生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-08蛋白質(zhì)消化吸收和氨基酸代謝ppt課件

1、作者 : 解軍 郭睿,單位 : 山西醫(yī)科大學(xué),第八章,蛋白質(zhì)消化吸收和氨基酸代謝 （Digestion, Absorption of Proteins and Metabolism of Amino Acids,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值與消化、吸收,第二節(jié) 氨基酸的一般代謝,第三節(jié) 氨的代謝,第四節(jié) 個別氨基酸的代謝,重點難點,1. 營養(yǎng)必需氨基酸 2. 脫氨基作用及重要的轉(zhuǎn)氨酶 3. 氨在血液中的轉(zhuǎn)運形式及尿素的合成 4. 一碳單位 5. 含硫氨基酸代謝,1. 血氨的來源 2. 氨基酸碳鏈骨架的轉(zhuǎn)換或分解 3. 氨基酸的脫羧基作用 4. 芳香族氨基酸代謝,1. 蛋白質(zhì)的消化、吸收及蛋白質(zhì)的營

2、養(yǎng)價值 2. 真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解 3. 支鏈氨基酸代謝,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值與消化、吸收 （Digestion, Absorption of Proteins and Nutrition Value of Protein,第一節(jié),氮的總平衡：攝入氮量 = 排出氮量（正常成人,一）氮平衡（nitrogen balance,氮的正平衡：攝入氮量 排出氮量（兒童、孕婦、恢復(fù)期病人等,一、體內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝狀況可用氮平衡描述,氮的負(fù)平衡：攝入氮量 排出氮量（饑餓、嚴(yán)重?zé)齻⒊鲅跋男约膊』颊?1. 攝入氮（食物的含氮量）與排出氮（尿與糞的含氮量）之間的關(guān)系 2. 氮平衡的意義：可以反映體內(nèi)蛋白質(zhì)合成與

3、分解代謝的概況,二）蛋白質(zhì)的生理需要量,正常成人每日蛋白質(zhì)的最低生理需要量為3050g 我國營養(yǎng)學(xué)會推薦成人每日蛋白質(zhì)的需要量為80g,一）營養(yǎng)必需氨基酸（essential amino acid,二、營養(yǎng)必需氨基酸決定蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值,1. 體內(nèi)需要而不能自身合成，必須由食物提供的氨基酸 2. 9種：亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、 色氨酸、組氨酸 3. 其余11種為營養(yǎng)非必需氨基酸,二）蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值（nutrition value,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值主要取決于必需氨基酸的種類和比例,三）食物蛋白質(zhì)的互補作用,營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，使必需氨基酸互相補充

4、從而提高營養(yǎng)價值,一）蛋白質(zhì)在胃和小腸被消化成寡肽和氨基酸,三、外源性蛋白質(zhì)消化成寡肽和氨基酸后被吸收,1. 蛋白質(zhì)在胃中被水解成多肽和氨基酸,胃蛋白酶原的活化 胃蛋白酶：最適pH為1.52.5 對肽鍵作用的特異性較差，水解產(chǎn)物主要為多肽及少量氨基酸 具有凝乳作用,2. 蛋白質(zhì)在小腸被水解成寡肽和氨基酸,胰酶及其作用 內(nèi)肽酶：特異水解蛋白質(zhì)內(nèi)部的肽鍵，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶 外肽酶：自肽鏈末段開始，每次水解脫去一個氨基酸，如羧肽酶,小腸粘膜細(xì)胞對蛋白質(zhì)的消化作用 氨肽酶 二肽酶,蛋白酶原的活化,氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白,二）氨基酸和寡肽通過主動轉(zhuǎn)運機制被吸收,1. 吸收部位：主要在小腸 2.

