沈阳药科大学生物化学蛋白质分解代谢

1、一、营养素的概念和生理功能 二、食物蛋白的生理功能 三、氮平衡 四、蛋白质的营养价值 概念：概念：食物中具有促进人体生长、发育、更新和 修补组织、维持各器官组织细胞或整体正常结构与 功能的物质，成为营养素。 种类：种类：糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素、水、 空气、无机盐 氮 总 平 衡 : 摄 入 氮 量 = 排 出 氮 量 氮 正 平 衡 : 摄 入 氮 量 排 出 氮 量 氮 负 平 衡 : 摄 入 氮 量 排 出 氮 量 （条件：摄足量的蛋白质酮石英钟是蛋白质质量） 1、必需氨基酸（、必需氨基酸（essential amino acid) 概念：概念：是指机体需要，但机体不能合成或合成

2、量少，不能 满足需要，必需由食物供给的氨基酸。 种类：种类：赖氨酸（lys）、色氨酸（Tyr） 、缬氨酸（Val） 亮氨酸（leu） 、异亮氨酸（Ile） 、苏氨酸（Thr） 甲硫氨酸（Met）、苯丙氨酸（Phe） 。 非必需氨基酸（非必需氨基酸（non-essential amino acid）：）：是指机体也 需要，但机体能合成，可不必由食物供给的氨基酸。 蛋白质含量 蛋白质的消化率 蛋白质的利用率 食物蛋白质 水解酶 胃 胨及未消化的蛋白质 肠 氨基酸 水解酶 蛋白水解酶 肽链内切酶 肽链外切酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶A 羧肽酶B 氨基肽酶 二肽酶 名 称来 源

3、水 解 肽 键 的 特 异 性 胃蛋白酶胃酸性CONH芳族 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶A 羧肽酶B 胰 胰 胰 胰 胰 碱性CONHR 芳族CONHR 脂族CONHR 中性氨基酸羧基末端肽 碱性氨基酸羧基末端肽 氨基肽酶 二肽酶 小肠 小肠二肽的肽键 寡肽氨基末端肽 两种吸收方式： 主动转运需Na+、运载蛋白、ATP和酶等 -谷氨酰基循环在结合在细胞膜上的-谷氨酰 转移酶催化下，通过与GSH作用而转入细胞的 细胞外 R H C COOH NH2 氨基酸 细胞膜 E1 细胞内 COOH HC NH2 CH2 CH2 C NH C H COOH R O -谷氨酰氨基酸 半胱氨酰氨基酸

4、R H C COOH NH2 氨基酸 E2 N COOH O 5-氧脯氨酸 ATP ADP+Pi E3 Gly Cys Glu GSH ATP ADP+Pi E4 E5 定义定义：常到细菌可使部分蛋白质或其未吸收的消化产物分解 方式方式：脱氨、脱所、氧化、还原、水解 产物产物：营养物质脂肪、维生素等 有毒物质胺、NH3、酚、H2S、吲哚等 组胺 His 尸胺 Lys 腐胺 鸟氨酸 氨基酸的来源：氨基酸的来源： （1）食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸； （2）细胞合成的非必需氨基酸； （3）组织蛋白分解产生的氨基酸。 氨基酸的去路：氨基酸的去路： （1）合成生物体的组织蛋白质； （2）转变为重要

5、含氮化合物，如嘌呤、嘧啶、酶、激素等； （3）氨基酸氧化分解释放能量； （4）有些氨基酸转变为糖或脂肪等。 食物蛋白质 组织蛋白质 尿素 非蛋白含氮物质 谷氨酰胺 血液氨基酸 组织氨基酸 氨-酮酸 糖 脂类 CO2 + H2O CO2 胺类物质 一碳单位嘌呤、嘧啶等 （氨基酸代谢池） 脱氨方式：脱氨方式： 转氨作用转氨作用 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用 联合脱氨基作用联合脱氨基作用 非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用 概念：概念：氨基酸的-氨基与-酮酸的酮基，在转氨酶的作用下 相互交换，生成相应的新的氨基酸和-酮酸。 CO COOH R2 CO COOH R1 + 转氨酶 CH R1 COOH

6、NH2CH R2 COOH NH2 转氨酶（转氨酶（transaminase）：）：亦称氨基转移酶 辅酶辅酶磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺，系维生素B6的磷酸酯 重要的转氨酶重要的转氨酶 谷丙转氨酶（GPT） 谷草转氨酶（GOT） CH COOH CH2 NH2 CH2 COOH + CO COOH CH3 谷丙转氨酶 CH CH3 COOH NH2 C COOH CH2 O CH2 COOH 谷氨酸 丙氨酸 丙酮酸 酮戊二酸 CH COOH CH2 NH2 CH2 COOH + 谷氨酸 CO COOH CH2 COOH 谷草转氨酶 + C COOH CH2 O CH2 COOH 酮戊二酸 CH CH

