蛋白質(zhì)降解和氨基酸的分解代謝課件

14三月2024蛋白質(zhì)降解和氨基酸的分解代謝引言：蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用及消化吸收1、蛋白質(zhì)的降解2、氨基酸分解代謝3、尿素的形成4、氨基酸碳骨架的氧化途徑5、生糖氨基酸和生酮氨基酸6、氨基酸的重要衍生物7、氨基酸代謝缺陷癥一、蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性（生理功用）1.

蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)（1）維持細胞、組織的生長、更新、修補（2）催化、運輸、代謝調(diào)節(jié)等均需要蛋白質(zhì)參與

2.蛋白質(zhì)是能源物質(zhì)蛋白質(zhì)/每克在體內(nèi)氧化分解可釋放約17kJ能量（可由糖或脂肪代替）,約占總能量需求的10%。引言1：蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用蛋白質(zhì)的功能結(jié)構(gòu)學(xué)：生物膜/結(jié)締組織基質(zhì)/骨架動力學(xué)：酶催化/物質(zhì)運輸/保護/激素二、蛋白質(zhì)的需要量（一）氮平衡（nitrogenbalance）*機體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的概況可根據(jù)氮平衡實驗來確定。蛋白質(zhì)中氮的平均含量約為16％。蛋白質(zhì)在體內(nèi)分解代謝所產(chǎn)生的含氮物質(zhì)主要由尿、糞排出。測定尿與糞中的含氮量（排出氮）及攝入食物的含氮量（攝入氮）可以反映人體蛋白質(zhì)的代謝概況。A.氮的總平衡

攝入氮=排出氮，即氮的“收支”平衡

反映正常成人的蛋白質(zhì)代謝情況B.氮的正平衡攝入氮＞排出氮，部分?jǐn)z入的氮用于合成體內(nèi)蛋白質(zhì)

兒童、孕婦及恢復(fù)期病人C.氮的負平衡攝入氮＜排出氮，見于蛋白質(zhì)需要量不足

饑餓或消耗性疾病患者三種氮平衡情況（二）生理需要量根據(jù)氮平衡實驗測定：不進食蛋白質(zhì)時，成人每日最低分解約20g蛋白質(zhì)。

成人每日最低需要量30-50g蛋白質(zhì)（食物蛋白質(zhì)與人體蛋白質(zhì)組成差異）我國營養(yǎng)學(xué)會推薦：成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。三、蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值（nutritionvalue）

蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值取決于蛋白質(zhì)所含氨基酸的種類、數(shù)量與其比例（尤其是必須氨基酸）。某種食物蛋白所含必須氨基酸的量和比例越接近人體蛋白質(zhì)，其營養(yǎng)價值越高。*必需氨基酸（essentialaminoacid）:人體內(nèi)有8種氨基酸不能合成。體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供應(yīng)：纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸和色氨酸

非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）:其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，不一定需由食物供應(yīng)。人體對必須氨基酸的需要量及其適宜比例不同蛋白質(zhì)中必須氨基酸含量及其比例四、提高蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的方法1、蛋白質(zhì)的互補作用營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，則必需AA可以互相補充從而提高營養(yǎng)價值。如：谷類蛋白質(zhì)含賴氨酸較少，色氨酸較多豆類蛋白質(zhì)含賴氨酸較多，色氨酸較少兩者混合食用即可提高營養(yǎng)價值。臨床:某些疾病情況下，為保證AA需要，可進行混合AA輸液。

2、提高蛋白質(zhì)的消化率——加工或烹調(diào)方法如：大豆蛋白質(zhì)消化率為60％，磨成豆腐后其消化率達90％一、蛋白質(zhì)的消化食物（蛋白質(zhì)的消化、吸收）是人體AA的主要來源。蛋白質(zhì)未經(jīng)消化不易吸收:hydrolysis食物蛋白質(zhì)氨基酸、小肽

（吸收、利用）

唾液中不含水解蛋白質(zhì)的酶，故食物蛋白質(zhì)的消化自胃中開始，但主要在小腸中進行。引言2：蛋白質(zhì)的消化、吸收與腐敗胃中的消化

酶：胃蛋白酶（pepsin）

胃酸激活

pepsinogen

pepsin

autocatalysis胃蛋白酶的最適PH:1.5－2.5

對蛋白質(zhì)肽鍵作用的特異性較差。

pepsin蛋白質(zhì)多肽、少量AA

小腸中的消化

胃中-食物停留時間較短，因此蛋白質(zhì)消化很不完全。小腸-蛋白質(zhì)消化的主要部位：

蛋白質(zhì)的消化產(chǎn)物蛋白酶及肽酶AA、寡肽及未被消化的蛋白質(zhì)(胰液、腸粘膜細胞）腸液中的腸激酶可激活各種胰酶原。酶：胰酶最適pH為7.0左右胰液中的蛋白酶分為兩類：內(nèi)肽酶（endopeptidase）外肽酶（exopeptidase）

