第9章蛋白質(zhì)氨基酸分解代謝

第九章蛋白質(zhì)的分解代謝 本章主要內(nèi)容 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)蛋白質(zhì)的消化 吸收和腐敗細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解氨基酸的一般代謝個(gè)別氨基酸的代謝 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng) 一 蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的重要性 1 維持細(xì)胞 組織的生長(zhǎng) 更新和修補(bǔ) 2 參與多種重要的生理活動(dòng) 催化 酶 免疫 抗原及抗體 運(yùn)動(dòng) 肌肉 物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 載體 凝血 凝血系統(tǒng) 等 3 氧化供能人體每日18 能量由蛋白質(zhì)提供 二 蛋白質(zhì)需要量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 1 氮平衡 nitrogenbalance 攝入食物的含氮量與排泄物 尿與糞 中含氮量之間的關(guān)系 氮總平衡 攝入氮 排出氮 正常成人 氮正平衡 攝入氮 排出氮 兒童 孕婦等 氮負(fù)平衡 攝入氮 排出氮 饑餓 消耗性疾病患者 氮平衡的意義 可以反映體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的慨況 2 生理需要量 成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為30 50g 我國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g 3 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 其余10種氨基酸體內(nèi)可以合成 稱(chēng)非必需氨基酸 必需氨基酸VS非必需氨基酸 ThrIlePheMetTrpValHisArgLysLeu AlaAspAsnCysGluGlnGlyProSerTyr TipMTVHall 笨 苯丙氨酸 蛋 蛋氨酸 精 精氨酸 來(lái) 賴(lài)氨酸 宿 蘇氨酸 舍 色氨酸 住 組氨酸 亮 亮氨酸 涼 異亮氨酸 鞋 纈氨酸 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 nutritionvalue 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于必需氨基酸的數(shù)量 種類(lèi) 量質(zhì)比 蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用 指營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低的蛋白質(zhì)混合食用 其必需氨基酸可以互相補(bǔ)充而提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 第二節(jié) 蛋白質(zhì)的消化 吸收和腐敗 一 蛋白質(zhì)的消化 1 蛋白質(zhì)消化的生理意義 由大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?便于吸收 消除種屬特異性和抗原性 防止過(guò)敏 毒性反應(yīng) 2 蛋白質(zhì)水解酶及作用特點(diǎn) 可保護(hù)胰組織免受蛋白酶的自身消化作用 保證酶在其特定的部位和環(huán)境發(fā)揮催化作用 酶原還可視為酶的貯存形式 酶原激活的意義 胰蛋白酶原糜蛋白酶原彈性蛋白酶原羧基肽酶原 胰蛋白酶 Lys Arg 糜蛋白酶 Phe Tyr Trp 彈性蛋白酶 脂肪族 羧基肽酶 胰蛋白酶 胰蛋白酶 腸激酶 消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專(zhuān)一性 3 蛋白質(zhì)的消化過(guò)程 食物蛋白質(zhì) 胃蛋白酶 胃 胨 多肽 彈性蛋白酶 堿性氨基酸C端多肽 糜蛋白酶 胰蛋白酶 小腸 小腸 芳香族氨基酸C端多肽 脂肪族氨基酸C端多肽 羧肽酶B 羧肽酶A 堿性氨基酸 寡肽 中性氨基酸 羧基肽酶 氨基肽酶 氨基酸 二肽 二肽酶 氨基酸 二 肽和氨基酸的吸收 吸收部位 主要在小腸吸收形式 氨基酸 二肽 三肽吸收機(jī)制 耗能的主動(dòng)吸收過(guò)程 一 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 氨基酸吸收載體 載體蛋白與氨基酸 Na 組成三聯(lián)體 由ATP供能將氨基酸 Na 轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi) Na 再由鈉泵排出細(xì)胞 載體類(lèi)型 中性氨基酸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 二 谷氨?