第三、四讲--蛋白质的分解代谢-药学院

目录张秀华目录§11.1蛋白质的营养§11.5个别氨基酸的代谢§11.4氨基酸的一般代谢§11.2蛋白质的消化、吸收§11.3细胞内蛋白质降解目录1.了解蛋白质的消化与水解过程；学习并掌握氮平衡的概念。2.掌握必需氨基酸的概念。3.掌握细胞内蛋白质降解的过程.4.掌握氨基酸的分解途径：脱氨基作用与脱羧基作用，重点掌握联合脱氨基作用。5.掌握氨基酸分解产物的代谢途径：尿素循环6.了解一碳化合物与氨基酸代谢的关系〔目的要求〕目录水解胞外酶氨基酸吸收入作为氮源和能源进行代谢。蛋白质不能储备外源蛋白质目录一、蛋白质的生理功能二、氮平衡三、蛋白质的营养价值返回目录一、食物蛋白质的生理功能维持细胞组织的生长、发育和修补。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）等氧化供能（16KJ/g蛋白质）：人体每日18%能量由蛋白质提供。氧化供能是蛋白质的一个次要生理功用。目录二、氮平衡氮平衡(nitrogenbalance)：摄入蛋白质的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系，它反映体内蛋白质合成与分解代谢的总结果。测定含氮量可大概了解蛋白质在体内的代谢状况。目录氮总平衡：摄入氮=排出氮即蛋白质分解与合成处于平衡（营养正常的成人）氮正平衡：摄入氮排出氮即蛋白质合成量多于分解量（儿童、孕妇、疾病恢复期等）氮负平衡：摄入氮排出氮即蛋白质分解量多于合成量（饥饿、消耗性疾病患者）氮平衡有三种关系目录人体内有8种氨基酸不能合成，必须由食物供给，称营养必需氨基酸，含有必需氨基酸种类多和数量足的蛋白质营养价值高，反之营养价值低。三、蛋白质的营养价值目录必需氨基酸(essentialaminoacid)：指体内需要而又不能自身合成或合成量少，不能满足需要，必须由食物供给的氨基酸。人体的必需氨基酸共有8种：甲硫氨酸（Met）、色氨酸（Trp）、缬氨酸（Val）、苯丙氨酸（Phe）、苏氨酸（Thr）、赖氨酸（Lys）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）。“假设写本书来亮一亮”1.必需氨基酸(essentialaminoacid)目录2.蛋白质营养的评价Pr的营养价值=（N保留量/N吸收量）*100%取决于必需氨基酸的种类、数量和比例。评定食物蛋白质营养价值：蛋白质含量、消化率和利用率。食物蛋白质所含的必需AA的种类、数量和比例与人体需要越接近，被消化吸收后在体内被利用的程度就越高，营养价值就高。目录3.蛋白质的需要量人体对蛋白质的需要量与年龄、性别、体重、生理和劳动强度等有关。中国营养学会提出的蛋白质供给量。P282(表11-1)目录4.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。蛋白质的互补作用具有重要的现实意义，如小米（色氨酸含量多）和大豆（赖氨酸含量高）混合食用，提高营养价值。目录第二节蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins目录一、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，便于吸收和利用。•消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。目录一、蛋白质的消化1.概念体内的蛋白质在一系列酶的作用下被分解为小分子肽和氨基酸的过程。2.发生部位胃、肠3.基本过程食物蛋白质胨及多肽寡肽及氨基酸胃肠水解酶水解酶目录（一）蛋白质的水解酶类及其作用特点胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸(pepsinogen)(pepsin)1.酶原和酶原的激活胃蛋白酶五个多肽碎片一个抑制肽胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽糜蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶原弹性蛋白酶糜蛋白酶羧基肽酶胰蛋白酶+2个二肽目录内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶（从肽链两端开始水解肽键）2、蛋白水解酶作用的特异性据水解肽键部位的不同分为两类：返回蛋白水解酶对水解肽键的位置和形成肽键的氨基酸残基有选择性。目录蛋白水解酶作用的特异性不同的蛋白水解酶对组成肽键的氨基酸残基有一定的特异性。