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)的營養(yǎng)蛋白質(zhì)的消化 吸收和腐敗細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解氨基酸的一般代謝個別氨基酸的代謝 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營養(yǎng) 一 蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性 1 維持細胞 組織的生長 更新和修補 2 參與多種重要的生理活動 催化 酶 免疫 抗原及抗體 運動 肌肉 物質(zhì)轉(zhuǎn)運 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)需要量和營養(yǎng)價值 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 我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g 3 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值 其余10種氨基酸體內(nèi)可以合成 稱非必需氨基酸 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 賴氨酸 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)的營養(yǎng)價值 nutritionvalue 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值取決于必需氨基酸的數(shù)量 種類 量質(zhì)比 蛋白質(zhì)的互補作用 指營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用 其必需氨基酸可以互相補充而提高營養(yǎng)價值 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 防止過敏 毒性反應 2 蛋白質(zhì)水解酶及作用特點 可保護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)幾種蛋白酶的專一性 3 蛋白質(zhì)的消化過程 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 三肽吸收機制 耗能的主動吸收過程 一 主動轉(zhuǎn)運 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)入細胞內(nèi) Na 再由鈉泵排出細胞 載體類型 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 谷氨酰基循環(huán)對氨基酸的轉(zhuǎn)運作用 谷氨酰基循環(huán) glutamylcycle 過程 谷胱甘肽對氨基酸的轉(zhuǎn)運谷胱甘肽再合成 半胱氨酰甘氨酸 Cys Gly 細胞外 谷氨?；D(zhuǎn)移酶 細胞膜 谷胱甘肽GSH 細胞內(nèi) 谷氨?；h(huán)過程 氨基酸 利用腸粘膜細胞上的二肽或三肽的轉(zhuǎn)運體系此種轉(zhuǎn)運也是耗能的主動吸收過程 不需要Na 吸收作用在小腸近端較強 三 肽的吸收 第三節(jié) 蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的降解 一 生物體內(nèi)蛋白質(zhì)降解 細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細胞內(nèi)降解 嚴格調(diào)控 不依賴于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 膜蛋白和長壽命的細胞內(nèi)蛋白依賴于ATP的降解途徑 2004Nobelprize i 需要泛素 ubiquitin 降解發(fā)生在細胞質(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個氨基酸殘基組成 是一種高度保守的蛋白質(zhì) 在三維結構上 泛素則是一個結構緊密的球蛋白 但其C 端四肽序列 Leu Arg Gly Gly 離開蛋白主體伸向水相 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記 降解過程由26S蛋白酶體執(zhí)行 泛素是一種熱激蛋白 泛素的三維結構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 桶狀結構 蛋白酶復合物活性部位19S帽狀調(diào)節(jié)顆粒 負責識別泛?；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)形成共價連接 并使其激活 2 蛋白酶體 proteasome 對泛素化蛋白質(zhì)的降解 三 泛素介導的蛋白質(zhì)降解過程 靶蛋白 26SProteasome Peptide 四 泛?；磻男盘?1 信號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富含Pro P Glu E Ser S 和Thr T 序列的蛋白質(zhì)質(zhì)被稱為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 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 大于20個小時 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 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 酮酸的過程 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 氨基生成相應的 酮酸 而另一種 酮酸得到此氨基生成相應的氨基酸的過程 2 反應式 大多數(shù)氨基酸可參與轉(zhuǎn)氨基作用 但賴氨酸 脯氨酸 蘇氨酸除外 體內(nèi)比較重要的轉(zhuǎn)氨基反應 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后的指標之一 4 轉(zhuǎn)氨基作用的機制 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 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 也是機體合成非必需氨基酸的重要途徑 通過此種方式并未產(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程 2 類型 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 氨是機體正常代謝產(chǎn)物 具有毒性 正常人血氨濃度一般不超過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 血氨的來源與去路 1 血氨的來源 氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨是血氨主要來源 胺類的分解也可以產(chǎn)生氨 腸道吸收的氨 腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺 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 1 丙氨酸 葡萄糖循環(huán) alanine glucosecycle 反應過程 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 谷氨酰胺的運氨作用 反應過程 在腦 心和肌肉合成谷氨酰胺 運輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸 從而進行解毒 三 尿素的生成 1 生成部位主要在肝細胞的線粒體及胞液中 2 生成過程 尿素生成稱為鳥氨酸循環(huán) orinithinecycle 又稱尿素循環(huán) ureacycle 或Krebs Henseleit循環(huán) 關鍵酶 氨基甲酰磷酸合成酶 鳥氨酸循環(huán) 線粒體 胞液 1 氨基甲酰磷酸的合成 反應在線粒體中進行 2 瓜氨酸的合成 鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶 H3PO4 氨基甲酰磷酸 由鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶 ornithinecarbamoyltransferase OCT 催化 OCT常與CPS 構成復合體 反應在線粒體中進行 瓜氨酸生成后進入胞液 3 精氨酸的合成 反應在胞液中進行 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 反應在胞液中進行 尿素 鳥氨酸 精氨酸 3 反應小結 原料 2分子氨 一個來自于游離氨 另一個來自天冬氨酸 過程 先在線粒體中進行 再在胞液中進行 耗能 3個ATP 4個高能磷酸鍵 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 血氨濃度升高稱高氨血癥 hyperammonemia 常見于肝功能嚴重損傷時 尿素合成酶的遺傳缺陷也可導致高氨血癥 高氨血癥時可引起腦功能障礙 稱氨中毒 ammoniapoisoning TCA 腦供能不足 腦內(nèi) 酮戊二酸 氨中毒的可能機制 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 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TCA和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2 同時生成ATP 氨基酸碳骨架的代謝 第五節(jié) 個別氨基酸的代謝 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 組胺是強烈的血管舒張劑 可增加毛細血管的通透性 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 鳥氨酸的脫羧作用 多胺化合物能促進核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 是細胞生長及分裂所必需的 二 一碳單位的代謝 定義 一 概述 某些氨基酸代謝過程中產(chǎn)生的只含有一個碳原子的基團 稱為一碳單位 onecarbonunit 種類 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 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 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 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