：每日最低分解20g。,蛋白质不能储存。,二、蛋白质的营养价值,一必需氨基酸与非必需氨基酸,营养必需氨基酸：,机体必需，但又不能自身合成，必须由食物蛋白供给的氨基酸。共有8种必需氨基酸：,缬氨酸、亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、,蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸,携一两本淡色书来。,营养非必需氨基酸：,机体可以合成，不一定必须由食物蛋白质供给的氨基酸。在营养和代谢上与必需氨基酸同样重要。,二蛋白质的营养价值,食物蛋白质中所含必需氨基酸数量及种类与人体蛋白质相接近，易于被人体吸收，那么营养价值高。,蛋白质的互补作用complementary effect：,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。谷类蛋白质：赖,氨酸少，色氨酸多，大豆蛋白质反之。,氨基酸性质比较,第二节,外源蛋白质的消化、,吸收与腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction,一、蛋白质的消化,食物蛋白质,胃、小肠,蛋白水解酶,氨基酸、小肽,一胃内消化,胃蛋白酶水解芳香族氨基酸羧基端肽键；,胃蛋白酶对乳中的酪蛋白Ca+结合为复合物有凝乳作用，可以延长乳液在胃中停留时间而加强消化。,一小肠内消化,1胰液中的蛋白酶,精氨酸,赖氨酸,任何氨基酸,COHN,胰蛋白酶,苯丙氨酸,赖氨酸,色氨酸,任何氨基 酸,COHN,糜蛋白酶,脂肪族氨基 酸,任何氨基 酸,COHN,弹性蛋白 酶,除赖氨酸,精氨酸,脯氨酸,以外的氨基酸,任何氨基酸,COHN,羧基肽酶 A,赖氨酸,精氨酸,任何氨基酸,COHN,羧基肽酶 B,2. 肠液中,肠激酶的作用-,酶原的激活,胰蛋白酶,胆汁酸,肠激酶,羧基肽酶 A,羧基肽酶B,弹性蛋白酶,糜蛋白酶,胰酶的自身激活作用不强,3.,二、氨基酸的吸收和转运,中性氨基酸转运蛋白极性与非极性,碱性氨基酸转运蛋白,酸性氨基酸转运蛋白,亚氨基酸转运蛋白,氨基酸转运蛋白,二肽、三肽转运蛋白,载体类型,K,+,Na,+,Na,+,氨基酸,Na,+,氨基酸,K,+,Na,+,ATP ADP+Pi,细胞内,细胞外,氨基酸转运到细胞内,三、肠内的腐败作用,定义：肠道细菌主要是大肠杆菌对未消化,的蛋白质及未被吸收的消化产物作用，产,生一系列产物的过程。,部位：主要在大肠下段,实质：是细菌本身的代谢,结果：多数有害胺、氨、吲哚、酚、硫化氢,等；少数有益维生素K、泛酸、生物素、叶酸及B12 ,蛋白质 胺类,氨基酸脱羧酶,-CO,2,组氨酸 组胺,赖氨酸 尸胺,降压物质,酪氨酸 酪胺色氨酸 色胺,升压物质,苯丙氨酸,酪氨酸,苯乙醇胺,-,羟酪胺,假神经递质,中枢抑制,肝昏迷,脱羧,入脑,-羟化,苯乙胺,酪胺,正常在肝分解,一胺的生成,二酚类的生成,三吲哚及甲基吲哚的生成,四硫化氢的产生,五氨的生成,第三节,体内蛋白质的降解,Degradation of Intracellular Proteins,半衰期t1/2half-life:,反响蛋白质寿命的长短;即蛋白质浓度降至其原浓度一半时所需要的时间。,一、组织蛋白降解的溶酶体途径,-非ATP依赖性蛋白质降解途径,组织蛋白酶类:膜结合蛋白、胞内长半寿期蛋白质及细胞外的蛋白。,二、组织蛋白降解的胞液途径,- ATP依赖性蛋白质降解途径,碱性蛋白酶类:异常蛋白质及损伤蛋白质，短半寿期的蛋白质。蛋白质泛素化是易被降解的标志。,以色列科学家A.Ciechanover、A.Hershko 和美国I.Rose获2004年Nobel化学奖。