；h(huán)對(duì)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)作用 谷氨?；h(huán) glutamylcycle 過(guò)程 谷胱甘肽對(duì)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)谷胱甘肽再合成 半胱氨酰甘氨酸 Cys Gly 細(xì)胞外 谷氨?；D(zhuǎn)移酶 細(xì)胞膜 谷胱甘肽GSH 細(xì)胞內(nèi) 谷氨?；h(huán)過(guò)程 氨基酸 利用腸粘膜細(xì)胞上的二肽或三肽的轉(zhuǎn)運(yùn)體系此種轉(zhuǎn)運(yùn)也是耗能的主動(dòng)吸收過(guò)程 不需要Na 吸收作用在小腸近端較強(qiáng) 三 肽的吸收 第三節(jié) 蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的降解 一 生物體內(nèi)蛋白質(zhì)降解 細(xì)胞外降解食物攝取的蛋白質(zhì) 發(fā)生在消化道內(nèi) 蛋白質(zhì)水解酶參與 不需要ATP細(xì)胞內(nèi)降解 嚴(yán)格調(diào)控 不依賴(lài)于ATP的降解途徑i 發(fā)生在溶酶體ii 利用組織蛋白酶 cathepsin 降解胞外蛋白 膜蛋白和長(zhǎng)壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白依賴(lài)于ATP的降解途徑 2004Nobelprize i 需要泛素 ubiquitin 降解發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)蛋白酶體內(nèi)ii 降解異常蛋白和短壽命蛋白 二 泛素 Ubiquitin Ub 泛素廣泛存在于所有的真核生物它由76個(gè)氨基酸殘基組成 是一種高度保守的蛋白質(zhì) 在三維結(jié)構(gòu)上 泛素則是一個(gè)結(jié)構(gòu)緊密的球蛋白 但其C 端四肽序列 Leu Arg Gly Gly 離開(kāi)蛋白主體伸向水相 這有助于它與其它蛋白質(zhì)形成異肽鍵 泛素本身并不降解蛋白質(zhì) 它僅僅是給降解的靶蛋白打上標(biāo)記 降解過(guò)程由26S蛋白酶體執(zhí)行 泛素是一種熱激蛋白 泛素的三維結(jié)構(gòu)及其與靶蛋白形成的異肽鍵 2 蛋白酶體 26S蛋白酶體20S核心顆粒 桶狀結(jié)構(gòu) 蛋白酶復(fù)合物活性部位19S帽狀調(diào)節(jié)顆粒 負(fù)責(zé)識(shí)別泛?；牡鞍踪|(zhì) 并將它們?nèi)フ郫B以及輸送到核心顆粒的蛋白酶活性中心 1 泛素化 ubiquitination 泛素與選擇性被降解蛋白質(zhì)形成共價(jià)連接 并使其激活 2 蛋白酶體 proteasome 對(duì)泛素化蛋白質(zhì)的降解 三 泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程 靶蛋白 26SProteasome Peptide 四 泛?；磻?yīng)的信號(hào) 1 信號(hào)可能隱藏在疏水核心中部分折疊 變性或者異常的突變蛋白更易水解 2 某些特殊的氨基酸序列被用作降解信號(hào)富含Pro P Glu E Ser S 和Thr T 序列的蛋白質(zhì)質(zhì)被稱(chēng)為PEST蛋白 它們比其他蛋白質(zhì)更容易發(fā)生水解 3 N端規(guī)則N端氨基酸性質(zhì)是決定蛋白質(zhì)半衰期的重要因素 1 N 端規(guī)則 一種蛋白質(zhì)的半衰期與N 端氨基酸的性質(zhì)有關(guān) 如果一種蛋白質(zhì)N端的氨基酸是Met Ser Ala Thr Val或Gly 則半衰期較長(zhǎng) 大于20個(gè)小時(shí) 如果一種蛋白質(zhì)的N端氨基酸是Phe Leu Asp Lys或Arg 則半衰期較短 3分鐘或者更短 第四節(jié) 氨基酸的一般代謝 氨基酸代謝庫(kù) 一 氨基酸代謝概況 二 氨基酸的脫氨基作用 定義指氨基酸脫去氨基生成相應(yīng) 酮酸的過(guò)程 脫氨基方式 氧化脫氨基轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基非氧化脫氨基 一 氧化脫氨作用 L 谷氨酸氧化脫氨基作用 存在于肝 腦 腎中輔酶為NAD 或NADP GTP ATP NADH為其抑制劑GDP ADP為其激活劑 催化酶 L 谷氨酸脫氫酶 L 谷氨酸 NH3 酮戊二酸 NAD P NAD P H H H2O 二 轉(zhuǎn)氨基作用 transamination 1 定義在轉(zhuǎn)氨酶 transaminase 的作用下 某一氨基酸去掉 氨基生成相應(yīng)的 酮酸 而另一種 酮酸得到此氨基生成相應(yīng)的氨基酸的過(guò)程 2 反應(yīng)式 大多數(shù)氨基酸可參與轉(zhuǎn)氨基作用 但賴(lài)氨酸 脯氨酸 蘇氨酸除外 體內(nèi)比較重要的轉(zhuǎn)氨基反應(yīng) CH3 CH3 谷丙轉(zhuǎn)氨酶 ALT GPT 谷草轉(zhuǎn)氨酶 AST G0T Glutamicacid Pyruvicacid