蛋白質(zhì)營養(yǎng)作用、分解代謝MetabolismofAminoAcids

1、蛋白質(zhì)營養(yǎng)作用、分解 代 謝Metabolism of Amino Acids【教學(xué)目標(biāo)】掌握蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用，氨基酸的脫氨基作用，氨的來源、去路及-酮酸的去路。掌握一碳單位的概念、種類、載體、來源和生物學(xué)意義。熟悉氨基酸代謝概況，氨基酸的脫羧基作用及含硫氨基酸代謝。了解芳香族氨基酸代謝。蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用Nutritional Function of Protein 第一節(jié)一、 蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性1. 維持細(xì)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

2、、蛋白質(zhì)需要量和營養(yǎng)價值1. 氮平衡(nitrogen balance)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3050g，我國營養(yǎng)學(xué)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)價值必需氨基酸(essential amino acid)指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp

3、。 其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱非必需氨基酸。 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(nutrition value)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Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins一、 蛋白質(zhì)的消化蛋白質(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(yīng)。消化過程 （一）胃中的消化作用胃蛋白酶的最適pH為，對蛋白質(zhì)肽鍵作用特異性差，產(chǎn)物主要為多肽及少量氨基酸。

4、胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen) (pepsin) （二）小腸中的消化小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位。1. 胰酶及其作用胰酶是消化蛋白質(zhì)的主要酶，最適pH為7.0左右，包括內(nèi)肽酶和外肽酶。內(nèi)肽酶(endopeptidase)水解蛋白質(zhì)肽鏈內(nèi)部的一些肽鍵，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶。外肽酶(exopeptidase)自肽鏈的末段開始每次水解一個氨基酸殘基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。腸液中酶原的激活胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 彈性蛋白酶原 腸激酶(enterokinase) 胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 彈性蛋白酶 (trypsin) (exo

5、peptidase) (carboxypeptidase) (elastase)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。酶原激活的意義氨基肽酶內(nèi)肽酶羧基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意圖2. 小腸粘膜細(xì)胞對蛋白質(zhì)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。二、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小腸吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收機(jī)制：耗能的主動吸收過程（一）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

6、、Na+轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，Na+再由鈉泵排出細(xì)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利用腸粘膜細(xì)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吸收作用在小腸近端較強(qiáng)（二）肽的吸收三、 蛋白質(zhì)的腐敗作用 腸道細(xì)菌對未被消化和吸收的蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用腐敗作用的產(chǎn)物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可產(chǎn)生少量的脂肪酸及維生素等可被機(jī)體利用的物質(zhì)。蛋白質(zhì)的腐敗作用(putrefaction)（一）胺類(amines)的生成蛋白質(zhì) 氨基酸胺類蛋白酶 脫羧基作用 組氨酸組胺 賴氨酸尸胺 色氨酸 色胺 酪氨酸酪胺 假神經(jīng)遞質(zhì)(false neurotran

7、smitter) 某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，可取代正常神經(jīng)遞質(zhì)從而影響腦功能，稱假神經(jīng)遞質(zhì)。苯乙胺苯乙醇胺酪胺 -羥酪胺 -羥酪胺和苯乙醇胺結(jié)構(gòu)類似兒茶酚胺，它們可取代兒茶酚胺與腦細(xì)胞結(jié)合，但不能傳遞神經(jīng)沖動，使大腦發(fā)生異常抑制。（二） 氨的生成未被吸收的氨基酸滲入腸道的尿素氨(ammonia)腸道細(xì)菌脫氨基作用尿素酶降低腸道pH，NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+以胺鹽形式排出，可減少氨的吸收，這是酸性灌腸的依據(jù)。（三）其它有害物質(zhì)的生成酪氨酸 苯酚半胱氨酸 硫化氫 色氨酸 吲哚第三節(jié)氨基酸的一般代謝General Metabolism of Amino Acids一、概 述蛋白質(zhì)的半壽期(half