如胃蛋白酶作用于芳香族AA的氨基和酸性AA的羧基所形成的肽键。目录胃蛋白酶原H+蛋白质多肽（主）酶原的激活水解（二）蛋白质的消化过程（1）胃中消化胃蛋白酶胃蛋白酶返回目录胰蛋白酶原肠激酶糜蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶（+）蛋白质肽氨基酸内肽酶外肽酶酶原的激活胰蛋白酶水解（2）小肠内消化（主要部位）糜蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶原目录目录二、肽和氨基酸的吸收•吸收部位：主要在小肠•吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽•吸收机制：主动转运、-谷氨酸循环目录1.主动转运载体蛋白与氨基酸、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。目录2.γ-谷氨酰基循环γ-谷氨酰基循环(γ-glutamylcycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成氨基酸的吸收是在γ-谷氨酰基转移酶的催化下，通过与谷胱甘肽（GSH）作用而进入细胞。目录半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酰环化酶氨基酸H2NCHCOOHR5-氧脯氨酸谷氨酸5-氧脯氨酸酶ATPADP+Piγ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi细胞外γ-谷氨酰基转移酶细胞膜谷胱甘肽GSH细胞内γ-谷氨酰基循环过程γ-谷氨酰氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHRCHH2NCOOHR氨基酸目录目录2.γ-谷氨酰基循环γ-谷氨酰基循环转运氨基酸体系特点：γ-谷氨酰基转移酶位于细胞膜，其余的位于细胞质中，同时每转运1分子氨基酸消耗3分子ATP。目录三、蛋白质及其消化产物的腐败作用•蛋白质的腐败作用（putrefaction）：肠道细菌对未消化的蛋白质或未吸收的消化产物进行分解，称为蛋白质的腐败作用。•腐败作用的产物大多有害，如胺类、NH3、苯酚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。目录（一）胺类(amines)的生成蛋白质氨基酸胺类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目录（二）氨的生成未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)目录第三节细胞内的蛋白质降解细胞内蛋白质降解过程的重要物质细胞内蛋白质降解机制细胞内蛋白质降解过程目录2004年10月16日瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。目录细胞内蛋白质降解过程的重要物质泛素酶E1、酶E2、酶E3蛋白酶体目录泛素的结构与组成：泛素含有76个氨基酸残基，广泛存在于真核生物，目前尚未发现泛素存在于原核生物中，泛素的氨基酸序列极其保守。人类与酵母菌的泛素序列3个aa不同。泛素(ubiquitin,Ub)目录蛋白质的降解是一个精细控制的过程首先有待降解的Pr被泛素所标记;被标记的Pr进入细胞的蛋白酶复合体（专门负责Pr的分解及再循环利用），泛素在这一过程中释出讯号，让蛋白酶复合体分辨出有待降解的Pr。泛素调节的蛋白质降解概述目录酶E1、酶E2、酶E3泛素活化酶（E1）：激活泛素分子；泛素结合酶（E2）：把泛素分子绑在被降解的蛋白质上；泛素-蛋白连接酶（E3）：辨别被降解的蛋白质。在E3的指导下，E2将泛素分子绑在被降解的蛋白质上，当泛素分子达到一定数量后，被降解的蛋白质被运送到蛋白酶体内的结构中进行降解。目录蛋白酶体蛋白酶体包括20S复合物和26S复合物，26S是由20S和19S复合体共同结合装配而成，呈桶状结构，活性部位（20S复合物）在桶状结构的内部，能将所有蛋白质分解为7-9个氨基酸的多肽。目录蛋白质降解解机制由泛素介导的蛋白水解过程，分为2个阶段。第一阶段：多个泛素分子与靶蛋白共价结合。第二阶段:靶蛋白在26S蛋白酶体的作用下，由泛素介导的蛋白水解过程。目录蛋白质降解解机制第一阶段：多个泛素分子与靶蛋白共价结合。（1）泛素经泛素活化酶（E1）活化，泛素上76位的Gly与泛素活化酶上特殊的Cys残基形成一个高能硫酯键，并伴有ATP水解;目录蛋白质降解解机制第一阶段：多个泛素分子与靶蛋白共价结合。