內(nèi)肽酶---水解蛋白質(zhì)肽鏈內(nèi)部的一些肽鍵

胰蛋白酶、糜蛋白酶及彈性蛋白酶等，有一定的專一性。

外肽酶--主要有羧基肽酶A和羧基肽酶B自肽鏈羧基末端開始，每次水解掉一個AA殘基，對不同AA組成的肽鍵也有一定專一性。

寡肽酶存在：小腸粘膜細胞的刷狀緣及胞液中例如氨基肽酶及二肽酶

氨基肽酶二肽酶

寡肽二肽AA部位：主要在小腸粘膜細胞內(nèi)進行。

食物中的蛋白質(zhì)經(jīng)胃蛋白酶和胰蛋白酶消化后有1/3是氨基酸、2/3是肽。寡肽的水解主要在小腸粘膜細胞內(nèi)進行，最后由氨基肽酶和二肽酶作用水解成氨基酸。各種酶協(xié)同作用使蛋白質(zhì)的消化效率極高。正常成人，食物蛋白質(zhì)的95％可以水解完全（一些纖維蛋白只能部分水解）。二、氨基酸的吸收部位：主要在小腸中進行吸收載體：載體蛋白部位：腸粘膜細胞膜上載體蛋白-AA-Na+形成三聯(lián)體作用：將AA及Na+轉(zhuǎn)運入細胞，Na+則借鈉泵排出細胞外，并消耗ATP。有4種類型的載體，分別參與不同氨基酸的吸收：中性氨基酸載體（主要載體）堿性氨基酸載體酸性氨基酸載體亞氨基酸與甘氨酸載體三、蛋白質(zhì)的腐敗作用定義：在消化過程中，有一小部分蛋白質(zhì)不被消化，也有一小部分消化產(chǎn)物不被吸收。腸道細菌對這部分蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用，稱為～。實質(zhì)：是細菌本身的代謝過程，以無氧分解為主。部位：大腸的下段。產(chǎn)物：大多數(shù)對人體有害，少量FA及維生素K等可被機體利用的物質(zhì)。a.胺類（amines）的生成b.氨（ammonia）的生成c.其他有害物質(zhì)的生成（酚類、吲哚、硫化氫等）

氨基酸代謝庫（metabolicpool）食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化而被吸收的AA(外源性AA)與體內(nèi)組織蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的AA（內(nèi)源性AA）混在一起，分布于體內(nèi)各處，參與代謝，稱為～。AA由于不能自由通過細胞膜，所以在體內(nèi)分布也是不均勻的。如：肌肉中AA占總代謝庫的50％以上．

肝約占10％，腎約占4％，血漿占1-6％肝中分解--丙氨酸、芳香族AA骨骼肌中分解--支鏈AA血漿AA是體內(nèi)各組織之間AA轉(zhuǎn)運的主要形式。肌肉和肝在維持血漿AA濃度的相對穩(wěn)定中起著重要作用。1.體內(nèi)（內(nèi)源）蛋白質(zhì)降解1.1體內(nèi)蛋白降解為氨基酸人體內(nèi)蛋白質(zhì)處于不斷降解與合成的動態(tài)平衡。成人每天約有體內(nèi)蛋白質(zhì)的1％～2％被降解體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解也是由一系列蛋白酶和肽酶完成。真核細胞中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑：

不依賴ATP的過程，在溶酶體內(nèi)進行，主要降解細胞外來源的蛋白質(zhì)、膜蛋白和長壽命的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)。

依賴ATP和泛素的過程，在細胞質(zhì)中進行，主要降解異常蛋白和短壽命的蛋白質(zhì)，在不含溶酶體的紅細胞中尤為重要。1.2.1溶酶體降解（Lysosomalmechanism）

溶酶體：含50多種水解酶，其內(nèi)蛋白酶稱為組織蛋白酶。內(nèi)部pH約5.0對蛋白質(zhì)的降解無選擇性1.2細胞蛋白質(zhì)降解的機制1.2.2泛肽標(biāo)記降解（Labelledbyubiquitin）

Ubiquitin--acommonpolypeptidethatrepresentsthe"kissofdeath".