5、吸收形式：氨基酸、寡肽 3. 吸收機制：主動轉(zhuǎn)運 轉(zhuǎn)運蛋白的類型,中性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 亞氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 -氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 二肽轉(zhuǎn)運蛋白 三肽轉(zhuǎn)運蛋白,腐敗作用（putrefaction,四、未消化吸收的蛋白質(zhì)在結(jié)腸下段發(fā)生腐敗,一）脫羧基作用產(chǎn)生胺類,未被消化的蛋白質(zhì)及未被吸收的消化產(chǎn)物在結(jié)腸下部受到腸道細(xì)菌的分解 腐敗作用的產(chǎn)物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等,二）脫氨基作用產(chǎn)生氨,三）腐敗作用產(chǎn)生其他有害物質(zhì),肝性腦病假神經(jīng)遞質(zhì)（false neurotransmitter）學(xué)說,酪氨酸,酪胺,苯丙氨酸,苯乙胺,羥酪胺和苯乙醇胺與兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的

6、結(jié)構(gòu)類似，稱為假神經(jīng)遞質(zhì) 可競爭性地干擾兒茶酚胺的正常功能，阻礙神經(jīng)沖動傳遞，使大腦發(fā)生異常抑制,氨基酸的一般代謝 （General Metabolism of Amino Acids,第二節(jié),一）蛋白質(zhì)以不同的速率進行降解,一、體內(nèi)蛋白質(zhì)分解生成氨基酸,蛋白質(zhì)的半壽期（half-life)：蛋白質(zhì)濃度減少到開始值50%所需要的時間,二）真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解有兩條重要途徑,1. 溶酶體：ATP非依賴途徑,2. 蛋白酶體：ATP依賴的泛素途徑,成人體內(nèi)的蛋白質(zhì)每天約有1%2%被降解 蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸，大約70%80%被重新利用合成新的蛋白質(zhì),組織蛋白酶負(fù)責(zé)降解 降解外源性蛋白、膜蛋白和長

7、壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白,依賴泛素 蛋白酶體負(fù)責(zé)降解 降解異常蛋白和短壽命蛋白,依賴泛素的蛋白酶體降解過程,1）泛素（ubiquitin,76個氨基酸殘基組成的小分子蛋白 普遍存在于真核生物,2）蛋白酶體（proteasome,26S蛋白質(zhì)復(fù)合物 由核心顆粒和調(diào)節(jié)顆粒組成,3）泛素化,泛素與被降解蛋白質(zhì)形成共價連接 依賴ATP和三種酶,HS-E2,HS-E1,泛素,C,O,S E2,Pr,HS-E2,E3：泛素蛋白連接酶,E2：泛素結(jié)合酶,E1：泛素激活酶,蛋白酶體示意圖,氨基酸 代謝庫,二）氨基酸代謝概況,二、外源性氨基酸與內(nèi)源性氨基酸組成氨基酸代謝庫,一）氨基酸代謝庫（aminoacid meta

8、bolic pool,內(nèi)源性氨基酸與外源性氨基酸共同分布于體內(nèi)各處，參與代謝，稱為氨基酸代謝庫,一）氨基酸通過轉(zhuǎn)氨基作用脫去氨基,1. 轉(zhuǎn)氨基作用由轉(zhuǎn)氨酶催化完成,轉(zhuǎn)氨基作用：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)的氨基酸的過程。 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,三、氨基酸分解代謝首先脫氨基,轉(zhuǎn)氨酶,丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ ALT） 又稱為谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT） 在肝中活性較高 肝疾病時，血清ALT活性明顯升高,天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST） 又稱為谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT） 在

9、心肌中活性較高 心肌疾患時，血清AST活性明顯升高,C=O,CH2,COOH,COOH,CHNH2,COOH,COOH,CH2,2. 各種轉(zhuǎn)氨酶都具有相同的輔基和作用機制,轉(zhuǎn)氨酶的輔基：維生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛 作用機制,二）L-谷氨酸脫氫酶催化L-谷氨酸氧化脫氨基,NH3,1. L-谷氨酸脫氫酶： 存在于肝、腦、腎等組織中 輔酶為 NAD+ 或NADP,2. 轉(zhuǎn)氨脫氨作用（transdeamination,轉(zhuǎn)氨基作用與L-谷氨酸的氧化脫氨基作用偶聯(lián)進行 轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶協(xié)同作用 又稱為聯(lián)合脫氨基作用 主要在肝、腎組織進行,R,三）氨基酸通過氨基酸氧化酶催化脫去氨基,L-氨基酸

