蛋白质水解及氨基酸代谢.ppt

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1、第十章第十章 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解 及氨基酸的代谢及氨基酸的代谢r蛋白质的蛋白质的水解水解r氨基酸的氨基酸的代谢代谢氨基酸的分解氨基酸的分解氨基酸的合成氨基酸的合成121.1 蛋白质的功能蛋白质的功能是构成组织细胞的重要成分；是构成组织细胞的重要成分；参与组织细胞的更新和修补；参与组织细胞的更新和修补；参与物质代谢及生理功能的调控；参与物质代谢及生理功能的调控；氧化供能；氧化供能；其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等。识别等。第一节第一节 蛋白质的酶促水解蛋白质的酶促水解3氮平衡(nitrogen balance)人体每日须分解一定量的组织

2、蛋白质，并以含氮终产人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。的摄入量。体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为就称为氮平衡氮平衡(nitrogen balan

3、ce)。4氮平衡有以下几种情况：氮平衡有以下几种情况：1氮氮总总平平衡衡：每每日日摄摄入入氮氮量量与与排排出出氮氮量量大大致致相相等等，表表示示体体内内蛋蛋白白质质的的合合成成量量与与分分解解量量大大致致相相等等，称称为为氮氮总总平平衡衡。此种情况见于此种情况见于正常成人正常成人。2氮氮正正平平衡衡：每每日日摄摄入入氮氮量量大大于于排排出出氮氮量量，表表明明体体内内蛋蛋白白质质的的合合成成量量大大于于分分解解量量，称称为为氮氮正正平平衡衡。此此种种情情况况见见于于儿童、孕妇、病后恢复期。儿童、孕妇、病后恢复期。3氮氮负负平平衡衡：每每日日摄摄入入氮氮量量小小于于排排出出氮氮量量，表表明明体体内

4、内蛋蛋白白质质的的合合成成量量小小于于分分解解量量，称称为为氮氮负负平平衡衡。此此种种情情况况见见于于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。56必必需需氨氨基基酸酸一一共共有有八八种种：赖赖氨氨酸酸（Lys）、色色氨氨酸酸（Trp）、苯苯丙丙氨氨酸酸（Phe）、蛋蛋氨氨酸酸（Met）、苏苏氨氨酸酸（Thr）、亮亮氨氨酸酸（Leu）、异异亮亮氨氨酸酸（Ile）、）、缬氨酸（缬氨酸（Val）。Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假假 设设 来来 借借 一一 两两 本本 书书”由由于于酪酪氨氨酸酸在在体体内内需需由由苯苯丙丙氨氨酸酸

5、为为原原料料来来合合成成，半半胱胱氨氨酸酸必必需需以以蛋蛋氨氨酸酸为为原原料料来来合合成成，故故这这两两种氨基酸被称为种氨基酸被称为半必需氨基酸。半必需氨基酸。7蛋白质的营养价值及互补作用蛋白质的营养价值及互补作用 决定蛋白质营养价值高低的因素有：决定蛋白质营养价值高低的因素有：必需氨基酸的含量；必需氨基酸的含量；必需氨基酸的种类；必需氨基酸的种类；必必需需氨氨基基酸酸的的比比例例，即即具具有有与与人人体体需需求求相相符符的的氨氨基基酸组成。酸组成。将将几几种种营营养养价价值值较较低低的的食食物物蛋蛋白白质质混混合合后后食食用用，以以提高其营养价值的作用称为提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的

6、互补作用。食物蛋白质的互补作用。蛋白质互补三原则：蛋白质互补三原则：1 食物生物学种属愈远愈好2 搭配种类愈多愈好3 食用时间愈近愈好，最好同时食用 81.2 蛋白质的消化蛋白质的消化（一）胃中的消化：（一）胃中的消化：胃蛋白酶胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。（二）肠中的消化：（二）肠中的消化：有两种类型的酶：有两种类型的酶：肽肽链链外外切切酶酶：如如羧羧肽肽酶酶A、羧羧肽肽酶酶B、氨氨基基肽肽酶酶、二二肽肽酶等；酶等；肽链内切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。肽链内切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。蛋白质在肠中完全水解为氨