對蛋白質(zhì)有選擇性降解消耗ATP泛肽-連接的降解酶(UCDEN)"forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation"(1)排除不正常的蛋白質(zhì)(2)維持細胞代謝的秩序1.3細胞蛋白質(zhì)降解的意義2.

氨基酸分解代謝CatabolismofAminoAcids2.1脫氨基作用2.2脫羧基作用2.3氨的命運Overviewofthecatabolismofaminoacids2.1脫氨基作用2.1.1轉(zhuǎn)氨基作用(氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng))2.1.2葡萄糖-丙氨酸循環(huán)2.1.3氧化脫氨基作用2.1.4聯(lián)合脫氨基作用2.1.1轉(zhuǎn)氨基作用(氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng))氨基轉(zhuǎn)移酶的輔酶：PLPPLP（吡哆醛磷酸）PMP（吡哆胺磷酸）轉(zhuǎn)氨酶的“乒乓機制”

谷氨酸+草酰乙酸α-酮戊二酸+天冬氨酸谷氨酸-天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶的氨基受體Alaninecarriesammoniafrommusclestotheliver.

2.1.2葡萄糖-丙氨酸循環(huán)谷-丙轉(zhuǎn)氨酶谷-丙轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸脫氫酶少見的例子：該脫氫酶既可以以NAD＋又可以采用NADP＋作為輔酶。線粒體2.1.3氧化脫氨基作用1)以谷氨酸脫氫酶為主2)通過嘌呤核苷酸循環(huán)2.1.4聯(lián)合脫氨基作用1)以谷氨酸脫氫酶為主2)嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨基作用谷氨酸-天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶哺乳動物中肝臟、大腦、骨骼肌、心肌等的主要脫氨方式。1)反應(yīng):AA

一級胺+CO22)脫羧酶：專一性高（輔酶PLP）3)一級胺的去路：大多數(shù)有毒！胺—胺氧化酶—醛、氨—脂肪酸、尿素有生物活性的胺：谷氨酸—γ-氨基丁酸（重要神經(jīng)遞質(zhì)）組氨酸—組胺（降低血壓）酪氨酸—酪胺（升高血壓）2.2脫羧基作用2.3氨的命運2.3.1氨的毒性2.3.2驅(qū)除多余氨的兩個主要反應(yīng)2.3.3氨的轉(zhuǎn)運2.3.4氨的排泄1)改變細胞pH值，引起氨中毒2)消耗α-酮戊二酸、NADPH(腦細胞線粒體)2.3.1氨的毒性2.3.2驅(qū)除多余氨的兩個主要反應(yīng)2.3.3氨的轉(zhuǎn)運載體（中性）：1)谷氨酰胺（經(jīng)血液由肌肉和其他組織運送到肝臟）2)丙氨酸（由肌肉到肝臟）2.3.4氨的排泄3.

尿素的形成FormationofUrea

1932年，德國學(xué)者HansKrebs和KurtHenseleit根據(jù)一系列實驗，首次提出了鳥氨酸循環(huán)(ornithinecycle)學(xué)說，又稱尿素循環(huán)(ureacycle)鳥氨酸循環(huán)學(xué)說的實驗根據(jù)如下：將大鼠肝的薄切片放在有氧條件下加銨鹽保溫數(shù)小時后，銨鹽的含量減少，而同時尿素增多。在此切片中，分別加入各種化合物，并觀察它們對尿素生成速度的影響。發(fā)現(xiàn)鳥氨酸、瓜氨酸或精氨酸能夠大大加速尿素的合成。根據(jù)這三種氨基酸的結(jié)構(gòu)推斷，它們彼此相關(guān)，即鳥氨酸可能是瓜氨酸的前體，而瓜氨酸又是精氨酸的前體。3.1尿素循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

實驗還觀察到:當(dāng)大量鳥氨酸與肝切片及NH4十保溫時，確有瓜氨酸的積存。早已證實肝含有精氨酸酶，此酶催化精氨酸水解生成鳥氨酸及尿素。

同位素實驗：標(biāo)記的15NH4CL或含15N的AA飼養(yǎng)犬，發(fā)現(xiàn)隨尿排出的尿素含有15N,但鳥氨酸中不含15N；用含14C標(biāo)記的NaHCO3飼養(yǎng)犬，隨尿排出的尿素也含有14C----urea可由NH3及CO2合成。3.2.1．氨基甲酰磷酸的合成3.2.2.瓜氨酸的合成3.2.3.精氨酸的合成3.2.4.精氨酸水解生成尿素