7、2 COOH NH2 天冬氨酸 COOH 草酰乙酸 转氨作用机制：转氨作用机制： C O COOH R2 C O COOH R1 转氨酶 CH R1 COOH NH2 CH R2 COOH NH2 PB6-CHO PB6-CH2-NH2 转氨作用的意义：转氨作用的意义： 1、氨基酸分解代谢的起始步骤 2、机体合成非必需氨基酸的主要途径 概念：概念：在酶的催化下，氨基酸脱氨的同时伴有氧化的反应过程 酶类：酶类： 1、氨基酸氧化酶黄素蛋白，辅酶FAD，由氧参与，产物H2O2 R H C COOH NH2 氨基酸氧化酶 FADFADH2 O2H2O2 R C COOH NH H2O NH3 R C

8、COOH O 特点：特点：NAD+或或NADP+为辅酶，分布广，在肝、肾和脑中活性为辅酶，分布广，在肝、肾和脑中活性 较强，肌肉中活性低些，可逆，特异性强较强，肌肉中活性低些，可逆，特异性强 。 CH COOH CH2 NH2 CH2 COOH + L-谷氨酸 L-谷氨酸脱氢酶 NAD + + NADH + H + + C COOH CH2 O CH2 COOH 酮戊二酸 NH3 定义：定义：转氨作用与氧化脱氨基作用相偶联进行的反应 方式：方式：1、转氨偶联谷氨酸氧化脱氨作用 部位：肝、肾和脑 2、转氨偶联AMP循环脱氨作用 部位：骨骼肌和心脏 C O COOH R CH R COOH NH2

9、 氨基酸 酮酸 转氨酶 C COOH CH2 O CH2 COOH 酮戊二酸 CH COOH CH2 NH2 CH2 COOH L-谷氨酸 NADH（或NADPH）+ H+ + NH3 NAD+（或NADP+）+ H2O L-谷氨酸脱氢酶 C O COOH R CH R COOH NH2 氨基酸 酮酸 转氨酶 C COOH CH2 O CH2 COOH 酮戊二酸 CH COOH CH2 NH2 CH2 COOH L-谷氨酸 GOT CH COOH CH3 NH2 COOH 天冬氨酸 C COOH CH2 COOH 草酰乙酸 N N N N OH R 5P IMP HOOC CH2CH COOH

10、 NH AMP 腺苷酸代琥珀酸 HOOC CH CH COOH 延胡索酸 AMP H2O NH3 O 2、脱硫化氢脱氨 1、脱水脱氨 3、直接脱氨 （一）氨的来源 内源性氨内源性氨： 氨基酸脱氨基作用产生的氨（体内氨的主要来源） 胺类物质的氧化产生氨 嘌呤或嘧啶的分解产生氨 酰胺化合物的水解等也可产生氨 外源性氨：外源性氨： 肠道食物蛋白质的腐败 尿素肠肝循环 服用氨类药物等产生的氨 尿素的合成 谷氨酰胺的生成 参与合成一些重要的含氮化合物 （如嘌呤、嘧啶、非必需氨基酸等） 以铵盐的形式由尿排出。 1尿素的合成尿素的合成 合成部位合成部位：肝脏（细胞液、线粒体） 合成途径合成途径：鸟氨酸循环（

11、尿素循环） 步骤步骤 氨基甲酰磷酸的合成 瓜氨酸的合成 精氨酸的合成 尿素的生成 线粒体 细胞液 NH2 (CH2)3 CHNH2 COOH NH2 CO OPO3H2 鸟氨酸转氨甲酰酶 NH (CH2)3 CHNH2 COOH C O NH2 +Pi 鸟氨酸氨甲酰磷酸 瓜氨酸 NH3 + CO2 + 2ATP 氨甲酰磷酸合成酶 Mg 2+ + 2ADP + Pi H2NC O O PO 3H2 氨甲酰磷酸合成酶 2ATP 2ADP + Pi NH (CH2)3 CHNH2 COOH 瓜氨酸 C NH2 O + CH COOH CH2 NH2 COOH 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 合成酶 NH