（2）通过转酯作用，泛素从泛素活化酶(E1)转移到泛素结合酶（E2）的Cys上，形成泛素结合酶-泛素;目录蛋白质降解解机制（3）在泛素连接酶（E3)参与下，泛素又从泛素结合酶(E2)转移到靶蛋白的Lys残基上，形成泛素-靶蛋白，使靶蛋白发生泛素化。目录蛋白质降解解机制第二阶段:靶蛋白在26S蛋白酶体的作用下，由泛素介导的蛋白水解过程。黑点表示活性区域(20S蛋白酶体)底物Pr被多次切割，最后形成3～22个氨基酸残基的小肽。目录细胞内蛋白质降解过程图解E1：泛素活化酶E2：泛素结合酶E3：泛素-蛋白连接酶目录泛素调节蛋白质降解意义清除错误的蛋白质---“蛋白质的质量监督员”蛋白质p53是一个能够抑制肿瘤生长的基因,被誉为“基因卫士”。至少50%的人类癌症中p53发生了变异。对细胞的生长周期、DNA复制以及染色体结构的调节作用。目录第四节氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids目录氨基酸代谢库(metabolicpool)：食物蛋白经消化吸收的AA（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的AA（内源性氨基酸）以及体内其他各种来源的AA混在一起，分布于体内各处，参与代谢，构成氨基酸代谢库。一、氨基酸在体内的代谢动态目录-酮酸返回氨基酸代谢概况脱羧胺类食物蛋白消化吸收体内合成（非必需氨基酸）机体组织蛋白质合成酮体氧化供能糖转变其它含氮化合物经肾排出(1g/d)氨基酸代谢库分解脱氨尿素组织蛋白质分解NH3目录二、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。脱氨基方式氧化脱氨转氨作用联合脱氨非氧化脱氨转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联目录亚氨基酸氨基酸氧化酶–2HCHCOOHRNH-酮酸+H2O+NH3CCOOHR2O氨基酸CHCOOHRNH2第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。（一）氧化脱氨作用（有氨生成）目录1.氨基酸氧化酶：辅酶为FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸），包括两类：Ｌ-氨基酸氧化酶（活性低）、D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少）。氨基酸氧化脱氨的主要酶目录氨基酸氧化脱氨的主要酶2.Ｌ-谷氨酸脱氢酶：辅酶为NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）。该酶为变构酶，ATP和NADH为变构抑制剂、ADP（腺苷二磷酸)是激活剂。该酶特异性强，仅催化Ｌ-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸。目录（二）转氨作用(transamination)1.定义氨基酸的α-氨基与α-酮酸的酮基在转氨酶(transaminase)的作用下相互交换，生成相应的新的氨基酸和α-酮酸，该过程称为转氨作用或氨基移换作用。目录反应式目录丙氨酸转氨酶（ALT)又称谷丙转氨酶（GPT）天冬氨酸转氨酶（AST)又称谷草转氨酶(GOT)GPT谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸GOT谷氨酸+草酰乙酸-酮戊二酸+天冬氨酸2.重要的转氨酶临床意义：急性肝炎患者血清ALT升高临床意义：心肌梗死患者血清AST升高目录目录转氨酶辅酶--磷酸吡哆醛3.转氨基作用机制目录3.转氨基作用的机制•转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸1磷酸吡哆醛α-酮酸1磷酸吡哆胺氨基酸2α-酮酸2转氨酶目录特点：生理意义：*只有氨基的转移，没有氨的生成*催化的反应可逆*其辅酶都是磷酸吡哆醛4.转氨基作用的特点和意义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。目录正常人各组织GOT及GPT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。急性肝炎患者血清GPT（ALT)升高；心肌梗死患者血清GOT(AST)升高。组织GOTGPT心1560007100肝14200044000骨骼肌990004800肾910