,酶1：泛素活化酶,酶2：泛素结合酶,酶3：泛素蛋白质连接酶,第四节,氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,游离氨基酸,氨 基 酸 代 谢 库,来源,去路,食物蛋白,组织蛋白,合成氨基酸,（非必需氨基酸）,降解,脱氨基,脱羧基,转化或参与合成,合成,组织蛋白质,某些含氮化合物,NH,3,尿素,胺类,-酮酸,糖、酮体,氧化供能,氨基酸,消化吸收,氨基酸的代谢概况,图82 氨基酸的来源与去路,一、氨基酸的脱氨基作用deamination,氨基酸分解代谢最首要的反响是脱氨基作用,一转氨基作用,在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基,转移到-酮酸的位置上，生成相应的氨基,酸，原来的氨基酸那么转变为-酮酸。,该反响为一可逆反响，是体内合成非,必需氨基酸的重要途径。,体内有多种转氨酶，具有特异性。,谷氨酸与-酮酸的转氨酶最为重要。,谷丙氨酸转氨酶，丙氨酸转氨酶GPT或ALT,谷草转氨酶， 天冬氨酸转氨酶GOT或AST,转氨酶的辅酶为磷酸吡哆醛,可逆反响,转氨酶,表81ALT和AST在某些组织的含量,组织 AST ALT,单位/克湿组织 单位/克湿组织,心,156 000,7 100,肝 142 000,44 000,骨骼肌 99 000 4 800,肾 91 000 19 000,胰腺 28 000 2 000,脾 14 000 1 200,肺 10 000 700,血清 20 16,ALT/GPT：,-酮戊二酸+Ala Glu+丙酮酸,肝细胞内，肝损伤时血清ALT升高,AST/GOT：,AST,酮戊二酸+ASP Glu+草酰乙酸,心肌细胞内,心肌损伤时血清AST升高,2.,意义：,只有氨基的转移，没有产生游离的氨。,C,H,O,N,C,H,2,-,O,-,P,H,O,H,3,C,C,H,2,N,H,2,N,C,H,2,-,O,-,P,H,O,H,3,C,二氧化脱氨基,三联合脱氨基作用,转氨基作用和谷氨酸的氧化脱氨基,作用偶联的过程，是体内主要的脱氨基,方式，反响可逆，是体内合成非必需氨基,酸的重要途径。,L-氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,L-谷氨酸脱氢酶,转氨酶,转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用,此种方式主要在肌组织中进行，骨骼肌和心肌中L谷氨酸脱氢酶的活性低。,图8-5 嘌呤核苷酸循环,一血氨的来源,二、氨的代谢,1,2,3,二血氨的转运,1.,临床上补充谷氨酸盐以降低氨浓度,谷氨酸,谷氨酰胺酶合成酶,谷氨酰胺,肝,肾,谷氨酰胺酶,氨,尿素,铵盐,谷氨酰胺酶,氨,血循环,嘌呤/嘧啶的合成,NH,3,2.,三尿素的生成,合成尿素是氨的主要去路。,80%-90的氨以尿素形式排出。,肝是合成尿素的重要器官。,1932年Hans Krebs等根据一系列实验，首先提出了尿素合成的鸟氨酸循环(ornithine cycle)又称尿素循环urea cycle。,1. 鸟氨酸循环,实验依据,1大鼠肝切片和代谢物及NH4+共同保温，铵盐减少而尿素增多。分别,参加鸟氨酸、瓜氨酸及精氨酸, 都有催化NH4+合成尿素。鸟氨酸与NH4+,保温可观察到瓜氨酸积存。,2肝含有精氨酸酶，能催化精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素。以尿素为,主要氮代谢最终产物的哺乳动物肝细胞精氨酸酶活性高，而鸟类氮代,谢最终产物是尿酸，它们肝中精氨酸酶活力不到哺乳动物的1。,3以15N的NH4+盐饲养动物，食入的15N大局部以15N尿素排出。