12、(CH2)3 CHNH2 COOH C NH2 N CH2 COOH CH COOH 精氨酸代琥珀酸 ATPAMP+PPi 精氨酸代琥珀酸合成酶 ATPAMP+PPi 裂解酶 NH (CH2)3 CHNH2 COOH C NH2 NH 精氨酸 + HOOCCH CHCOOH 延胡索酸 NH (CH2)3 CHNH2 COOH C NH2 N CH2 COOH CH COOH 精氨酸代琥珀酸 NH (CH2)3 CH NH2 COOH C NH2 NH 精氨酸 + H2O 精氨酸酶 NH2 C NH2 O 尿素 + NH2 (CH2)3 CH NH2 COOH 鸟氨酸 总结：总结： 2NH3 +

13、 CO2 + 3ATPNH2 C NH2 O + 2ADP + 4Pi + AMP 氨甲酰磷酸合成酶 2ATP 2ADP + Pi 精氨酸代琥珀酸合成酶(调节酶） ATPAMP+PPi 尿素中-NH2的来源 游离的NH3 Asp中的NH3 鸟氨酸循环：以鸟氨酸为起点，通过瓜氨酸与精氨酸把 NH3和CO2合成尿素的循环过程（也叫尿素循环） 生理意义：把有毒NH3转变成无毒尿素排出体外，解氨毒 肌肉组织血液肝 肌 肉 蛋白质 葡萄糖 氨基酸丙酮酸 转氨作用 酮酸丙氨酸 糖分解 葡萄糖 丙氨酸 葡萄糖 谷氨酸 丙酮酸 转氨作用 酮戊二酸丙氨酸 糖异生NH3 尿素 2丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环

14、 意义：意义：肌组织中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝 肝又为肌组织提供了生成丙氨酸的葡萄糖 3合成谷胺酰胺合成谷胺酰胺 CH COOH CH2 NH2 CH2 COOH 谷氨酸 + NH3 + ATP 谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺酶 CH COOH CH2 NH2 CH2 C 谷氨酰胺 O NH2 + ADP + H2O + Pi 解氨毒 氨的运输和贮存形式 调节酸碱平衡 参与体内嘌呤、嘧啶和非必需氨基酸的合成 意义意义 谷氨酰胺合成酶：谷氨酰胺合成酶：主要分布在脑、心和肌肉等组织 （一）合成非必需氨基酸 （二）转变为糖和脂肪 氨基酸分为： 生糖氨基酸 ：可沿糖异生作用转化为糖 。 生酮氨基酸 ：

15、可沿脂肪酸分解和合成途径生成酮体和脂肪酸 生糖兼生酮氨基酸 ：既能转变成糖又能转变成酮体 生糖氨基酸 甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、 天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸、组氨酸、脯氨酸、 羟脯氨酸、精氨酸、 生酮氨基酸亮氨酸 、赖氨酸 生糖兼生酮 氨 基 酸 异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸 （三）氧化供能 一、氨基酸脱羧基作用一、氨基酸脱羧基作用 （一）脱羧基作用 氨基酸脱羧产物氨基酸脱羧产物：胺和二氧化碳 氨基酸脱羧酶：氨基酸脱羧酶：辅酶是含维生素B6的磷酸吡哆醛。 CH COOH NH 2 氨基酸脱羧酶 CH 2 NH 2 + CO 2 RR 氨基酸胺

16、（二） 重要氨基酸脱羧基反应 1. 1. 谷氨酸脱羧作用谷氨酸脱羧作用 HOOC CH2CH2 CH NH2 COOHHOOC CH2CH2 CH2 NH2 L-谷氨酸 -氨基丁酸 谷氨酸 + CO2 脱羧酶 -氨基丁酸（氨基丁酸（-aminobutyric acid，GABA）生理功能：生理功能：对中枢 神经系统有普遍的抑制作用，是一种神经系统的主要抑制性递质 2. 2. 组氨酸脱羧作用组氨酸脱羧作用 组氨酸 NNH CH2CH NH2 COOH 组胺 NNH CH2CH2NH2 组氨酸脱羧酶 + CO2 组胺生理功能：组胺生理功能：是一种强烈的血管舒张剂，具有扩张血管降低血 压、促进平滑肌