8、-life)蛋白質(zhì)降低其原濃度一半所需要的時間，用t1/2表示氨基酸代謝庫(metabolic pool)食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白降解產(chǎn)生的氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）混在一起，分布于體內(nèi)各處參與代謝，稱為氨基酸代謝庫。氨基酸代謝庫食物蛋白質(zhì)消化吸收 組織蛋白質(zhì)分解 體內(nèi)合成氨基酸 (非必需氨基酸)氨基酸代謝概況 -酮酸 脫氨基作用 酮 體氧化供能糖胺 類脫羧基作用氨 尿素代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)合成 目 錄二、 氨基酸的脫氨基作用定義指氨基酸脫去氨基生成相應(yīng)-酮酸的過程。脫氨基方式氧化脫氨基轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基嘌呤核苷酸循環(huán) （一）轉(zhuǎn)氨基作用(tra

9、nsamination)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)的氨基酸的過程。 2. 反應(yīng)式大多數(shù)氨基酸可參與轉(zhuǎn)氨基作用，但賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外。 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氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 轉(zhuǎn)氨酶目 錄轉(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。通過此種方式并未產(chǎn)生游離的氨。5.

10、轉(zhuǎn)氨基作用的生理意義（二）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（三）聯(lián)合脫氨基作用 兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下-氨基生成-酮酸的過程。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) 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 H2O+NAD+轉(zhuǎn)氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶 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

11、、腎組織進(jìn)行。 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-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸 轉(zhuǎn)氨酶 1草酰乙酸天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶 2此種方式主要在肌肉組織進(jìn)行。腺苷酸脫氫酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)氨是機(jī)體正常代謝產(chǎn)物，具有毒性。體內(nèi)的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨濃度一般不超過 60mol/L。 四、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 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 腸道吸收的氨氨基酸在腸道細(xì)菌作用下產(chǎn)生的氨尿素經(jīng)

12、腸道細(xì)菌尿素酶水解產(chǎn)生的氨 腎小管上皮細(xì)胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶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 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 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-glucose cycle)反應(yīng)過程生理意義 肌肉中氨以無毒的丙氨酸形式運輸?shù)礁巍?肝為肌肉提供葡萄糖。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

13、酮酸NH3尿素尿素循環(huán)糖異生肝丙氨酸-葡萄糖循環(huán)葡萄糖目 錄2. 谷氨酰胺的運氨作用 反應(yīng)過程谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在腦、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(jìn)行解毒。生理意義谷氨酰胺是氨的解毒產(chǎn)物，也是氨的儲存及運輸形式。 (三)、尿素的生成（一）生成部位主要在肝細(xì)胞的線粒體及胞液中。（二）生成過程尿素生成的過程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(huán)(orinithine cycle)，又稱尿素循環(huán)(urea cycle)或Krebs- Henseleit循環(huán)。1. 氨基甲酰磷酸的合成 C

14、O2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行反應(yīng)由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸為其激活劑，反應(yīng)消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)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(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常與CPS-構(gòu)成復(fù)合體。反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行，瓜氨酸生成后進(jìn)入胞液。3. 精氨酸的合成反應(yīng)

15、在胞液中進(jìn)行。 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸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)行尿素鳥氨酸精氨酸鳥氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鳥氨酸尿素線粒體胞 液目 錄（三）反應(yīng)小結(jié)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(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行。耗能：3 個ATP，4 個高能磷酸鍵。（四）尿素生

16、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)：（五）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(yán)重?fù)p傷時，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導(dǎo)致高氨血癥。高氨血癥時可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammonia poisoning)。TAC 腦供能不足-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3 腦內(nèi) -酮戊二酸氨中毒的可能機(jī)制五、-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（三）氧化供能-酮酸在體內(nèi)可通過TAC 和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時生成ATP