7、基酸，由肠粘膜上皮细胞吸蛋白质在肠中完全水解为氨基酸，由肠粘膜上皮细胞吸收进入机体，游离氨基酸进入血液循环输送到肝脏。收进入机体，游离氨基酸进入血液循环输送到肝脏。9胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠肠激酶激酶胰蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶原糜蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶原羧基肽酶原A及及B羧基肽酶羧基肽酶A及及B10提问提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？NH3+NH3+COO-COO-外切外切酶酶氨肽酶氨肽酶随机内切内切酶酶特定氨基酸间限制性内切限制性内切酶酶外切外切酶酶羧肽酶羧肽酶最终产物最终产物氨基酸氨基酸11氨

8、基酸的吸收氨基酸的吸收 主主要要在在小小肠肠进进行行，是是一一种种主主动动转转运运过过程程，需需由由特特殊殊载载体体携携带带。转转运运氨氨基基酸酸进入细胞时，同时转运入进入细胞时，同时转运入Na+。除此之外，也可经除此之外，也可经-谷氨酰循环系统谷氨酰循环系统进进行。需由行。需由-谷氨酰基转移酶催化，利谷氨酰基转移酶催化，利用用GSH，合成合成-谷氨酰氨基酸进行转谷氨酰氨基酸进行转运。消耗的运。消耗的GSH可重新再合成。可重新再合成。12蛋白质在肠中的腐败蛋白质在肠中的腐败 主要在主要在大肠大肠中进行，中进行，肠道细菌肠道细菌对未被消化的蛋对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用，称为白质

9、及其消化产物所起的分解作用，称为腐败腐败作用作用（putrefaction）。）。腐腐败败分分解解作作用用包包括括水水解解、氧氧化化、还还原原、脱脱羧羧、脱脱氨氨、脱脱巯巯基基等等反反应应。可可产产生生有有毒毒物物质质，如如胺胺类类（腐腐胺胺、尸尸胺胺），酚酚类类，吲吲哚哚类类，氨氨及及硫硫化化氢等。氢等。这些有毒物质被吸收后，由肝脏进行解毒。这些有毒物质被吸收后，由肝脏进行解毒。13氨基酸代谢库氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外源性食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成的氨基酸氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成的氨基酸以及其它物质经代谢转变而来的

10、氨基酸（内源以及其它物质经代谢转变而来的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（代谢，称为氨基酸代谢库（metabolic pool）。）。第二节第二节 氨基酸的代谢氨基酸的代谢14氨基酸的来源和去路氨基酸的来源和去路 氨基酸氨基酸151.氧化脱氨氧化脱氨-AA在酶的催化下氧化生成在酶的催化下氧化生成-酮酸，消耗氧并产酮酸，消耗氧并产生氨的过程。生氨的过程。脱氨酶脱氨酶脱氢氧化酶脱氢氧化酶酶酶2H+H+亚氨基酸亚氨基酸不稳定不稳定H2O+H+水解加氧水解加氧脱氢脱氢NH4+-酮酮酸酸22.1 氨基酸的分解氨基酸的分解只

11、介绍最普遍的脱氨基作用氧化脱氨、转氨基、联合脱氨。16NH4+过多有毒！过多有毒！L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2ONADH+H+NH4+-谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸氧化脱氨氧化脱氨17若外环境若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累大量积累酮戊二酸大量转化酮戊二酸大量转化NADPH大量消耗大量消耗三羧酸循环中断，能量供应三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。经、大脑）功能障碍。表现：表现：语言障碍、视力模糊、语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。昏迷、死亡。三羧酸循三羧酸循环环丙酮酸

12、丙酮酸酮戊二酸氨中毒原理氨中毒原理L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2ONADH+H+NH4+-谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸？18要点：要点：氧化脱氨反应可逆。氧化脱氨反应可逆。L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或或NADP+。此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。192.转氨基作用转氨基作用（transamination）特点特点：a.可逆，受平衡影响可逆，受平衡影响 b.氨基大多转给了氨基大多转给了-酮戊二酸酮戊

13、二酸（产物（产物谷氨酸谷氨酸）提问：提问：为什么多转给为什么多转给-酮戊二酸酮戊二酸？答案：答案：来源有保证，来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生-酮戊二酸酮戊二酸，L-谷氨酸脱氢酶分布最广，活性最强谷氨酸脱氢酶分布最广，活性最强。在转氨酶的作用下，在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到-酮酮酸的酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成酸则转变成-酮酸。酮酸。20谷氨酸谷氨酸氧化脱氨氧化脱氨L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2ONADH+H+NH4+L-L-谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊

14、二酸氧化脱氨氧化脱氨氧化脱氨氧化脱氨转转转转氨基氨基氨基氨基谷谷谷谷某转某转某转某转氨酶氨酶氨酶氨酶 O（酮酸酮酸）NH4+(A)转氨酶制转氨酶制谷氨酸谷氨酸21体内重要的转氨酶体内重要的转氨酶丙氨酸氨基转移酶（丙氨酸氨基转移酶（alanine amino-transferase,ALT或或glutamic pyruvic transaminase,GPT）：）：肝肝中活性最高中活性最高天冬氨酸氨基转移酶（天冬氨酸氨基转移酶（aspartate amino-transferase,AST或或glutamic oxalo-acetic transaminase,GOT）：）：心肌心肌中活性最高中

15、活性最高22 or GPTor GOT2324提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的血液的100倍倍抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受肝组织受损破裂损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液，肝细胞的转氨酶进入血液。查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？转氨基转氨基本质上本质上没有真正脱氨。没有真正脱氨。253、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用在在转氨酶转氨酶和和谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的联合作用下，使各的联合作用下，使各种氨基酸种氨基酸脱下氨基脱下氨基的过程。它是

16、体内各种氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。非必需氨基酸的途径。2627Ala+-酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸+GluGlu+NAD+H2O-酮戊二酸酮戊二酸+NADH+NH4+Ala+NAD+H2O丙酮酸丙酮酸+NADH+NH4+284、嘌呤核苷酸循环、嘌呤核苷酸循环肌肉中的脱氨基反应肌肉中的脱氨基反应是一种特殊的联合脱氨基作用是一种特殊的联合脱氨基作用29 嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环30产物腺苷酸琥珀酸腺苷酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸转氨酶转氨酶-氨基氨基酸酸-酮酸酮酸N

17、H3NH3天冬氨酸天冬氨酸HH2 2OONHNH3 3腺苷酸腺苷酸延胡索酸延胡索酸谷谷-草草转转氨酶氨酶HH2 2OO反应物次黄苷酸次黄苷酸嘌呤核苷酸联合脱氨基嘌呤核苷酸联合脱氨基嘌呤核苷酸联合脱氨基嘌呤核苷酸联合脱氨基HH2 2OONAD+NADH+H+苹果酸苹果酸三羧三羧酸循酸循环环315、谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨、谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨？脱氨脱氨H2ONHNH3 3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸天冬酰胺与之类似。天冬酰胺与之类似。天冬酰胺与之类似。天冬酰胺与之类似。NH3何处去呢？何处去呢？水解酶水解酶322.2 NH3的转运与排泄的转运与排泄氨是有毒物质，血中的氨是有毒物质，血中的NH

18、3主要是以无主要是以无毒的毒的Ala及及Gln两种形式运输的。两种形式运输的。1、氨的转运、氨的转运33 是是肌肉与肝肌肉与肝之间氨的转运形式。之间氨的转运形式。意义：既使肌肉中的氨以无毒的意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。（1）丙氨酸）丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环34（2）谷氨酰胺的运氨作用）谷氨酰胺的运氨作用主要是从主要是从脑、肌肉脑、肌肉等组织向等组织向肝或肾肝或肾运氨。运氨。35 Gln即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。形式。362、排氨、排氨

19、是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨的最是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨的最主要去路。主要去路。鸟氨酸循环鸟氨酸循环又叫尿素循环或又叫尿素循环或Krebs-Henseleit循环循环部位部位：肝细胞的线粒体和胞液：肝细胞的线粒体和胞液（1）尿素的生成）尿素的生成人人37 38 39鸟氨酸循环要点鸟氨酸循环要点尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的的NH3），另一个来自），另一个来自Asp；每合成每合成1分子尿素需消耗分子尿素需消耗4个个P；循环中消耗的循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，