Oxaloaceticacid Alanineacid Aspartateacid 3 轉(zhuǎn)氨酶 正常人各組織GOT及GPT活性 單位 克濕組織 血清轉(zhuǎn)氨酶活性 臨床上可作為疾病診斷和預(yù)后的指標(biāo)之一 4 轉(zhuǎn)氨基作用的機(jī)制 轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛 轉(zhuǎn)氨酶輔基與酶蛋白之間的連接 磷酸吡哆醛 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的轉(zhuǎn)氨基反應(yīng) 轉(zhuǎn)氨基作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式 也是機(jī)體合成非必需氨基酸的重要途徑 通過(guò)此種方式并未產(chǎn)生游離的氨 5 轉(zhuǎn)氨基作用的生理意義 三 聯(lián)合脫氨基作用 轉(zhuǎn)氨作用和脫氨作用相偶聯(lián) 使氨基酸脫下 氨基生成 酮酸并釋放出游離氨的過(guò)程 2 類(lèi)型 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用 1 定義 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán) 此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式 也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式 主要在肝 腎組織進(jìn)行 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán) 蘋(píng)果酸 腺苷酸代琥珀酸 次黃嘌呤核苷酸 IMP 腺苷酸代琥珀酸合成酶 肌肉組織 四 非氧化脫氨作用 氨是機(jī)體正常代謝產(chǎn)物 具有毒性 正常人血氨濃度一般不超過(guò)58 7 mol L 體內(nèi)的氨主要在肝合成尿素 urea 而解毒 三 氨的代謝 一 血氨的來(lái)源與去路 1 血氨的來(lái)源 氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨是血氨主要來(lái)源 胺類(lèi)的分解也可以產(chǎn)生氨 腸道吸收的氨 腎小管上皮細(xì)胞分泌的氨主要來(lái)自谷氨酰胺 2 血氨的去路 在肝內(nèi)合成尿素 這是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺 腎小管泌氨 分泌的NH3在酸性條件下生成NH4 隨尿排出 二 氨的轉(zhuǎn)運(yùn) 1 丙氨酸 葡萄糖循環(huán) alanine glucosecycle 反應(yīng)過(guò)程 丙氨酸 葡萄糖 肌肉蛋白質(zhì) 氨基酸 NH3 谷氨酸 酮戊二酸 丙酮酸 糖酵解途徑 肌肉 丙氨酸 血液 丙氨酸 葡萄糖 酮戊二酸 谷氨酸 丙酮酸 NH3 尿素 尿素循環(huán) 糖異生 肝 丙氨酸 葡萄糖循環(huán) 葡萄糖 2 谷氨酰胺的運(yùn)氨作用 反應(yīng)過(guò)程 在腦 心和肌肉合成谷氨酰胺 運(yùn)輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸 從而進(jìn)行解毒 三 尿素的生成 1 生成部位主要在肝細(xì)胞的線(xiàn)粒體及胞液中 2 生成過(guò)程 尿素生成稱(chēng)為鳥(niǎo)氨酸循環(huán) orinithinecycle 又稱(chēng)尿素循環(huán) ureacycle 或Krebs Henseleit循環(huán) 關(guān)鍵酶 氨基甲酰磷酸合成酶 鳥(niǎo)氨酸循環(huán) 線(xiàn)粒體 胞液 1 氨基甲酰磷酸的合成 反應(yīng)在線(xiàn)粒體中進(jìn)行 2 瓜氨酸的合成 鳥(niǎo)氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶 H3PO4 氨基甲酰磷酸 由鳥(niǎo)氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶 ornithinecarbamoyltransferase OCT 催化 OCT常與CPS 構(gòu)成復(fù)合體 反應(yīng)在線(xiàn)粒體中進(jìn)行 瓜氨酸生成后進(jìn)入胞液 3 精氨酸的合成 反應(yīng)在胞液中進(jìn)行 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 限速酶 精氨酸 延胡索酸 精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸 4 精氨酸水解生成尿素 反應(yīng)在胞液中進(jìn)行 尿素 鳥(niǎo)氨酸 精氨酸 3 反應(yīng)小結(jié) 原料 2分子氨 一個(gè)來(lái)自于游離氨 另一個(gè)來(lái)自天冬氨酸 過(guò)程 先在線(xiàn)粒體中進(jìn)行 再在胞液中進(jìn)行 耗能 