第九章氨基酸.ppt

第九章氨基酸代谢 Aminoacidmetabolism 蛋白质的生理功能和营养作用 第一节 一 蛋白质的生理功能 1 维持细胞 组织的生长 更新和修补 2 参与多种重要的生理活动 催化 酶 免疫 抗体 运动 肌肉 物质转运 载体 凝血 凝血系统 等 3 氧化供能人体每日18 能量由蛋白质提供 二 体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述 氮平衡 nitrogenbalance 摄入食物的含氮量与排泄物 尿与粪 中含氮量之间的关系 氮总平衡 摄入氮 排出氮 正常成人 氮正平衡 摄入氮 排出氮 儿童 孕妇等 氮负平衡 摄入氮 排出氮 饥饿 消耗性疾病患者 氮平衡的意义可以反映体内蛋白质代谢的概况 蛋白质的生理需要量成人每日蛋白质最低生理需要量为30g 50g 我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g 三 营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值 一 必需氨基酸 essentialaminoacid 指体内需要而又不能自身合成 必须由食物供给的氨基酸 共有8种 甲 色 赖 缬 异 亮 苯 苏 其余12种氨基酸体内可以合成 称非必需氨基酸 假设来借一两本书 组 精 人体能合成 但量不多 酪 半胱 苯 蛋转变过来 半必需 二 蛋白质的营养价值 nutritionvalue 蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量 种类 比例 蛋白质的互补作用 指营养价值较低的蛋白质混合食用 其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值 赖氨酸色氨酸谷类少多豆类多少 第二节 自学 蛋白质的消化 吸收和腐败 Digestion AbsorptionandPutrefactionofProteins 一 蛋白质的消化 蛋白质消化的生理意义 由大分子转变为小分子 便于吸收 消除种属特异性和抗原性 防止过敏 毒性反应 消化过程 一 胃中的消化作用 胃蛋白酶的最适pH为1 5 2 5 对蛋白质肽键作用特异性差 产物主要为多肽及少量氨基酸 二 小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位 内肽酶 endopeptidase 水解蛋白质肽链内部的一些肽键 如胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 外肽酶 exopeptidase 从羧基末端每次水解一个氨基酸残基 如羧基肽酶 A B 3种内肽酶的作用 要求是下列氨基酸的羧基形成的肽键 2种外肽酶的作用 要求是下列氨基酸的羧基形成的肽键 氨基酸 蛋白水解酶作用示意图 2 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用 主要是寡肽酶的作用 氨基肽酶及二肽酶 二 氨基酸的吸收 吸收部位 主要在小肠吸收形式 氨基酸 三肽 二肽吸收机制 耗能的主动吸收过程 一 氨基酸吸收载体 主动转运 载体蛋白与氨基酸 Na 组成三联体 由ATP供能将氨基酸 Na 转入细胞内 Na 再由钠泵排出细胞 载体类型 中性氨基酸载体碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体 ADP Pi ATP 氨基酸 Na K 小肠粘膜细胞 肠腔 门静脉 吸收机制 粘膜面 浆膜面 二 谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 谷氨酰基循环 glutamylcycle 过程 谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成 半胱氨酰甘氨酸 Cys Gly 细胞外 谷氨酰基转移酶 细胞膜 谷胱甘肽GSH 细胞内 谷氨酰基循环过程 氨基酸 目录 三 蛋白质的腐败作用 肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用 腐败作用的产物大多有害 如胺 氨 苯酚 吲哚等 也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质 蛋白质的腐败作用 putrefaction 一 胺类的生成 肠道细菌的蛋白酶使蛋白质水解 再经氨基酸脱羧基作用产生胺类 苯丙氨酸酪氨酸 二 氨的生成 降低肠道pH NH3转变为NH4 以胺盐形式排出 可减少氨的吸收 这是酸性灌肠的依据 三 其他有害物质 1 酪氨酸脱羧产生的酪胺氧化脱氨 对甲酚 苯酚2 色氨酸分解 甲基吲哚 吲哚 粪便臭味来源 3 半胱氨酸分解 硫醇 硫化氢 甲烷 蛋白质的半寿期 half life 蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间 用t1 2表示 不同的蛋白质寿命差异很大 从数秒到数月 一些代谢关键酶的t1 2极短肝脏中大部分蛋白质的t1 2 在1 8d 血浆蛋白t1 2 10d 结缔组织蛋白t1 2很长 180d 眼晶体蛋白t1 2与寿命等同 第三节蛋白质的降解 自学 一 体内蛋白质的转换更新 真核生物中蛋白质的降解有两条途径 不依赖ATP利用组织蛋白酶 cathepsin 降解外源性蛋白 膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 2 胞液途径 1 溶酶体途径 依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白蛋白质泛素化 二 体内蛋白质降解机制 泛素 