《生物化学与分子生物学》第八章蛋白质消化吸收和氨基酸代谢.pptx

第八章 蛋白质消化吸收和氨基酸代谢（Digestion, Absorption of Proteins and Metabolism of Amino Acids）第一节 蛋白质的营养价值与消化、吸收第二节 氨基酸的一般代谢第三节 氨的代谢第四节 个别氨基酸的代谢重点难点熟悉了解掌握1. 营养必需氨基酸2. 脱氨基作用及重要的转氨酶3. 氨在血液中的转运形式及尿素的合成4. 一碳单位5. 含硫氨基酸代谢1. 血氨的来源2. 氨基酸碳链骨架的转换或分解3. 氨基酸的脱羧基作用4. 芳香族氨基酸代谢1. 蛋白质的消化、吸收及蛋白质的营养价值2. 真核细胞内蛋白质的降解3. 支链氨基酸代谢蛋白质的营养价值与消化、吸收（Digestion, Absorption of Proteinsand Nutrition Value of Protein） 第一节氮的总平衡：摄入氮量 = 排出氮量（正常成人）（一）氮平衡（nitrogen balance）氮的正平衡：摄入氮量 排出氮量（儿童、孕妇、恢复期病人等）一、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮的负平衡：摄入氮量 排出氮量（饥饿、严重烧伤、出血及消耗性疾病患者）1. 摄入氮（食物的含氮量）与排出氮（尿与粪的含氮量）之间的关系2. 氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质合成与分解代谢的概况（二）蛋白质的生理需要量正常成人每日蛋白质的最低生理需要量为3050g我国营养学会推荐成人每日蛋白质的需要量为80g（一）营养必需氨基酸（essential amino acid）二、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值1. 体内需要而不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸2. 9种：亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、 色氨酸、组氨酸3. 其余11种为营养非必需氨基酸（二）蛋白质的营养价值（nutrition value）蛋白质的营养价值主要取决于必需氨基酸的种类和比例（三）食物蛋白质的互补作用营养价值较低的蛋白质混合食用，使必需氨基酸互相补充从而提高营养价值（一）蛋白质在胃和小肠被消化成寡肽和氨基酸三、外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收1. 蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸： 胃蛋白酶原胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶 胃蛋白酶原的活化 胃蛋白酶：最适pH为1.52.5 对肽键作用的特异性较差，水解产物主要为多肽及少量氨基酸 具有凝乳作用2. 蛋白质在小肠被水解成寡肽和氨基酸： 胰酶及其作用 内肽酶：特异水解蛋白质内部的肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶 外肽酶：自肽链末段开始，每次水解脱去一个氨基酸，如羧肽酶氨肽酶内肽酶羧肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用 氨肽酶 二肽酶蛋白酶原的活化胰蛋白酶肠激酶胰蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶原糜蛋白酶糜蛋白酶原羧肽酶羧肽酶原氨基酸转运蛋白（二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收1. 吸收部位：主要在小肠2. 吸收形式：氨基酸、寡肽3. 吸收机制：主动转运 转运蛋白的类型：中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白-氨基酸转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白肠道细胞膜小肠黏膜细胞内氨基酸氨基酸Na+Na+Na+ADP + PiATP氨基酸-Na+载体蛋白钠泵 腐败作用（putrefaction）四、未消化吸收的蛋白质在结肠下段发生腐败（一）脱羧基作用产生胺类未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物在结肠下部受到肠道细菌的分解腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等（二）脱氨基作用产生氨（三）腐败作用产生其他有害物质 组氨酸组胺 赖氨酸尸胺 色氨酸 色胺 酪氨酸酪胺未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)脱氨基作用尿素酶 肝性脑病假神经递质（false neurotransmitter）学说 -羟酪胺和苯乙醇胺与儿茶酚胺类神经递质的结构类似，称为假神经递质可竞争性地干扰儿茶酚胺的正常功能，阻碍神经冲动传递，使大脑发生异常抑制氨基酸的一般代谢（General Metabolism of Amino Acids）第二节（一）蛋白质以不同的速率进行降解一、体内蛋白质分解生成氨基酸蛋白质的半寿期（half-life)：蛋白质浓度减少到开始值50%所需要的时间（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径1. 溶酶体：ATP非依赖途径2. 蛋白酶体：ATP依赖的泛素途径成人体内的蛋白质每天约有1%2%被降解蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%80%被重新利用合成新的蛋白质组织蛋白酶负责降解降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白依赖泛素蛋白酶体负责降解降解异常蛋白和短寿命蛋白 依赖泛素的蛋白酶体降解过程（1）泛素（ubiquitin）76个氨基酸残基组成的小分子蛋白普遍存在于真核生物（2）蛋白酶体（proteasome）26S蛋白质复合物由核心颗粒和调节颗粒组成（3）泛素化泛素与被降解蛋白质形成共价连接依赖ATP和三种酶去折叠打开水解降解产物释放泛素释放识别 泛素 C O-O+HS-E1ATPAMP+PPi 泛素 COS E1HS-E2HS-E1 泛素COS E2PrHS-E2泛素 CNH PrOE3E3：泛素蛋白连接酶E2：泛素结合酶E1：泛素激活酶蛋白酶体示意图氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收 组织蛋白质分解 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸) -酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)合成 （二）氨基酸代谢概况二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库（一）氨基酸代谢库（aminoacid metabolic pool）内源性氨基酸与外源性氨基酸共同分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基1. 