氨基酸代谢

氨基酸代谢MetabolismofAminoAcids蛋白质的营养作用NutritionalFunctionofProtein第一节一、蛋白质营养的重要性1.维持细胞、组织的生长、更新和修补2.参与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。3.氧化供能人体每日18%能量由蛋白质提供。二、蛋白质需要量和营养价值1.氮平衡(nitrogenbalance)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）•氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的概况。2.生理需要量成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。3.蛋白质的营养价值①必需氨基酸(essentialaminoacid)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（缬）、Ile（异亮）、Leu（亮）、Thr（苏）、Met（蛋）、Lys（赖）、Phe（笨丙）、Trp（色）。三伏天，写一两本淡色书来，拣来精读。蛋氨酸：甲硫氨酸酸性氨基酸：必须氨基酸：碱性氨基酸：谷、天缬、异亮、亮、笨丙、蛋、色、苏、赖赖、精、组②蛋白质的营养价值(nutritionvalue)蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。③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。•其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。第二节蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins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。胃：多肽、氨基酸小肠：小肽、氨基酸内肽酶胰蛋白酶：由碱性氨基酸羧基所组成的肽键胰凝乳蛋白酶：芳香族氨基酸羧基所组成的肽键弹性蛋白酶：脂肪族氨基酸羧基所组成的肽键外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶二、氨基酸的吸收•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转运蛋白：氨基酸、小肽γ-谷氨酰基循环：氨基酸三、蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化和吸收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)第三节氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids一、概述•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t1/2表示•蛋白质转换更新(proteinturnover)•真核生物中蛋白质的降解有两条途径•不依赖ATP•利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白②蛋白酶体依赖泛素的降解过程①溶酶体内降解过程•依赖ATP•降解异常蛋白和短寿命蛋白二、氨基酸的脱氨基作用定义指氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。脱氨基方式转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联（一）转氨基作用(transamination)1.定义在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸的α-氨基转移到另一种α-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸，原来的氨基酸则转变成α-酮酸的过程。血清转氨酶分为两种，一种是存在于肝细胞浆中谷丙转氨酶ALT，另一种是存在于肝细胞线粒体中的谷草转氨酶AST。正常时血液中转氨酶活性很低，当组织发生病变时，细胞膜透性增加，转氨酶大量释放入血，使血清中转氨酶活性增高。急性肝炎：血清ALT增高心肌梗死：血清AST增高2.反应式•特点：没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。•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。4.转氨基作用的机制•转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸磷酸吡哆醛α-酮酸磷酸吡哆胺谷氨酸α-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。5.转氨基作用的生理意义（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用•存在于肝、脑、肾中•辅酶为NAD+或NADP+，产生游离的NH3。•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NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2ONH2CH(CH2)2COOHCOOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHOC(CH2)2COOHCOOH+OC(CH2)2COOHCOOH+（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α-氨基生成α-酮酸的过程。2.类型①转氨基偶联氧化脱氨基作用1.定义②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环①转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸谷氨酸α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶•联合脱氨基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、肾组织进行。②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环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α-酮戊二酸氨基酸谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶2•此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、α-酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类生酮+生糖兼生酮=“一两色素本来老”其中生酮氨基酸为“亮、赖”；除了这7个氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、酪氨酸）外，其余均为生糖氨基酸。（三）氧化供能α-酮酸在体内可通过三羧酸循环和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-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α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系第四节氨的代谢MetabolismofAmmonia一、血氨的来源与去路1.血氨的来源①氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源,胺类的分解也可以产生氨RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶②肠道吸收的氨氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨③肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺酶2.血氨的去路①在肝内合成尿素，这是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi④肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。二、氨的转运1.丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)•反应过程•生理意义①肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。②肝为肌肉提供葡萄糖。丙氨酸葡萄糖肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-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α-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•反应过程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。•生理意义谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。三、尿素的生成（BuN)NH3在肝中合成尿素；占排氮总量80~90%；肝在NH3解毒上非常重要，体内NH3来源与去路保持平衡，血NH3浓度低、稳定。（一）生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。（二）生成过程尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。通过鸟氨酸循环，2分子氨与1分子CO2结合生成1分子尿素及1分子水。尿素是中性、无毒、水溶性很强的物质，由血液运输至肾，从尿中排出。1.氨基甲酰磷酸的合成CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO~PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸•反应在线粒体中进行•反应由氨基甲酰磷酸合成酶CPS-Ⅰ)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)COOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHOCOOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHO2.瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2COO~PO32-NH2COO~PO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3•由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。•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。精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3COOHCHH2NCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH（限速酶）精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH4.精氨酸水解生成尿素•反应在胞液中进行尿素鸟氨酸精氨酸鸟氨酸循环2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-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α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鸟氨酸尿素线粒体胞液（三）反应小结•原料：2分子氨，一个来自于游离氨（氨基甲酰磷酸），另一个来自天冬氨酸。•过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。•耗能：4个高能磷酸键。（1）一种产物：尿素，尿素是人体内蛋白质分解代谢的终产物。（2）两个原料：2NH3、CO2，合成尿素的两个氨，一个来自氨基酸脱氨生成，另一个由天冬氨酸提供，而天冬氨酸又可由多种氨基酸通过转氨基而生成。（3）三个ATP：实际是消耗4个高能磷酸键。（4）四步反应：前两步（氨基甲酰磷酸合成、瓜氨酸合成）在线粒体，后两步（精氨酸合成、精氨酸水解）在胞液。（5）五种酶参与：氨基甲酰磷酸合成酶