ubiquitin 76个氨基酸的小分子蛋白 8 5kD 普遍存在于真核生物而得名 作用 泛素与被降解蛋白连接 形成大复合体 相对分子质量超过106 而激活被降解蛋白 三 氨基酸代谢库 metabolicpool 食物蛋白经消化吸收的氨基酸 外源性氨基酸 与体内组织蛋白降解产生的氨基酸 内源性氨基酸 混在一起 分布于体内各处参与代谢 称为氨基酸代谢库 氨基酸代谢库 氨基酸代谢概况 目录 第四节氨基酸的分解代谢CatabolismofAminoacids 一 氨基酸的脱氨基作用 定义指氨基酸脱去氨基生成氨和相应 酮酸的过程 脱氨基方式 转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基 一 转氨基作用 transamination 1 定义在转氨酶 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 2 反应式 大多数氨基酸可参与转氨基作用 但甘氨酸 苏氨酸 赖氨酸 脯氨酸 羟脯氨酸除外 3 转氨酶 正常人各组织GOT及GPT活性 单位 克湿组织 血清转氨酶活性 临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一 两种转氨酶所催化的反应 GPT GOT 转氨基作用机制 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 通过此种方式并未产生游离的氨 5 转氨基作用的生理意义 二 氧化脱氨基作用 存在于肝 脑 肾中辅酶为NAD 或NADP GTP ATP为其抑制剂GDP ADP为其激活剂 催化酶 L 谷氨酸脱氢酶 L 谷氨酸 NH3 酮戊二酸 NAD P NAD P H H H2O L 谷氨酸的氧化脱氨基作用 三 联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用 使氨基酸脱下 氨基生成氨和 酮酸的过程 2 类型 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用 1 定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用 L 氨基酸 酮酸 酮戊二酸 L 谷氨酸 L 谷氨酸脱氢酶 转氨酶 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用 转氨基偶联氧化脱氨基作用 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式 也是体内合成非必需氨基酸的主要方式 主要在肝 脑 肾组织进行 转氨基偶联氧化脱氨基作用生理意义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 苹果酸 腺苷酸代琥珀酸 次黄嘌呤核苷酸 IMP 腺苷酸代琥珀酸合成酶 此种方式主要在肌肉组织进行 四 非氧化脱氨基 一些氨基酸可以进行非氧化脱氨基作用 产生NH3和 酮酸 1 脱水脱氨2 脱H2S脱氨3直接脱氨 二 酮酸的代谢 一 经氨基化生成非必需氨基酸 二 转变成糖及脂类 脱掉氨基后的a 酮酸可转变成 三 氧化供能 酮酸在体内可通过TAC和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2 同时生成ATP 琥珀酰CoA 延胡索酸 草酰乙酸 酮戊二酸 柠檬酸 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 酮体 CO2 CO2 氨基酸 糖及脂肪代谢的联系 TAC 目录 三 氨基酸脱羧基作用 一 氨基丁酸 aminobutyricacid GABA GABA是抑制性神经递质 对中枢神经有抑制作用 VitB6 VitB6治疗婴儿惊厥 妊娠呕吐 二 5 羟色胺 5 hydroxytryptamine 5 HT 5 HT在脑内作为神经递质 起抑制作用 在外周组织有收缩血管的作用 三 牛磺酸 taurine 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分 与脑的发育有关 四 组胺 histamine 组胺是强烈的血管舒张剂 可增加毛细血管的通透性 还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌 五 多胺 polyamines 鸟氨酸 腐胺 S 腺苷甲硫氨酸 SAM 脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶 CO2 SAM脱羧酶 CO2 精脒 spermidine 丙胺转移酶 5 甲基 硫 腺苷 精胺 spermine 多胺是调节细胞生长的重要物质 在生长旺盛的组织 如胚胎 再生肝 肿瘤组织 含量较高 其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强 氨是机体正常代谢产物 具有毒性 体内的氨主要在肝合成尿素 urea 而解毒 正常人血氨浓度一般不超过0 6 mol L 0 1mg dL 第五节氨的代谢 一 体内氨的来源 1 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源 胺类的分解也可以产生氨 3 肠道吸收的氨 2 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺 二 体内氨的去路 在肝内合成尿素 这是最主要的去路 合成非必需氨基酸 合成谷氨酰胺和铵盐 其他含氮化合物 血氨 氨基酸 脱氨 肠道 吸收 肾小管 分泌 合成 尿素 合成 合成氨基酸等含氮化合物 铵盐 生成 排出 合成 谷氨酰胺 氨的来源和去路 三 氨的转运 2 