转氨基作用由转氨酶催化完成 转氨基作用：在转氨酶（transaminase）的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。三、氨基酸分解代谢首先脱氨基转氨酶转氨酶丙氨酸氨基转移酶（ ALT） 又称为谷丙转氨酶（GPT） 在肝中活性较高 肝疾病时，血清ALT活性明显升高天冬氨酸氨基转移酶（AST） 又称为谷草转氨酶（GOT） 在心肌中活性较高 心肌疾患时，血清AST活性明显升高ALTCHNH2COOHCH3丙氨酸丙氨酸C=O +COOHCOOH(CH2)2-酮戊二酸酮戊二酸C=OCOOHCH3丙酮酸丙酮酸CHNH2 + +COOHCOOH(CH2)2谷氨酸谷氨酸AST天冬天冬氨酸氨酸C=O +COOHCOOH(CH2)2-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸CHNH2 + +COOHCOOH(CH2)2谷氨酸谷氨酸C=OCH2COOHCOOHCHNH2 COOHCOOHCH22. 各种转氨酶都具有相同的辅基和作用机制转氨酶的辅基：维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛作用机制（二）L-谷氨酸脱氢酶催化L-谷氨酸氧化脱氨基L-谷氨酸-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2ONH2CH(CH2)2COOHCOOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHOC(CH2)2COOHCOOH+OC(CH2)2COOHCOOH+NH31. L-谷氨酸脱氢酶： 存在于肝、脑、肾等组织中 辅酶为 NAD+ 或NADP+ 2. 转氨脱氨作用（transdeamination）转氨基作用与L-谷氨酸的氧化脱氨基作用偶联进行转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶协同作用又称为联合脱氨基作用主要在肝、肾组织进行氨基酸 谷氨酸 H2O+NAD+转氨酶 -酮酸 -酮戊二酸 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶 R （三）氨基酸通过氨基酸氧化酶催化脱去氨基L-氨基酸氧化酶催化辅基是FMN或FADO2H2O2FMNH2FMNR NH4+H2O四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解（一）-酮酸可彻底氧化分解并提供能量（二）-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）-酮酸可转变成糖和脂类化合物类别氨基酸生酮氨基酸赖氨酸、亮氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、苏氨酸生糖氨基酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类氨的代谢（Metabolism of Ammonia）第三节一、血氨有三个主要来源（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨（二）肠道细菌作用产生氨（三）肾小管上皮细胞分泌的氨 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨丙氨酸葡萄糖 肌肉蛋白质氨基酸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尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖二、氨在血液中以丙氨酸和谷氨酰胺的形式转运（一）氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝谷氨酰胺运氨作用脑和肌肉血液肝和肾谷氨酰胺 谷氨酸NH3谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸NH3（二）氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。 三、氨的主要代谢去路是在肝合成尿素（一）尿素是通过鸟氨酸循环（orinithine cycle）合成的尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环又称尿素循环（urea cycle）或Krebs- Henseleit循环生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中（二）肝中鸟氨酸循环的反应步骤1. 氨基甲酰磷酸的合成CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行由关键酶氨基甲酰磷酸合成酶-1 （CPS-）催化N-乙酰谷氨酸为其激活剂2. 瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2COOPO32-NH2COOPO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3瓜氨酸鸟氨酸反应在线粒体中进行由鸟氨酸氨基甲酰转移酶催化瓜氨酸生成后进入胞液3. 精氨酸代琥珀酸的合成反应在胞液中进行由关键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NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3精氨酸代琥珀酸瓜氨酸COOHCHH2NCH2COOHATPAMP+PPiNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHC HCH2COOH4. 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应在胞液中进行由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHCOOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH5. 精氨酸水解产生尿素反应在胞液中进行由精氨酸酶催化精氨酸酶+尿素精氨酸鸟氨酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸苹果酸-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鸟氨酸尿素线粒体胞 液 鸟氨酸循环（三）尿素合成的调节1. 高蛋白质膳食增加尿素生成2. 关键酶CPS-的调节CPS-是尿素合成启动的关键酶AGA是CPS-的别构激活剂，由乙酰CoA与谷氨酸通过AGA合酶催化生成精氨酸是AGA合酶的激活剂，精氨酸浓度增高时，尿素合成增加3. 