17、。琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸檸檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸 蛋氨酸絲氨酸 蘇氨酸 纈氨酸酮體亮氨酸 賴氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺組氨酸 纈氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系T A C目 錄第四節(jié) 個別氨基酸的代謝Metabolism of Individual Amino Acids 一、氨基酸脫羧基作用脫羧基作用(decarboxylation)氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+ CO2磷酸

18、吡哆醛氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA) L-谷氨酸GABACO2L- 谷氨酸脫酶GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對中樞神經(jīng)有抑制作用。（二）組胺 (histamine)L-組氨酸組胺組氨酸脫羧酶CO2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)色氨酸5-羥色氨酸5-HT色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶CO25-HT在腦內(nèi)作為神經(jīng)遞質(zhì)，起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。（四）多胺(polyamines

19、) 鳥氨酸腐胺 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM )脫羧基SAM 鳥氨酸脫羧酶CO2SAM脫羧酶CO2精脒 (spermidine)丙胺轉(zhuǎn)移酶5-甲基-硫-腺苷丙胺轉(zhuǎn)移酶 精胺 (spermine)多胺是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長的重要物質(zhì)。在生長旺盛的組織（如胚胎、再生肝、腫瘤組織）含量較高，其限速酶鳥氨酸脫羧酶活性較強(qiáng)。（五）?；撬?taurine)牛磺酸是結(jié)合膽汁酸的組成成分。?；悄懰崮茉黾又|(zhì)和膽固醇的溶解性，解除膽汁阻塞，降低某些游離膽汁酸的細(xì)胞毒性，抑制膽固醇結(jié)石的形成. ?；撬峋哂幸欢ǖ慕笛亲饔?，且不依賴于增加胰島素的釋放。 L-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸 磺酸丙氨酸脫羧酶CO2 二、一碳單位的代謝

20、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(tuán)，稱為一碳單位(one carbon unit)。 種類甲基 (methyl)-CH3甲烯基 (methylene)-CH2-甲炔基 (methenyl)-CH=甲酰基 (formyl)-CHO亞胺甲基 (formimino)-CH=NH （二）四氫葉酸是一碳單位的載體FH4的生成FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+5FH4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）N5CH3FH4N5,N10CH2FH4N5,N10=CHFH4N10CHOFH4N

21、5CH=NHFH4一碳單位主要來源于氨基酸代謝絲氨酸 N5, N10CH2FH4甘氨酸 N5, N10CH2FH4組氨酸 N5CH=NHFH4色氨酸 N10CHOFH4（三）一碳單位與氨基酸代謝（四）一碳單位的互相轉(zhuǎn)變N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3（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)系起來巨幼紅細(xì)胞性貧血 葉酸缺乏導(dǎo)致未成熟的紅細(xì)胞進(jìn)入外周血中出現(xiàn)以下血象：無腦兒 三、含硫氨基酸的代謝胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸 含硫氨基酸（

22、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ATPS腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基轉(zhuǎn)移酶RHRHCH3腺苷SAMS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. 甲硫氨酸循環(huán)(methionine cycle)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FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 轉(zhuǎn)甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH3（二）半胱氨酸與胱氨酸的代謝1. 半胱氨酸與胱氨酸的互變-2H+2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS22. 硫酸根的代謝含硫氨基酸分解可

23、產(chǎn)生硫酸根，半胱氨酸是主要來源。SO42-+ ATPAMP - SO3-(腺苷-5-磷酸硫酸)3-PO3H2-AMP-SO3-（3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸，PAPS）PAPS為活性硫酸，是體內(nèi)硫酸基的供體 四、芳香族氨基酸的代謝芳香族氨基酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代謝苯丙氨酸 + O2酪氨酸 + H2O苯丙氨酸羥化酶四氫生物蝶呤二氫生物蝶呤NADPH+H+NADP+此反應(yīng)為苯丙氨酸的主要代謝途徑。1. 兒茶酚胺(catecholamine)與黑色素(melanin)的合成帕金森病(Parkinson disease)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，稱為白化病(albinism)。白