并在,该动物肝内提取出含15N的精氨酸，而鸟氨酸不含15N。,4用3、4、5位上含重氢的鸟氨酸饲养小鼠，自动物肝中提出的精氨,酸含重氢，且重氢的位置与量都与鸟氨酸的相同。,5用14C标记的碳酸盐饲养犬，排出尿素中含14C，证明尿素由NH3与,CO2合成。,2. 鸟氨酸循环的过程,1氨甲酰磷酸的合成,部位：肝细胞线粒体,尿素合成的限速酶：,CPS-I,CPS-I是变构酶，N-乙酰谷氨酸AGA是其变构激活剂。,CPS-I和AGA均存在于肝细胞线粒体内。,2瓜氨酸的合成,部位：肝细胞线粒体,鸟氨酸氨甲酰基转移酶,鸟氨酸氨甲酰转移酶 ornithine carbamoyl transferase， OCT。在线粒体与CPS-I结合成酶的复合体。此反响不可逆。能量来自氨甲酰磷酸的高能键的裂解。,3精氨酸的合成,部位：肝细胞胞液,尿素合成的限速酶,ASS,4精氨酸水解生成尿素,部位：肝细胞胞液,8-8,鸟氨酸循环的特点,关键酶： 精氨酸代琥珀酸合成酶ASS,总反响式：,NH,3,+CO,2,+天冬氨酸+3ATP+H,2,O,NH,2,-CO-NH,2,+延胡索酸+2ADP+AMP+4Pi,3. 尿素合成的调节,（1）,（2）,（3）,ASS,四氨的其他代谢去路,1、铵盐的生成与排泄,氨的主要去路是合成尿素，也有一局部氨以谷氨酰胺的形式运至肾脏，水解放出的氨结合H+以铵盐形式由尿排出。肾脏排出NH4+有调节体内酸碱平衡的作用。,2、合成新的氨基酸,氨可通过联合脱氨基的逆过程及转氨基作用合成非必需氨基酸。,3、参与核酸中嘧啶碱的合成,一局部氨在胞液中氨甲酰磷酸合成酶CPS-催化下生成氨酰磷酸参与核酸中嘧啶环合成。,三、,酮酸的代谢,14种,苏氨酸,20种氨基酸脱氨基生成酮酸，经转变形成七种主要代谢中间物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA 、酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸。,生糖氨基酸glucogenic amino acids,能转变为三羧酸循环的中间产物和丙酮酸的氨基酸可经糖异生途径转变为糖，称为生糖氨基酸。,生酮氨基酸ketogenic amino acids,能降解生成乙酰CoA或乙酰乙酰CoA的氨基酸，能生成酮体和脂肪酸称为生酮氨基酸。,生糖和生酮兼性氨基酸,生糖和生酮。,氨基酸、糖、脂肪代谢的联系生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸未标记为生糖氨基酸,图8-9,氨基酸、糖和脂肪代谢密切联系,氨基酸可转变为糖、脂肪。,糖可以转变成脂肪及多数非必需氨基酸的碳架局部。,脂肪酸既不能转变成糖，也不能转变为氨基酸。脂肪的甘油局部可以转变为糖。,氨基酸和糖、脂肪通过三羧酸循环中间代谢物互相联系并完全氧化。,氨基酸、糖和脂肪的代谢联系,第五节,一些氨基酸的特殊代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,氨基酸的脱羧基作用：,产物是具有生理活性的胺类,一碳单位的代谢：,丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸,含硫氨基酸代谢：,半胱氨酸、蛋氨酸,芳香族氨基酸代谢：,苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸,支链氨基酸的代谢：,亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸,内容：,（二）,组胺是一种强血管扩张剂，可引起血管扩张，毛细,血管通透性增加，造成血压下降，甚至休克。