17、收缩及胃液分泌等作用 3.3.鸟氨酸脱羧作用鸟氨酸脱羧作用 鸟氨酸脱羧酶 NH2 (CH2)3 CH NH2 COOH 鸟氨酸 CO2 NH2 (CH2)4 NH2 腐胺 + SAM NH2 (CH2)4 NH (CH2)3 NH2 亚精胺 + SAM NH2 (CH2)3 NH (CH2)4 NH (CH2)3 NH2 精胺 腐胺、亚精胺、精胺等多胺类化合物腐胺、亚精胺、精胺等多胺类化合物能促进细胞生长和分裂 。 （三）胺的分解代谢 R CH2NH2+ O2 + H2O 胺氧化酶 R CHO H2O2 + NH3 胺醛 醛氧化酶 R COOH 酸 二、氨基酸与二、氨基酸与“一碳基团一碳基团”

18、的代谢的代谢 （一）（一）“一碳基团一碳基团”及其载体及其载体 “一碳基团一碳基团”概念：概念：某些氨基酸在代谢过程中分解生成含一个碳原某些氨基酸在代谢过程中分解生成含一个碳原 子子 的基团，称为的基团，称为“一碳基团一碳基团”（one carbon group） 或或“一碳单位一碳单位”（one carbon unit） 重要的重要的“一碳基团一碳基团” ： 甲基： 次甲基： 羟甲基： CH3 CH CH2OH 亚甲基： 甲酰基： 亚氨甲基： CH2 CHO CH NH “一碳基团一碳基团”的载体：的载体： 四氢叶酸（四氢叶酸（tetrahydrofolic acid，FH4）主要载体主要载

19、体 S-腺幻灯片腺幻灯片 40苷蛋氨酸（苷蛋氨酸（S-adenosylmethionine ，SAM） N N N H H N OH H2N H H H CH2N H C NH CH COOH CH2CH2COOH O 1 2 3 45 6 7 8 910 括号内用R表示 N N N H N OH H2N H H H CH2N 5R 10 CH2 N N N H N OH H2N H H H CH2NH 5R 10 CH3 N5，N10-亚甲基-FH4N5-甲基-FH4 FH4N5CH2N10R CH2 FH4N5CH2N10R CH3 N5，N10-次甲基-FH4 N N N H N OH

20、H2N H H H CH2N 5R 10 CH FH4N5CH2 N10R CH N N N H N OH H2N H H H CH2N H 5 R 10 CH N5-亚氨甲基-FH4 NH FH4N5CH2N10 R CH NH N N N H H N OH H2N H H H CH2 N 5 R 10 N10-甲酰基-FH4 HC FH4N5CH2N10R OHC O CH COOH CH2 NH2 CH2 S CH3 + 腺嘌呤 O OH OH HH H CH2 H SAM （二）生成（二）生成“一碳基团一碳基团”的氨基酸的氨基酸 1 1甘氨酸与甘氨酸与“一碳基团一碳基团”的生成的生成

21、CH2NH2 COOH 甘氨酸 + O2 甘氨酸氧化酶 CHO COOH 乙醛酸 O2 - CO2 - NH3，-H2O2 HCOOH + FH4 + FH4 甲酸 次甲基FH4合成酶 甲酰FH4合成酶 N5，N10-次甲基-FH4 N10-甲酰基-FH4 FH4N5CH2N10R CH FH4N5CH2N10R OHC 2 2组氨酸与组氨酸与“一碳基团一碳基团”的生成的生成 NH2CH CH2 N H N COOH CH COOH CH2 NH CH2 COOH 亚 氨 甲 酰 谷 氨 酸 CHNH + H2O - NH3 CH COOH CH2 NH CH2 COOH 甲 酰 谷 氨 酸

22、CHO 亚 氨 甲 酰 转 移 酶 甲 酰 转 移 酶 N 5-亚 氨 甲 基 -FH 4 N 5-甲 酰 基 -FH 4 FH4N 5 CH2N 10 R CH FH4N 5 CH2N 10 R NH OHC N 5， N10-次 甲 基 -FH 4 FH4N 5 CH2N 10 R CH 环 脱 氨 酶环 脱 水 酶 组 氨 酸 3 3丝氨酸与丝氨酸与“一碳基团一碳基团”的生成的生成 NH2CH CH 2OH COOH + FH4 丝氨酸羟甲基转移酶 N 5-甲基-FH 4 FH 4 N 5 CH 2 N 10 R CH 3 N 5，N10-亚甲基-FH 4 FH 4 N 5 CH 2 N

23、 10 R CH 2 N 5，N10-次甲基-FH 4 FH 4 N 5 CH 2 N 10 R CH 还原酶 脱氢酶 -2H + H 2 丝氨酸 + NH2CH 2 COOH 甘氨酸 4 4蛋氨酸与蛋氨酸与“一碳基团一碳基团”的生成的生成 CH COOH CH2 NH2 CH2 S 蛋氨酸 CH3 腺苷转移酶 ATP PPi + Pi CH COOH CH2 NH2 CH2 S CH3 + 腺嘌呤 O OH OH HH H CH2 H SAM CH COOH CH2 NH2 CH2 S 腺嘌呤 O OH OH HH H CH2 H S-腺苷同型半胱氨酸 -CH3(用于肾上腺素、 肌酸、胆碱等

