30-氨基酸的分解代谢

第30章蛋白质降解和氨基酸的分解代谢主讲人：官秀梅•（一）掌握氨基酸脱氨基作用方式：体内氨的转运；尿素生成鸟氨酸循环的器官、细胞定位、反应过程及特点；一碳单位的概念、载体及生理功能。•（二）熟悉蛋白质的降解的反应机制；氨基酸的脱羧基作用：氨基酸脱羧酶及其辅酶；谷氨酸、组氨酸、酪氨酸脱羧基产物；尿素合成的调节；氨基酸碳骨架的氧化途径；生糖氨基酸和生酮氨基酸；一碳单位的种类、形式、产生一碳单位的氨基酸及一碳单位的相互转变；氨基酸代谢产生的生物活性物质；氨基酸及其重要衍生物的合成；氧化氮、谷胱甘肽、肌酸、卟啉、血红素的生物合成。•（三）了解蛋白质的降解；蛋白质的降解的特性；机体对外援蛋白质的需要及其消化作用；氨的排泄；氨基酸代谢缺陷症。第一节蛋白质的降解蛋白质降解的意义：•1.排除不正常的蛋白质•2.细胞对代谢进行调控的一种方式1.细胞有选择地降解非正常蛋白质。血红蛋白与氨基氯代丁酸结合后很被降解2.居于重要的代谢控制位置的酶，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或酶）;持家蛋白降解的速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白）。3.细胞中蛋白质降解的速度与营养及激素状态有关。营养缺乏，周转的速度加快一、蛋白质降解的特性二、蛋白质降解的反应机制1.溶酶体途径：无选择的降解蛋白，主要降解外源蛋白，膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白自噬自噬抑制剂：氯代奎宁，2.依赖ATP和泛肽的降解途径：在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与泛肽(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，含有76个氨基酸，普遍存在于真核细胞中。⑴蛋白质的泛素化(ubiquitination)：•泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。泛素介导的蛋白质降解过程蛋白质的泛素化过程：E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶⑵蛋白酶体的降解：•泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成蛋白酶体(proteasome)，使蛋白质降解。（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。（17kJ/g蛋白，可由糖或脂肪代替）三、机体对外源蛋白质的需要及其消化作用（二）蛋白质需要量和营养价值1.氮平衡(nitrogenbalance)16％摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。总氮平衡：摄入氮=排出氮（正常成人）正氮平衡：摄入氮排出氮（儿童、孕妇等）负氮平衡：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慨况。2.生理需要量成人：分解20g/日;最低需30-50g/日我国营养学会推荐80g/日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、Phe苯丙、Met蛋、Trp色、Thr苏、Lys赖。•其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。（口诀：借一两本淡色书来）半必需氨基酸：•组氨酸和精氨酸虽能在人体内合成，但合成量很少，不能满足人体需要，若长期缺乏也能造成负氮平衡，因此我们称为半必需氨基酸。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。与人体蛋白质愈接近，营养价值愈高。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。如：谷类蛋白质：赖氨酸少，色氨酸多豆类蛋白质：赖氨酸多，色氨酸少（三）蛋白质的消化•胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)胃中的消化：胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳的作用小肠中的消化：•1.有两种类型的消化酶：⑴外肽酶(exopeptidase)：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；⑵内肽酶(endopeptidase)：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。•2.产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase)，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。•95%的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸+氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶（A及B）（A及B）•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（四）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1.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。载体类型中性氨基酸载体（主要载体）碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制ADP+PiATPK+K+Na+Na+Na+氨基酸Na+氨基酸外膜内Na+,K+-ATP酶载体蛋白质2.γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环(γ-glutamylcycle)过程：•谷胱甘肽对氨基酸的转运•谷胱甘肽再合成半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酸环化转移酶氨基酸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利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系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，因此肽吸收入细胞甚至先于游离氨基酸。3.肽的吸收（五）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)1.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•假神经递质(falseneurotransmitter)某些物质结构与神经递质结构相似，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CH2CH2NH2CH2CH2NH2CH2NH2COHHCH2NH2COHH酪胺β-羟酪胺CH2CH2NH2OHCH2CH2NH2OHCH2NH2COHHOHCH2NH2COHHOH•β-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。2.氨的生成未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)肠道细菌脱氨基作用尿素酶（2）临床应用：肝昏迷时血氨处理能力降低给予肠道抑菌药、降低肠道pH值减少肠道中NH3的产生降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。血液渗透肠道肾排出（20g）NH2-CO-NH2肝脏合成NH3(25%)7gNH2-CO-NH2脲酶（大肠杆菌）2NH3+CO2（4g）肠道吸收肝功能受损：血NH3抑制肠菌，可使血NH3降低肠道pH值，可使血NH33.其它有害物质的生成酪氨酸苯酚半胱氨酸硫化氢色氨酸吲哚第二节氨基酸分解代谢GeneralMetabolismofAminoAcids•1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation)•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•氨基酸代谢库(metabolicpool)食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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。氨基酸代谢库食物蛋白质组织蛋白质分解体内合成氨基酸(非必需氨基酸)氨基酸代谢概况α-酮酸酮体氧化供能糖胺类氨尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成目录氨基酸的分解代谢概况特殊分解代谢→特殊侧链的分解代谢一般分解代谢脱羧基作用→脱氨基作用→CO2胺NH3-酮酸一、氨基酸的脱氨基作用重点内容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基转氨基作用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，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。2.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。3.转氨酶正常人各组织GOT(谷草转氨酶)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。组织GOTGPT心1560007100肝14200044000骨骼肌990004800肾9100019000组织GOTGPT胰腺脾肺血清2800020001400012001000070020164.转氨基作用的机制•转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛（VitB6）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ＮO=CHCH2OPO3H2OHCH3H2N-CHCH2OPO3H2ＮOHCH3磷酸砒哆醛PLP磷酸砒哆胺PMP目录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）氧化脱氨基：L-谷氨酸氧化脱氨基作用•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+L-谷氨酸脱氢酶是既能利用NAD+又能利用NADP+接受还原当量的酶。（三）其他的脱氨基作用L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。（四）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•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)•脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛CCOOHNH2HR（五）、氨基酸的脱羧基作用六、氨的命运氨的代谢（重点内容）MetabolismofAmmonia•氨是机体正常代谢产物，具有毒性。•体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。•正常人血氨浓度一般不超过0.6μmol/L。生物界将氨排出体外的方式：1.排氨：许多的水生动物2.排尿酸：鸟类和陆生爬行动物3.排尿素：绝大多数脊椎动物（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RCH2NH2