,组胺可使平滑肌收缩，引起支气管痉挛而发生哮喘。,组胺还能促进胃黏膜细胞分泌胃蛋白酶及胃酸，用于,研究胃分泌功能。,（三）,（四）,氨丙基,甲硫腺苷,多胺的作用：,亚精胺、精胺是调节细胞生长、增殖。,一碳单位不能游离单独存在，必须和FH4结合。,一蛋氨酸的代谢,1蛋氨酸的转甲基作用与蛋氨酸循环,SAM,B12是合成蛋氨酸的N5CH3FH4转甲基酶即蛋氨酸合成酶的辅酶。,8-11,一蛋氨酸的代谢,1蛋氨酸的转甲基作用与蛋氨酸循环,蛋氨酸,蛋氨酸,SAM,是体内甲基的直接供体,或称活性供体。,50,多种需甲基化分子。,蛋氨酸循环的意义,2.,由尿排出,CH,2,-SH,CH-NH,2,COOH,半胱氨酸,3,O,CH,2,-S,O,3,H,CH-NH,2,COO,H,磺基丙氨酸,CO,2,磺基丙氨,酸脱羧酶,CH,2,-S,O,3,H,CH,2,-NH,2,牛磺酸,半胱氨酸经磺酸丙氨酸脱羧生成牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分,2. 牛磺酸的生成,3. 谷胱甘肽的生成,4. 活性硫酸根的生成,H,2,S,脱巯基酶,CH,2,C-NH,2,COOH,-氨基丙烯酸,CH,2,-SH,CH-NH,2,COOH,半胱氨酸,CH,3,C=NH,COOH,-亚氨基丙酸,CH,3,C=O,COOH,丙酮酸,NH,3,H,2,O,O,H,2,SO,4,SO,4,2-,ATP PPi,AMP-SO,3,-,腺苷5,磷酰硫酸,ATP ADP,A,OH,H,2,O,3,P-O,-,O,3,S-O-P-O-CH,2,OH,3,-,磷酸腺苷-5,-,磷酰硫酸,5,3,PAPS,PAPS参与硫酸角质素及硫酸软骨素等化合物中硫酸化氨基糖的合成,苯丙氨酸与色氨酸为必需氨基酸,酪氨酸酶,若先天缺乏,加强,苯丙酮尿症PKU,苯丙酮尿症型：智力低下，60%患儿有脑电图异常。头发细黄，,皮肤色浅和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉臭,味或鼠尿味。,2. 酪氨酸的分解和儿茶酚胺的生成,儿茶酚胺,神经组织、肾上腺髓质,神经递质,假神经递质与儿茶酚胺结构相似，能够取代正常神经递质使后者不能传递神经冲动，大脑发生异常抑制，与肝昏迷的病症有关。,CH,2,NH,2,CH,2,苯乙胺,CH,2,NH,2,CH,OH,苯乙醇胺,CH,2,NH,2,CH,2,OH,酪胺,CH,2,NH,2,CH,OH,OH,-羟酪胺,假性神经递质,假性神经递质,COOH,CH-NH,2,CH,2,OH,酪氨酸,COOH,CH-NH,2,CH,2,OH,多巴,O,酪氨酸酶,HO,O,2,H,2,O,COO,H,CH-NH,2,CH,2,O,多巴醌,O,CO,2,吲哚5，6-醌,5，6-二羟吲哚,黑色素,（聚合）,CO,2,在黑色素细胞中酪氨酸的代谢途径,O,HO,CH,2,-CH（NH,2,）-COOH,I,I,I,I,3，5，3,，5, -四碘甲腺原氨酸（T,4,）,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,甲状腺素,甲状腺球蛋白中酪氨酸残基碘化,必需氨基酸,生糖 生酮 生糖兼生酮,图8-15 支链氨基酸的代谢,练习题,氮平衡,营养必需氨基酸,蛋白质的营养价值,蛋白质消化需要的酶,氨基酸脱氨基的方式,-,酮酸的代谢去路,血氨的来源、运输、代谢去路,丙氨酸,-,葡萄糖循环,尿素的生成的主要过程、关键酶及合成调节,一碳单位,蛋氨酸循环,半胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸代谢中转变的主要产物,SAM,PAPS,谢 谢,本章完,下一章第九章 核苷酸代谢,