3.2尿素循環(huán)的步驟3.2.1．氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸含成酶I(CPS-I)。消耗2分子ATP。CPS-l存在于肝細胞線粒體中。*鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶（OCT）存在于肝細胞的線粒體中，并通常與CPS－I結(jié)合成酶的復(fù)合體。3.2.2．瓜氨酸的合成3.2.3．精氨酸的合成3.2.4．精氨酸水解生成尿素*urea分子中的2個氮原子，一個來自氨，另一個則來自天冬氨酸，而天冬氨酸又可由其他氨基酸通過轉(zhuǎn)氨基作用而生成。由此，尿素分子中2個氮原子的來源雖然不同，但都直接或間接來自各種氨基酸。urea合成是一個耗能的過程，合成1分子尿素需要消耗4個高能磷酸鍵。

尿素合成的總反應(yīng)式：三羧酸循環(huán)和尿素循環(huán)相互聯(lián)系關(guān)鍵酶：氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ調(diào)節(jié)物：N-乙酰谷氨酸（由谷氨酸在N-乙酰谷氨酸合成酶的催化下與乙酰-CoA合成。）3.3尿素循環(huán)的調(diào)節(jié)4.

氨基酸碳骨架的氧化途徑所有氨基酸的碳骨架最終都可進入檸檬酸循環(huán)徹底氧化生糖氨基酸→檸檬酸循環(huán)中間代謝物→糖異生→葡萄糖生酮氨基酸→乙酰乙酰CoA→酮體既生糖又生酮氨基酸5.

生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸？既生糖又生酮氨基酸?生酮氨基酸？一碳單位的形式許多氨基酸可以作為一碳單位的來源（Gly、Thr、Ser、His）一碳單位的生理功用參與嘌呤和嘧啶的生物合成參與S－腺苷甲硫氨酸的生物合成一碳單位的轉(zhuǎn)移載體——四氫葉酸（THF）6.1氨基酸與一碳單位6.

氨基酸的衍生物質(zhì)6.2氨基酸衍生出的生物活性物質(zhì)p336表30-3。苯丙酮尿癥:是由于苯丙氨酸-4-單加氧酶（羥化酶）缺乏引起苯丙酮酸堆積的代謝遺傳病。病人尿中排出大量苯丙酮酸。苯丙酮酸堆積對神經(jīng)有毒害，智力發(fā)育出現(xiàn)障礙。

尿黑酸癥:是酪氨酸代謝中缺乏尿黑酸氧化酶引起的代謝遺傳病。這種病人尿中含有尿黑酸，在堿性條件下暴露于氧氣氧化并聚合為類似于黑色素的物質(zhì)，從而使尿成黑色。

……7.

氨基酸代謝缺陷癥苯丙氨酸和酪氨酸的代謝正常情況下，苯丙氨酸的主要代謝是經(jīng)羥化作用，生成酪氨酸。

酶：苯丙氨酸羥化酶是一種加單氧酶輔酶：四氫生物蝶呤苯酮酸尿癥

苯丙氨酸羥化酶正常情況下：苯丙氨酸酪氨酸（代謝的主要途徑）異常情況下：當(dāng)苯丙氨酸羥化酶先天性缺乏時：苯丙氨酸苯丙酮酸苯乙酸尿中出現(xiàn)大量苯丙酮酸等代謝產(chǎn)物，稱為苯酮酸尿癥（PKU）。癥狀：苯丙酮酸的堆積對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒性，故患兒的智力發(fā)育障礙。治療：對此種患兒的治療原則是早期發(fā)現(xiàn)，并適當(dāng)控制膳食中的苯丙氨酸含量。酪氨酸進一步代謝與合成某些神經(jīng)遞質(zhì)、激素及黑色素有關(guān)多巴胺:腦中的一種神經(jīng)遞質(zhì)帕金森病（Parkinsondisease）患者，多巴胺生成減少。多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素統(tǒng)稱為兒茶酚胺。即含鄰苯二酚的胺類。酪氨酸羥化酶是兒茶酚胺合成的限速酶，受終產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)。酪氨酸的分解代謝

酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶酪氨酸對羥丙酮酸尿黑酸延胡索酸+乙酰乙酸