24、的合成) H2O腺苷 CH COOH CH2 NH2 CH2 SH 同型半胱氨酸 N5-CH3- FH4 FH4 5 5“一碳基团一碳基团”的互变的互变 一碳基团的来源 活性形式互变生化功能 蛋氨酸 SAM N5-CH3-FH4 同型半胱氨酸 B12CH3 N5，N10-CH2-FH4 丝氨酸 N5，N10=CH2-FH4组氨酸 N5-CH=NH-FH4 N5-CHO-FH4 N10-CHO-FH4 HCOOH甘氨酸乙醛酸 色氨酸 甲基化反应：如胆碱、 肌酸、肾上腺素等合成 胸腺嘧啶的甲基 嘌呤碱C8 嘌呤碱C2 (三）三）“一碳基团一碳基团”代谢的生理意义代谢的生理意义 1四氢叶酸“一碳基团

25、”参与体内嘌呤和嘧啶碱生物合 成 2满足多种重要物质生物和成对甲基的需要 3“一碳基团”代谢与新药设计 三、芳香氨基酸的代谢三、芳香氨基酸的代谢 （一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 1生成酪氨酸 苯丙氨酸是必需AA，在苯丙氨酸羟化酶作用下可转变为酪氨酸。 2合成激素 酪氨酸是合成甲状腺素、肾上腺素和去甲肾上腺素等激素的原料 3. 代谢缺陷症 苯丙酮酸尿症苯丙酮酸尿症 : 苯丙氨酸羟化酶缺乏使苯丙氨酸不能转变为酪氨 酸，导致正常时的次要代谢产物苯丙酮酸生成显著增加 。 白化病白化病 ：酪氨酸酶缺乏不仅影响肾上腺素、甲状腺素等有关激素 合成，也使酪氨酸氧化生成黑色素障碍，使患者皮肤及毛发成白色 4. 生

26、成酪胺 (二)、色氨酸的代谢 1生成5-羟色胺 2. 生成尼克酸 3. 生成黄尿酸 4. 生成褪黑激素 三、含硫氨基酸的代谢三、含硫氨基酸的代谢 1蛋氨酸主要生化作用包括：蛋白质生物合成时作为起始的氨基 酸；生成的SAM是体内甲基化反应的活性甲基的供体，可转变为半 胱氨酸。 2半胱氨酸和胱氨酸为非必需氨基酸，其上的二硫键是维持许多 重要蛋白质的活性结构所必需的，如胰岛素、免疫球蛋白等；一些 巯基酶类活性与半胱氨酸的SH基有关；半胱氨酸代谢产物牛黄酸 是构成胆汁酸的重要组成成分。 3谷胱甘肽（glutathione，G-SH）是广泛分布于体内的三肽化合 物。其氧化型G-S-S-G和还原型G-SH

27、可互变，多以还原型存在。它 与维生素C、E等构成体内抗氧化系统，保护体内许多含巯基蛋白质 、酶和生物膜等免于因氧化而丧失正常的生化功能。 蛋白质含量 蛋白质的消化率 蛋白质的利用率 名 称来 源水 解 肽 键 的 特 异 性 胃蛋白酶胃酸性CONH芳族 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶A 羧肽酶B 胰 胰 胰 胰 胰 碱性CONHR 芳族CONHR 脂族CONHR 中性氨基酸羧基末端肽 碱性氨基酸羧基末端肽 氨基肽酶 二肽酶 小肠 小肠二肽的肽键 寡肽氨基末端肽 两种吸收方式： 主动转运需Na+、运载蛋白、ATP和酶等 -谷氨酰基循环在结合在细胞膜上的-谷氨酰 转移酶催化下，通过与GSH作用而转入细胞的 氨基酸的来源：氨基酸的来源： （1）食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸； （2）细胞合成的非必需氨基酸； （3）组织蛋白分解产生的氨基酸。 氨基酸的去路：氨基酸的去路： （1）合成生物体的组织蛋白质； （2）转变为重要含氮化合物，如嘌呤、嘧啶、酶、激素等； （3）氨基酸氧化分解释放能量； （4）有些氨基酸转变为糖或脂肪等。 CH