10、氧化酶催化 輔基是FMN或FAD,R,NH4,H2O,四、氨基酸碳鏈骨架可進行轉(zhuǎn)換或分解,一）-酮酸可徹底氧化分解并提供能量,二）-酮酸經(jīng)氨基化生成營養(yǎng)非必需氨基酸,三）-酮酸可轉(zhuǎn)變成糖和脂類化合物,氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類,氨的代謝 （Metabolism of Ammonia,第三節(jié),一、血氨有三個主要來源,一）氨基酸脫氨基作用和胺類分解均可產(chǎn)生氨,二）腸道細(xì)菌作用產(chǎn)生氨,三）腎小管上皮細(xì)胞分泌的氨,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,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

11、酸-葡萄糖循環(huán),葡萄糖,二、氨在血液中以丙氨酸和谷氨酰胺的形式轉(zhuǎn)運,一）氨通過丙氨酸-葡萄糖循環(huán)從骨骼肌運往肝,谷氨酰胺運氨作用,腦和肌肉,血液,肝和腎,谷氨酰胺,谷氨酸,NH3,谷氨酰胺,谷氨酰胺,谷氨酸,NH3,二）氨通過谷氨酰胺從腦和骨骼肌等組織運往肝或腎,谷氨酰胺是氨的解毒產(chǎn)物，也是氨的儲存及運輸形式,三、氨的主要代謝去路是在肝合成尿素,一）尿素是通過鳥氨酸循環(huán)（orinithine cycle）合成的,尿素生成的過程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(huán) 又稱尿素循環(huán)（urea cycle）或Krebs- Henseleit循環(huán) 生成部位主要在肝

12、細(xì)胞的線粒體及胞液中,二）肝中鳥氨酸循環(huán)的反應(yīng)步驟,1. 氨基甲酰磷酸的合成,反應(yīng)在線粒體中進行 由關(guān)鍵酶氨基甲酰磷酸合成酶-1 （CPS-）催化 N-乙酰谷氨酸為其激活劑,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,瓜氨酸,鳥氨酸,反應(yīng)在線粒體中進行 由鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶催化 瓜氨酸生成后進入胞液,3. 精氨酸代琥珀酸的合成,反應(yīng)在胞液中進行 由關(guān)鍵酶精氨酸代琥珀酸合成酶催化,精氨酸代琥珀酸合成酶,H2O,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,瓜氨酸,ATP,AMP+PPi,4. 精氨酸的合成,精氨酸代琥珀酸裂解酶,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,反應(yīng)在胞液中進行 由精氨酸代

13、琥珀酸裂解酶催化,5. 精氨酸水解產(chǎn)生尿素,反應(yīng)在胞液中進行 由精氨酸酶催化,精氨酸酶,尿素,精氨酸,鳥氨酸,線粒體,胞 液,鳥氨酸循環(huán),三）尿素合成的調(diào)節(jié),1. 高蛋白質(zhì)膳食增加尿素生成,2. 關(guān)鍵酶CPS-的調(diào)節(jié),CPS-是尿素合成啟動的關(guān)鍵酶 AGA是CPS-的別構(gòu)激活劑，由乙酰CoA與谷氨酸通過AGA合酶催化生成 精氨酸是AGA合酶的激活劑，精氨酸濃度增高時，尿素合成增加,3. 關(guān)鍵酶精氨酸代琥珀酸合成酶的調(diào)節(jié),精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成啟動以后的關(guān)鍵酶 活性最低，可調(diào)節(jié)尿素的合成速度,四）尿素合成障礙可引起高血氨癥或氨中毒,血氨濃度升高稱高血氨，常見于肝功能嚴(yán)重?fù)p傷時，尿素合成酶

14、的遺傳缺陷也可導(dǎo)致高血氨癥（hyperammonemia,高血氨癥可引起腦功能障礙，稱氨中毒（ammonia poisoning,氨中毒的可能機制,個別氨基酸的代謝 （Metabolism of Individual Amino Acids,第四節(jié),一、氨基酸脫羧基作用,一）谷氨酸脫羧生成-氨基丁酸,二）組氨酸脫羧生成組胺,三）色氨酸羥化后脫羧生成5-羥色胺,鳥氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM,脫羧基SAM,鳥氨酸脫羧酶,CO2,SAM脫羧酶,CO2,精脒 (spermidine,丙胺轉(zhuǎn)移酶,5-甲基-S-腺苷,精胺 (spermine,四）某些氨基酸的脫羧基作用可產(chǎn)生多胺類物質(zhì),甲基