20、从其他酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨氨基酸获得氨基而再生；基而再生；精氨酸代琥珀酸合成酶（精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）为尿素合成的限）为尿素合成的限速酶。速酶。40水生生物直接扩散脱氨水生生物直接扩散脱氨（NH3）哺乳、两栖动物排尿素哺乳、两栖动物排尿素各种生物根据安全、价廉的原则排氨。各种生物根据安全、价廉的原则排氨。直接排氨，不消耗能量但毒性大；转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。？体内水循环迅速，体内水循环迅速，NHNH3 3浓度低，扩散流失快，浓度低，扩散流失快，毒性小。毒性小。？体内水循环较慢，体内水循环较慢，NHNH3 3浓度较高，需要消耗浓度较高，需要消耗能量使

21、其转化为较简能量使其转化为较简单，单，低毒低毒的尿素形式。的尿素形式。（2）其他排氨方式）其他排氨方式41鸟类、爬虫排尿酸鸟类、爬虫排尿酸均来自转均来自转氨氨不溶于水，不溶于水，毒性很小，毒性很小，合成需要合成需要更多的能更多的能量。量。提问提问：为什么这类生物如此排氨？：为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，水循环太慢，保留水分同时不中毒保留水分同时不中毒得付出高能量代价得付出高能量代价。高等植物，高等植物，以以谷氨酰胺或天冬酰胺形式谷氨酰胺或天冬酰胺形式储储存氨存氨，不排氨。，不排氨。422.3 2.3 -酮酸的代谢酮酸的代谢 43脱掉氨基后的脱掉氨基后的-酮酸可转变成：酮酸可转变成：-酮戊

22、二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰 CoA延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰 CoA三羧酸循环中间产物三羧酸循环中间产物PEP葡萄糖葡萄糖脂肪酸脂肪酸酮体酮体小结：小结：(1)合成氨基酸合成氨基酸（合成代谢占优势时）（合成代谢占优势时）(2)进入三羧酸循环彻底氧化分解进入三羧酸循环彻底氧化分解!(3)转化为糖及脂肪转化为糖及脂肪44 生糖生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有酸。有Leu和和Lys。生糖兼生酮生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转氨基酸：既

23、能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有变成酮体的氨基酸。有Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr。45生酮氨基酸生酮氨基酸(只能转化为脂肪）只能转化为脂肪）只能转化为脂肪）只能转化为脂肪）除亮氨酸、赖氨除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可酸外的氨基酸可由由？转化为糖。转化为糖。糖异生糖异生糖异生糖异生46必需必需分解不可逆，分解不可逆，缺乏碳骨架供给缺乏碳骨架供给第三节第三节 氨基酸的合成氨基酸的合成 由糖代谢中间产物转化而来。由糖代谢中间产物转化而来。糖糖糖糖酮体酮体酮体酮体蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸非必需氨基酸非必需氨基酸非必需氨基酸非必需氨基酸(10(10种种种种)必需氨基酸

24、必需氨基酸必需氨基酸必需氨基酸(10(10种种种种)动物动物由植物制造，动物取食。由植物制造，动物取食。47CO2+H2O戊糖磷戊糖磷戊糖磷戊糖磷酸途径酸途径酸途径酸途径葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-磷酸磷酸3磷酸磷酸-甘油酸甘油酸丙酮酸丙酮酸三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环核糖核糖-5-磷酸磷酸酵解酵解酵解酵解组氨酸组氨酸色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸丝氨酸丝氨酸 半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸亮氨酸亮氨酸 异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸缬氨酸 丙氨酸丙氨酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏

25、氨酸微生物和植物可以合微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。成所有类型氨基酸。谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺赖氨酸赖氨酸 精氨酸精氨酸 脯氨酸脯氨酸48名词解释：名词解释：氮平衡、必需氨基酸、半必需氨基酸、氨中毒、氮平衡、必需氨基酸、半必需氨基酸、氨中毒、生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸思考题：思考题：1.1.胃肠道中的蛋白质如何降解的？胃肠道中的蛋白质如何降解的？2.2.体内氨基酸主要的脱氨基方式是什么？反应机体内氨基酸主要的脱氨基方式是什么？反应机理是什么？理是什么？3.3.体内尿素生成的途径是什么？尿素中各个基团体内尿素生成的途径是什么？尿素中各个基团的直接来源为什么？消耗能量情况？的直接来源为什么？消耗能量情况？4 4.-酮酸的代谢途径有哪些？酮酸的代谢途径有哪些？5 5、各中生物体分别以何种形式排氨。、各中生物体分别以何种形式排氨。49