关键酶精氨酸代琥珀酸合成酶的调节精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成启动以后的关键酶活性最低，可调节尿素的合成速度（四）尿素合成障碍可引起高血氨症或氨中毒血氨浓度升高称高血氨，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高血氨症（hyperammonemia）高血氨症可引起脑功能障碍，称氨中毒（ammonia poisoning） 氨中毒的可能机制：-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3 脑内 -酮戊二酸三羧酸循环ATP脑功能障碍个别氨基酸的代谢（Metabolism of Individual Amino Acids）第四节 一、氨基酸脱羧基作用氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛CC O O HN H2HR（一）谷氨酸脱羧生成-氨基丁酸GABA COOH(CH2)2 CH2NH2 CO2L- 谷氨酸脱羧酶 COOH(CH2)2 CHNH2 COOHL-L-谷氨酸谷氨酸（二）组氨酸脱羧生成组胺 L-组氨酸组氨酸组胺组胺组氨酸脱羧酶CO2HN NCH2CHCOOH NH2 HN NCH2CH2NH2（三）色氨酸羟化后脱羧生成5-羟色胺5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO2色氨酸CH2CHCOOH NH2CH2CHCOOH NH2HOCH2CH2NH2HO 鸟氨酸腐胺 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM )脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶CO2SAM脱羧酶CO2精脒 (spermidine)丙胺转移酶5-甲基-S-腺苷丙胺转移酶 精胺 (spermine)（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质甲基 -CH3亚甲基 -CH2-次甲基 =CH-甲酰基 -CHO亚胺甲基 -CH=NH二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位（一）四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与一碳单位代谢 某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳单位一碳单位的种类四氢叶酸的结构及生成5FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+一碳单位的互相转变N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变丝氨酸 N5, N10CH2FH4甘氨酸 N5, N10CH2FH4组氨酸 N5CH=NHFH4色氨酸 N10CHOFH4（三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成N10-CHO-FH4与N5,N10=CH-FH4分别为嘌呤合成提供C2与C8N5,N10-CH2-FH4为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来亚甲基亚甲基次次甲基甲基（一）甲硫氨酸参与甲基转移1. 甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS-腺苷甲硫氨酸(SAM)三、含硫氨基酸代谢可产生多种生物活性物质甲基转移酶RCH3腺苷S-腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸RH甲硫氨酸循环甲硫氨酸S-腺苷同型 半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiR-CH3SAM为体内甲基的直接供体为体内甲基化反应提供甲基促进FH4再生维生素B12不足： 巨幼红细胞性贫血高同型半胱氨酸血症： 动脉粥样硬化和冠心病2. 甲硫氨酸为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为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成H2O（二）半胱氨酸与多种生理活性物质的生成有关1. 半胱氨酸与胱氨酸可以互变- -2H+ +2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS22. 半胱氨酸可转变成牛磺酸3. 半胱氨酸可生成活性硫酸根PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体 L-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸 磺酸丙氨酸脱羧酶CO21.苯丙氨酸羟化生成酪氨酸（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢既有联系又有区别苯丙氨酸+ H2O苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶酪氨酸+ O2四、芳香族氨基酸代谢需要加氧酶催化苯酮酸尿症（phenyl keronuria, PKU）苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸代谢。经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出。属于一种遗传代谢病。1. 苯丙氨酸转变为酪氨酸多巴醌吲哚醌黑色素2. 酪氨酸转变为黑色素和儿茶酚胺酪氨酸酪氨酸酪氨酸羟化酶羟化酶多巴多巴胺去甲肾上腺素聚合肾上腺素帕金森病患者多巴胺生成减少人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病3. 酪氨酸的分解代谢 体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸尿症色氨酸5-羟色胺一碳单位丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA维生素 PP （二）色氨酸的分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA五、支链氨基酸的分解有相似的代谢过程四、芳香族氨基酸代谢需要加氧酶催化缬氨酸亮氨酸异亮氨酸相应的-酮酸脂酰CoA,-烯脂酰CoA琥珀酰CoA乙酰CoA琥珀酰CoA+乙酰CoAu蛋白质的营养价值与营养必需氨基酸u转氨基作用及转氨酶u氨以丙氨酸和谷氨酰胺的形式运往肝或肾u氨在肝经鸟氨酸循环合成尿素u氨基酸脱羧基作用产生胺类u某些氨基酸分解代谢产生一碳单位u甲硫氨酸循环参与体内重要含甲基化合物的合成u芳香族氨基酸代谢产生重要的神经递质、激素及黑色素知识框架蛋白质的营养价值与消化吸收氨基酸一般代谢氨的代谢个别氨基酸代谢蛋白质降解途径氨基酸代谢库脱氨基作用-酮酸的代谢转氨基作用与转氨酶转氨脱氨作用氨的运输尿素合成脱羧基作用一碳单位含硫氨基酸代谢芳香族氨基酸代谢支链氨基酸代谢蛋白质消化吸收与氨基酸代谢氮平衡必需氨基酸蛋白质的营养价值蛋白质的消化吸收蛋白酶原的活化腐败作用溶酶体途径蛋白酶体途径