15、-CH3 亞甲基 -CH2- 次甲基 =CH- 甲?；?-CHO 亞胺甲基 -CH=NH,二、某些氨基酸在分解代謝中產(chǎn)生一碳單位,一）四氫葉酸作為一碳單位的運載體參與一碳單位代謝,某些氨基酸在分解代謝過程中產(chǎn)生的含有一個碳原子的基團，稱為一碳單位 一碳單位的種類 四氫葉酸的結(jié)構(gòu)及生成,5,一碳單位的互相轉(zhuǎn)變,N10CHOFH4,N5, N10=CHFH4,N5, N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H,H2O,NADPH+H,NADP,NADH+H,NAD,NH3,一碳單位主要來源于絲氨酸、甘氨酸、組氨酸及色氨酸的分解代謝,二）由氨基酸產(chǎn)生的一碳單位可相互轉(zhuǎn)變,三）一碳

16、單位的主要功能是參與嘌呤、嘧啶的合成,N10-CHO-FH4與N5,N10=CH-FH4分別為嘌呤合成提供C2與C8 N5,N10-CH2-FH4為胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基 把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來,次甲基,一）甲硫氨酸參與甲基轉(zhuǎn)移,1. 甲硫氨酸轉(zhuǎn)甲基作用與甲硫氨酸循環(huán)有關(guān),腺苷轉(zhuǎn)移酶,PPi+Pi,甲硫氨酸,ATP,S-腺苷甲硫氨酸(SAM,三、含硫氨基酸代謝可產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì),甲基轉(zhuǎn)移酶,RCH3,腺苷,S-腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,RH,甲硫氨酸循環(huán),SAM為體內(nèi)甲基的直接供體 為體內(nèi)甲基化反應(yīng)提供甲基 促進FH4再生 維生素B12不足： 巨幼紅細(xì)胞性貧血 高同型半胱

17、氨酸血癥： 動脈粥樣硬化和冠心病,2. 甲硫氨酸為肌酸合成提供甲基,肝是合成肌酸的主要器官 肌酸以甘氨酸為骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成,二）半胱氨酸與多種生理活性物質(zhì)的生成有關(guān),1. 半胱氨酸與胱氨酸可以互變,2. 半胱氨酸可轉(zhuǎn)變成?；撬?3. 半胱氨酸可生成活性硫酸根,PAPS為活性硫酸根，是體內(nèi)硫酸基的供體,1.苯丙氨酸羥化生成酪氨酸,一）苯丙氨酸和酪氨酸代謝既有聯(lián)系又有區(qū)別,四、芳香族氨基酸代謝需要加氧酶催化,苯酮酸尿癥（phenyl keronuria, PKU,苯丙氨酸羥化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼岽x。 經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并從尿中排出。

18、屬于一種遺傳代謝病,1. 苯丙氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼?多巴醌,吲哚醌,黑色素,2. 酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏睾蛢翰璺影?酪氨酸,酪氨酸羥化酶,多巴,多巴胺,去甲腎上腺素,聚合,腎上腺素,帕金森病患者多巴胺生成減少 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,3. 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)尿黑酸尿癥,色氨酸,5-羥色胺,一碳單位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,維生素 PP,二）色氨酸的分解代謝可產(chǎn)生丙酮酸和乙酰乙酰CoA,五、支鏈氨基酸的分解有相似的代謝過程,四、芳香族氨基酸代謝需要加氧酶催化,纈氨酸 亮氨酸 異亮氨酸,相應(yīng)的-酮酸,脂酰CoA,烯脂酰CoA,琥珀酰CoA 乙酰CoA 琥珀酰CoA+乙酰CoA,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值與營養(yǎng)必需氨基酸 轉(zhuǎn)氨基作用及轉(zhuǎn)氨酶 氨以丙氨酸和谷氨酰胺的形式運往肝或腎