3個(gè)ATP 4個(gè)高能磷酸鍵 4 尿素生成的調(diào)節(jié) 1 食物蛋白質(zhì)的影響 高蛋白膳食合成 低蛋白膳食合成 2 CPS 的調(diào)節(jié) AGA 精氨酸為其激活劑 3 尿素生成酶系的調(diào)節(jié) 5 高氨血癥和氨中毒 血氨濃度升高稱(chēng)高氨血癥 hyperammonemia 常見(jiàn)于肝功能?chē)?yán)重?fù)p傷時(shí) 尿素合成酶的遺傳缺陷也可導(dǎo)致高氨血癥 高氨血癥時(shí)可引起腦功能障礙 稱(chēng)氨中毒 ammoniapoisoning TCA 腦供能不足 腦內(nèi) 酮戊二酸 氨中毒的可能機(jī)制 四 C骨架代謝 酮酸的代謝 一 經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸 二 轉(zhuǎn)變成糖及脂類(lèi) 生糖氨基酸 其他生酮氨基酸 Leu Lys生酮兼生糖氨基酸 Trp Thr Tyr Ile Phe tttip 三 氧化供能 酮酸在體內(nèi)可通過(guò)TCA和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2 同時(shí)生成ATP 氨基酸碳骨架的代謝 第五節(jié) 個(gè)別氨基酸的代謝 一 氨基丁酸 GABA GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì) 對(duì)中樞神經(jīng)有抑制作用 一 氨基酸的脫羧作用 部分氨基酸脫羧生成相應(yīng)的胺酶 氨基酸脫羧酶輔酶 含維生素B6的磷酸吡哆醛 二 組胺 histamine 組胺是強(qiáng)烈的血管舒張劑 可增加毛細(xì)血管的通透性 還可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌 三 5 羥色胺 5 hydroxytryptamine 5 HT HO 四 鳥(niǎo)氨酸的脫羧作用 多胺化合物能促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 是細(xì)胞生長(zhǎng)及分裂所必需的 二 一碳單位的代謝 定義 一 概述 某些氨基酸代謝過(guò)程中產(chǎn)生的只含有一個(gè)碳原子的基團(tuán) 稱(chēng)為一碳單位 onecarbonunit 種類(lèi) 甲基 methyl CH3 亞甲基 methylene CH2 次甲基 methenyl CH 甲?；?formyl CHO 亞胺甲基 formimino CH NH 羥甲基 Hydroxymethyl CH2OH 二 四氫葉酸是一碳單位的載體 FH4的生成 FH4攜帶一碳單位的形式 一碳單位通常是結(jié)合在FH4分子的N5 N10位上 N5 CH3 FH4 N5 N10 CH2 FH4 N5 N10 CH FH4 N10 CHO FH4 N5 CH NH FH4 傳遞甲基 一碳單位主要來(lái)源于氨基酸代謝 三 一碳單位與氨基酸代謝 三 含硫氨基酸與一碳基團(tuán) 胱氨酸 甲硫氨酸 半胱氨酸 一 甲硫氨酸的代謝 1 甲硫氨酸與轉(zhuǎn)甲基作用 腺苷轉(zhuǎn)移酶 PPi Pi 甲硫氨酸 ATP S 腺苷甲硫氨酸 SAM 甲基轉(zhuǎn)移酶 RH RH CH3 腺苷 SAM S 腺苷同型半胱氨酸 同型半胱氨酸 SAM為體內(nèi)甲基的直接供體 2 甲硫氨酸甲基轉(zhuǎn)移循環(huán) methioninecycle 甲硫氨酸 S 腺苷同型半胱氨酸 S 腺苷甲硫氨酸 同型半胱氨酸 FH4 N5 CH3 FH4 N5 CH3 FH4轉(zhuǎn)甲基酶 VitB12 H2O 腺苷 RH ATP PPi Pi 二 半胱氨酸與胱氨酸的代謝 1 半胱氨酸與胱氨酸的互變 2 五 一碳單位的生理功能 作為合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來(lái) 四 芳香族氨基酸的代謝 一 苯丙氨酸和酪氨酸的代謝 此反應(yīng)為苯丙氨酸的主要代謝途徑 1 兒茶酚胺 catecholamine 合成 酪氨酸酶 帕金森病 Parkinsondisease 患者多巴胺生成減少 在黑色素細(xì)胞中 酪氨酸可經(jīng)酪氨酸酶等催化合成黑色素 人體缺乏酪氨酸酶 黑色素合成障礙 皮膚 毛發(fā)等發(fā)白 稱(chēng)為白化病 albinism 2 酪氨酸的分解代謝 體內(nèi)代謝尿黑酸的酶先天缺陷時(shí) 尿黑酸分解受阻 可出現(xiàn)尿黑酸癥 3 苯丙酮酸尿癥 phenylkeronuria PKU 體內(nèi)苯丙氨酸羥化酶缺陷 苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼?苯丙氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成苯丙酮酸 苯乙酸等 并從尿中排出的一種遺傳代謝病 二 色氨酸代謝 色氨酸 5 羥色胺 一碳單位 丙酮酸 乙酰乙酰CoA 維生素PP NO O2 NADPH H NADP 一氧化氮合酶 NOS 精氨酸 瓜氨酸 一氧化氮 五 精氨酸代謝 六 肌酸的合成 肌酸 creatine 和磷酸肌酸 creatinephosp