生物化学与分子生物学-第9章-氨基酸代谢(4课时)

目录生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学教研室2020/7/31氨基酸代谢第九章MetabolismofAminoAcids蛋白质的生理功能和营养价值PhysiologicalFunctionandNutritionValueofProtein第一节一、体内蛋白质具有多方面的重要功能（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补（二）蛋白质参与体内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。每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19KJ(4.1KCal)的能量，人体每日18%能量由蛋白质提供。（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮平衡(nitrogenbalance)指每日氮的摄入量(食物中的蛋白质)与排出量(粪便和尿液)之间的关系。蛋白质的含氮量平均约为16%。→凯氏定氮法→三聚氰胺事件二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮总平衡：摄入氮=排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮排出氮（儿童、孕妇、恢复期病人）氮负平衡：摄入氮排出氮（饥饿、严重烧伤、出血、消耗性疾病患者）蛋白质的生理需要量成人每日蛋白质最低生理需要量为30g-50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。氮平衡的意义可以反映体内蛋白质代谢的概况。营养必需氨基酸(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、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。Arg和His为半必需氨基酸。其余12种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需氨基酸。三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值“笨蛋来宿舍晾一晾鞋”Phe、Met、Lys、Thr、Trp、Leu、Ile、Val蛋白质的营养价值(nutritionvalue)蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。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。第二节蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收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。（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽1.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。胃蛋白酶的凝乳作用：乳汁中的酪蛋白（casein）与Ca2+形成乳凝块，胃停留时间延长，利于消化。胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片1、胃酸激活(pepsinogen)(pepsin)2、胃蛋白酶自身激活作用（autocatalysis）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。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56十二指肠介于胃与空肠之间，十二指肠成人长度为20～25cm，管径4～5cm，紧贴腹后壁，是小肠中长度最短、管径最大、位置最深且最为固定的小肠段。胰管与胆总管均开口于十二指肠，既接受胃液，又接受胰液和胆汁的注入。肠液中酶原在十二指肠被激活自身激活作用较弱肠液中酶原在十二指肠被激活胰蛋白酶(trypsin)肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶原弹性蛋白酶(elastase)弹性蛋白酶原糜蛋白酶(chymotrypsin)糜蛋白酶原羧基肽酶(A或B)(carboxypeptidase)羧基肽酶原(A或B)小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等,氨基肽酶将寡肽水解为二肽，二肽酶将二肽水解为氨基酸。•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（二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收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吸收方式：1、通过转运蛋白完成氨基酸和小肽的吸收2、通过γ-谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收通过转运蛋白完成氨基酸和小肽的吸收载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸/寡肽和Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。七种转运蛋白(transporter)中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白β氨基酸转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白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通过γ-谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收谷氨酸5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸二肽酶γ-谷氨酰环化转移酶氨基酸5-氧脯氨酸γ-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COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHRγ-谷氨酰氨基酸CHH2NCOOHR氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHR二、未消化吸收蛋白质在大肠下段发生腐败作用未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸，在大肠下部受大肠杆菌的分解，此分解作用称为腐败作用（putrefaction）。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)（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类蛋白质氨基酸胺类(amines)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苯丙氨酸苯乙胺假神经递质(falseneurotransmitter)某些物质结构(如苯乙醇胺，β-羟酪胺）与神经递质（如儿茶酚胺）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（二）肠道细菌通过脱氨基作用产生氨未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)脱氨基作用尿素酶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。（三）腐败作用产生其它有害物质酪氨酸苯酚半胱氨酸硫化氢色氨酸吲哚正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。1．下列哪组氨基酸都是营养必须氨基酸：A.蛋、苯丙、苏、赖B.赖、苯丙、酪、色B.赖、缬、酪、丙B.蛋、半胱、苏、色2．肠道中氨基酸的主要腐败产物是：A.吲跺B.色胺C.组胺D.氨E.腐胺3.氮平衡4.蛋白质的营养价值5.腐败作用随堂测试AD第三节氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids一、体内蛋白质分解生成氨基酸成人体内的蛋白质每天约有1%-2%被降解，主要是肌肉蛋白质。蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%-80%被重新利用合成新的蛋白质。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。（一）蛋白质以不同的速率进行降解不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。不依赖ATP和泛素；利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解依赖ATP和泛素降解异常蛋白和短寿蛋白质泛素(ubiquitin)76个氨基酸组成的多肽(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。泛素介导的蛋白质降解过程泛素化过程E1：泛素激活酶E2：泛素结合酶E3：泛素蛋白连接酶UBCO-O+HS-E1ATPAMP+PPiUBCOSE1HS-E2HS-E1UBCOSE2UBCOSE1UB：泛素Pr：被降解蛋白质PrHS-E2UBCOSE2UBCNHOE3Pr蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。26S蛋白质酶体20S的核心颗粒(CP)19S的调节颗粒(RP):18个亚基,6个亚基具有ATP酶活性2个α环：7个α亚基2个β环：7个β亚基泛素介导的蛋白质降解过程：二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（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(metabolicpool)。氨基酸代谢概况：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血液氨基酸组织氨基酸氨基酸代谢库三、氨基酸分解先脱氨基脱氨基作用指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。NH3（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基转氨基作用(transamination)1.转氨基作用由转氨酶催化完成在转氨酶(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。反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。转氨酶的专一性强，不同氨基酸与α-酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中，以L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要。ALTCHNH2COOHCH3丙氨酸C=O+COOHCOOH(CH2)2α-酮戊二酸C=OCOOHCH3丙酮酸CHNH2+COOHCOOH(CH2)2谷氨酸AST(CH2)2CHNH2COOHCOOH谷氨酸C=O(CH2)2COOHCOOHα-酮戊二酸CHNH2COOHCOOHCH2天冬氨酸C=OCH2COOHCOOH草酰乙酸++正常人各组织中ALT及AST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ALTAST组织ALTAST肝44000142000胰腺200028000肾1900091000脾120014000心7100156000肺70010000骨骼肌480099000血清16202.各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制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。转氨基作用的生理意义（二）L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基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)2COOHCOOH