第八章 蛋白质消化吸收和氨基酸代谢

作者 解军郭睿 单位 山西医科大学 第八章 蛋白质消化吸收和氨基酸代谢 Digestion AbsorptionofProteinsandMetabolismofAminoAcids 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 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 AbsorptionofProteinsandNutritionValueofProtein 第一节 氮的总平衡 摄入氮量 排出氮量 正常成人 一 氮平衡 nitrogenbalance 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30 50g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 essentialaminoacid 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 nutritionvalue 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 胃蛋白酶原的活化胃蛋白酶 最适pH为1 5 2 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 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 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 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 肝性脑病 假神经递质 falseneurotransmitter 学说 酪氨酸 酪胺 苯丙氨酸 苯乙胺 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 GeneralMetabolismofAminoAcids 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 HS E2 HS E1 泛素 C O SE2 Pr HS E2 E3 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 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 aminoacidmetabolicpool 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 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 C O CH2 COOH COOH CHNH2 COOH COOH CH2 2 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 NH3 1 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 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FAD R 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 氨基酸生糖及生酮性质的分类 氨的代谢 MetabolismofAmmonia 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 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 orinithinecycle 合成的 尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出 称为鸟氨酸循环又称尿素循环 ureacycle 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 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 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 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 反应在胞液中进行由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化 5 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 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 ammoniapoisoning 氨中毒的可能机制 个别氨基酸的代谢 MetabolismofIndividualAminoAcids 第四节 一 氨基酸脱羧基作用 一 谷氨酸脱羧生成 氨基丁酸 二 组氨酸脱羧生成组胺 三 色氨酸羟化后脱羧生成5 羟色胺 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 S 腺苷 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 5 一碳单位的互相转变 N10 CHO FH4 N5 N10 CH FH4 N5 N10 CH2 FH4 N5 CH3 FH4 N5 CH NH FH4 H H2O NADPH 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 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 次甲基 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 ATP S 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 R CH3 腺苷 S 腺苷同型半胱氨酸 同型半胱氨酸 RH 甲硫氨酸循环 SAM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 2 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 1 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 四 芳香族氨基酸代谢需要加氧酶催化 苯酮酸尿症 phenylkeronuria 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CoA 蛋白质的营养价值与营养必需氨基酸转氨基作用及转氨酶氨以丙氨酸和谷氨酰胺的