丙氨酸 葡萄糖循环 alanine glucosecycle 1 谷氨酰胺的运氨作用 谷氨酰胺从脑和肌肉向肝和肾转运氨 L 谷氨酸 血液 谷氨酰胺 肝脏 肾脏 L 谷氨酸谷氨酰胺NH3H2O尿素 肝 铵盐 肾 少部分 NH3 ATPADP PiL 谷氨酸谷氨酰胺 脑组织 肌肉组织 1 谷氨酰胺的运氨作用 Gln合成酶 Gln酶 谷氨酰胺的运氨作用 在脑 肌肉合成谷氨酰胺 运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸 从而进行解毒 对氨中毒病人可以用谷氨酸盐降低血氨浓度 2 丙氨酸 葡萄糖循环 alanine glucosecycle 反应过程 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 糖酵解途径 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 尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出 称为鸟氨酸循环 orinithinecycle 又称尿素循环 ureacycle 或Krebs Henseleit循环 四 尿素的生成 1 切除肝脏 血氨升高 2 切除肾脏 血中尿素升高 3 同时切除肝脏 肾脏 血氨升高 结论 肝脏是合成尿素的主要器官肾脏是排泄尿素的主要器官 尿素的合成器官 实验 尿素循环 鸟氨酸循环简图 NH2 C O NH2 尿素 NH2 C O 1 氨基甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行 一 合成过程 反应由氨基甲酰磷酸合成酶 carbamoylphosphatesynthetase CPS 催化 N 乙酰谷氨酸为其激活剂 反应消耗2分子ATP N 乙酰谷氨酸 AGA 2 瓜氨酸的合成 鸟氨酸氨基甲酰转移酶 H3PO4 氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行 瓜氨酸生成后进入胞液 3 精氨酸的合成 反应在胞液中进行 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 反应在胞液中进行 尿素 鸟氨酸 精氨酸 鸟氨酸循环 线粒体 胞液 目录 2 CPS 的调节 CPS AGA 乙酰CoA Glu 变构酶 精氨酸代琥珀酸合成酶 1 食物蛋白质的影响 高蛋白 合成加速 变化大 3 尿素合成酶系的调节 限速酶 二 尿素合成的调节 三 高氨血症和氨中毒 血氨浓度升高称高氨血症 hyperammonemia 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氨血症 高氨血症时可引起脑功能障碍 称氨中毒 ammoniapoisoning TAC 脑供能不足 脑内 酮戊二酸 氨中毒的可能机制 一 一碳单位的代谢 一 概念 存在形式 某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的有机基团 称为一碳单位 onecarbonunit CO2除外 定义 第六节个别氨基酸的代谢 种类 甲基 methyl CH3 亚甲基或甲烯基 CH2 次甲基或甲炔基 CH 甲酰基 formyl CHO 亚氨甲基 formimino CH NH 存在形式 四氢叶酸是一碳单位的载体 FH4携带一碳单位的形式 一碳单位通常是结合在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 一碳单位主要来源于氨基酸代谢 甘组色丝肝阻塞死 二 一碳单位的生成和互变 甲硫氨酸S 腺苷甲硫氨酸甲基化物 ATPPPi Pi FH4同型半胱氨酸 N5 CH3 FH4 甲基B12 丝氨酸N5 N10 CH2 FH4脱氧胸苷酸 FH4H2O 甘氨酸 组氨酸N5 CH NH FH4N5 N10 CH FH4嘌呤核苷酸 FH4 NH3 色氨酸N10 CHO FH4 ATPADP Pi FH4 DNA RNA 一碳单位的来源 转变及利用 三 一碳单位的生理功能 1 N10 CHO FH4与N5 N10 CH FH4分别为嘌呤合成提供C2与C8 N5 N10 CH2 FH4为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基 2 提供甲基 合成重要化合物 SAM激素肌酸磷脂一碳单位代谢障碍或FH4不足 可引起巨幼红细胞性贫血等疾病 利用磺胺类药物干扰细菌FH4的合成而抑菌 应用叶酸类似物如氨甲蝶呤等可抑制FH4生成 从而抑制核酸生成达到抗癌作用 一碳单位参与核苷酸合成 二 含硫氨基酸的代谢 胱氨酸 甲硫氨酸 半胱氨酸 一 甲硫氨酸的代谢 1 甲硫氨酸与转甲基作用 腺苷转移酶 PPi Pi 甲硫氨酸 ATP S 腺苷甲硫氨酸 SAM 甲基转移酶 RH RH CH3 腺苷 SAM S 腺苷同型半胱氨酸 同型半胱氨酸 SAM为体内甲基的直接供体 2 甲硫氨酸循环 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转甲基酶 VitB12 H2O 腺苷 RH ATP PPi Pi 甲硫氨酸循环的生理意义 1 提供甲基 SAM 甲基直接供体N5 CH3 FH4 甲基间接供体2 FH4再生 与同型半胱氨酸生成Met的反应是体内唯一能利用N5 CH3 FH4的反应 叶酸 VB12缺乏 巨幼红细胞贫血 3 肌酸的合成 肌酸 creatine 和磷酸肌酸 creatinephosphate 是能量储存 利用的重要化合物 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 原料 Gly Arg SAM 肌酸在肌酸激酶的作用