第7章 蛋白质分解与氨基酸代谢

生物化学主讲：杨正久遵义医药高等专科学校遵义医专第七章蛋白质分解与氨基酸代谢遵义医专第一节蛋白质的营养作用一、蛋白质的生理功能1、构成机体组织的主要成分，决定细胞、组织器官的形态与功能；2、蛋白质提供的氨基酸是合成体内多种活性物质（如酶、含氮类激素、抗体、受体多肽等）的原料；3、氧化供能。遵义医专二、蛋白质的营养价值食物蛋白质的营养价值即有效利用率，取决于蛋白质所含必需氨基酸的种类、含量及其配比。遵义医专体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养必需氨基酸。体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。（一）必需氨基酸遵义医专必需氨基酸（共8种）：赖氨酸（Lys）色氨酸（Trp）苯丙氨酸（Phe）蛋氨酸（Met）苏氨酸（Thr）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）缬氨酸（Val）巧记法：借来一两本淡色书遵义医专（二）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。遵义医专三、蛋白质的需要量氮平衡(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）遵义医专第二节蛋白质的消化、吸收和腐败一、蛋白质的消化1、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸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场所。遵义医专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1.5~2.5，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)遵义医专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。遵义医专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+NHNH羧基肽酶56遵义医专二、蛋白质的腐败蛋白质的腐败作用：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。遵义医专第三节氨基酸的一般代谢一、氨基酸代谢概况：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）、体内合成的非必需氨基酸和体内组织蛋白降解生成的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，称为氨基酸代谢池（氨基酸代谢库）。遵义医专合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代谢转变胺类+CO2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NH3CO2+H2O糖或脂类α-酮酸谷氨酰胺尿素食物蛋白质组织蛋白质氨基酸代谢池氨基酸代谢概况：遵义医专机体组织的蛋白质分解场所有：1、溶酶体2、胞液中（其中蛋白酶需要ATP和泛素）氨基酸的分解代谢主要有两大途径：1、脱氨基生成ɑ-酮酸2、脱羧生成胺类遵义医专二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即转氨基作用，氧化脱氨基作用和联合脱氨基作用。在这三种脱氨基作用中，以联合脱氨基作用最为重要。遵义医专（一）转氨基作用转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将-氨基酸的氨基转移到-酮酸酮基的位置上，生成相应的-氨基酸，而原来的-氨基酸则转变为相应的-酮酸。遵义医专大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘、苏、赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。遵义医专⑴丙氨酸氨基转移酶（ALT）：ALT催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。ALT在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。重要的转氨酶丙氨酸+-酮戊二酸ALT丙酮酸+谷氨酸遵义医专⑵天冬氨酸氨基转移酶（AST）：AST催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。AST在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。天冬氨酸+-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸AST遵义医专（二）氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用以谷氨酸脱氢酶催化的反应为主。在骨骼肌和心肌中，谷氨酸脱氢酶的活性较低，该酶特异性强，只催化谷氨酸脱氢。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+遵义医专（三）联合脱氨基作用转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为-酮酸(-ketoacid)的过程，称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。遵义医专转氨酶氨基酸-酮酸谷氨酸脱氢酶NH3+NADH+H+H2O+NAD+-酮戊二酸谷氨酸氨基酸的一般联合脱氨基作用遵义医专嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。遵义医专IMP腺苷酸代琥珀酸氨基酸-酮酸NH3H2O-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸AMP延胡索酸苹果酸嘌呤核苷酸循环:三次转氨基作用，一次氧化脱氨基作用遵义医专三、-酮酸的代谢（一）再氨基化为氨基酸。（二）转变为糖或脂：1.生糖氨基酸。2.生酮氨基酸：Leu，Lys。3.生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。（一两色素本来老）（三）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。遵义医专琥珀酰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TAC遵义医专第四节氨的代谢氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过0.60mol/L。遵义医专一、血氨的来源血氨肠道吸收氨基酸脱氨基肾泌氨其他含氮物分解合成尿素合成谷氨酰胺合成其他含氮物遵义医专二、氨在血中的转运NH3在血液中的运输形式是：丙氨酸和谷氨酰胺（一）谷氨酰胺的运氨作用体内多数组织代谢生成的氨是以谷氨酰胺形式向外转运至肝和肾。谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶+H2O遵义医专肌肉组织中生成的NH3主要以丙氨酸形式外运。肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝再脱氨基，生成NH3和丙酮酸，NH3用于合成尿素，丙酮酸异生为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。（二）丙氨酸-葡萄糖循环遵义医专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-葡萄糖循环葡萄糖遵义医专三、尿素的生成体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素。合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithinecycle)的反应过程来完成的。遵义医专线粒体胞液鸟氨酸循环CO2遵义医专1．合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；2．原料：2分子氨，一个来自于游离氨，与1分子CO2以氨基甲酰磷酸的形式参入鸟氨酸，另一个来自天冬氨酸。合成一分子尿素需消耗3分子ATP，4个高能磷酸键；3．精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；4．尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。5.鸟氨酸循环的中间产物有：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸和精氨酸代琥珀酸。尿素合成的特点遵义医专四、高血氨症与氨中毒由于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的缺陷，引起尿素合成障碍，导致血氨浓度升高称高血氨症。高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒。氨中毒时，过高血氨透过血脑屏障进入脑组织，与脑组织中的α-酮戊二酸结合生成谷氨酸，谷氨酸进一步结合氨生成谷氨酰胺，从而减少了脑中游离的氨，但是消耗了脑中大量的α-酮戊二酸，削弱了TAC循环的氧化供能，导致脑组织供能不足机能障碍。患者严重时昏迷。因它是由肝功能受损引起，又称肝昏迷。遵义医专TAC↓脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3脑内α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制遵义医专第五节个别氨基酸的代谢Section5MetabolismofIndividualAminoAcids遵义医专由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。氨基酸脱羧酶R-CH(NH2)COOHR-CH2NH2+CO2(磷酸吡哆醛)一、氨基酸的脱羧基作用第五节个别氨基酸的代谢遵义医专-氨基丁酸是一种重要的神经递质，对中枢神经系统起抑制作用，由L-谷氨酸脱羧而产生。（一）-氨基丁酸的生成遵义医专组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用，使血压降低。（二）组胺的生成遵义医专5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。5-羟色胺的是由色氨酸羟化再脱羧形成。（三）5-羟色胺的生成遵义医专精脒和精胺均属于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖的调节有关。多胺合成的原料为鸟氨酸。（四）多胺的生成遵义医专二、一碳单位的代谢一碳单位(onecarbonunit)是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等。（一）一碳单位的定义遵义医专一碳单位通常由其载体四氢叶酸（FH4）携带参加代谢反应。一碳单位由甘、丝、组、色甲硫氨酸代谢产生。遵义医专1、一碳单位是合成嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸乃至核酸不可缺少的原料；2、它还参与多种重要化合物的合成(如肾上腺素、胆碱、肌酸等）。一碳单位的生理功能