第七章 蛋白质分解代谢2015

1、第七章 蛋白质分解代谢2015第一节 蛋白质的营养一、 蛋白质营养的重要性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（抗原及抗体）、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、蛋白质需要量和营养价值 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，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。 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氮平衡。

2、氮平衡的三种关系：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） 氮总平衡： 每日“摄入氮排出氮”，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。氮正平衡： 每日“摄入氮排出氮”，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。氮负平衡： 每日“摄入氮排出氮”，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。根据计算，正常成人每日最低分解约20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每日食

3、物蛋白质的最低需要量为30 50g。为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的生理需要量应为80g。体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养必需氨基酸。体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。 3. 必需氨基酸：必需氨基酸共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。 记忆方法：缬、赖、异亮、亮、苯丙、蛋、色、苏携 来 一 两 本 淡 色 书决定

4、食物蛋白质营养价值高低的因素有： 必需氨基酸的含量； 必需氨基酸的种类； 必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成。将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。例如，谷类蛋白质含Lys较少而Trp较多，而豆类蛋白质含Trp较少而Lys较多，二者混合后食用，即可提高营养价值。第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败一、 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，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。 胃蛋白酶原胃蛋

5、白酶 + 多肽碎片胃酸、胃蛋白酶 （二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位1. 胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。内肽酶：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：自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。肠液中酶原的激活胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 弹性蛋白酶原 肠激酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 弹性蛋白酶 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。酶原激活的意义氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶蛋白水

6、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，例如氨基肽酶及二肽酶等。说明食物中的蛋白质经胃蛋白酶和胰液中蛋白酶消化后有1/3是氨基酸、2/3是肽；寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞内进行，最后由氨基肽酶和二肽酶作用水解成氨基酸；各种酶协同作用使蛋白质的消化效率极高；正常成人，食物蛋白的95%可以水解完全；但是，一些纤维蛋白只能部分水解。二、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程（一）氨基酸吸收载体载体蛋白与氨基酸、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

7、酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)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)半胱氨酸甘氨酸肽酶-谷氨 酸环化 转移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸 5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi-谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰半胱氨酸 合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽 合成酶ATPADP+Pi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-谷氨酰氨基酸氨基酸利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强（三）肽的吸收三、蛋白质

8、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（一）胺类的生成蛋白质 氨基酸胺类蛋白酶 脱羧基作用 组氨酸组胺 赖氨酸尸胺 色氨酸 色胺 酪氨酸酪胺 假神经递质 某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。苯乙胺苯乙醇胺酪胺 -羟酪胺 -羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。（二） 氨的生成未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨肠道细菌脱氨基作用尿素酶降低肠道pH，

9、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）其它有害物质的生成酪氨酸 苯酚半胱氨酸 硫化氢 色氨酸 吲哚第三节 氨基酸的一般代谢一、概 述蛋白质的半寿期：蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。蛋白质转换 人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。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利用组织蛋白酶降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白。 依赖泛素的降解过程 溶酶体内降解过程依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白。泛素76个氨基酸的小分子蛋白普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保

10、守1.泛素化 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活。2. 蛋白酶体对泛素化蛋白质的降解泛素介导的蛋白质降解过程 如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发癌瘤（促进抑癌蛋白P53降解）。体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用氨基酸代谢库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。氨基酸代谢概况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、氨基酸的脱

11、氨基作用定义：指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。脱氨基方式：氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基非氧化脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联（一）转氨基作用1. 定义在转氨酶的作用下，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。4. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 转氨酶 丙氨

12、酸氨基转移酶（ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。重要的转氨酶丙氨酸 + -酮戊二酸 ALT丙酮酸 + 谷氨酸 天冬氨酸氨基转移酶（AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。天冬氨酸 + -酮戊二酸草酰乙酸 + 谷氨酸AST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

13、义（二）L-谷氨酸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-酮戊二酸NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（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-酮酸的过程。2. 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用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氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶 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、肾组织进行。嘌呤

14、核苷酸循环是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环腺苷酸脱氨酶可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环(PNC)的脱氨基作用。 IMP腺苷酸代琥珀酸氨基酸-酮酸NH3H2O-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸AMP延胡索酸苹果酸嘌呤核苷酸循环三、-酮酸的代谢（一）再氨基化为氨基酸。（二）转变为糖或脂： 1.生糖氨基酸。 2.生酮氨基酸：Leu，Lys。 3.生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。（三）氧化供能：进入三羧

15、酸循环彻底氧化分解供能。 转变为糖或脂肪组成人体蛋白质的20种氨基酸脱去氨基后生成的酮酸经转变，形成七种主要代谢中间物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA 、酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸生糖氨基酸：能转变为三羧酸循环的中间产物和丙酮酸的氨基酸，可经糖异生途径转变为糖，称为生糖氨基酸。生酮氨基酸：能降解生成乙酰CoA或乙酰乙酰CoA的氨基酸，能生成酮体和脂肪酸，称为生酮氨基酸。综上所述氨基酸、糖和脂肪的代谢是密切联系的氨基酸既可转变成糖也能转变成脂肪糖可以转变成脂肪及多数非必需氨基酸的碳架部分脂肪酸既不能转变成糖，也不能转变为氨基酸脂肪的甘油部分可以转变为糖氨基酸和糖、脂肪的代谢

16、关系是通过三羧酸循环中间代谢物互相联系并完全氧化的 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丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸 蛋氨酸丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸酮体亮氨酸 赖氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺组氨酸 缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C目 录第四节 氨的代谢氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过mol/L。体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝

17、合成尿素而解毒。一、血氨的来源与去路1. 血氨的来源 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 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 肠道吸收的氨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 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶2. 血氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。二、氨的转运1. 丙氨酸-葡萄糖循环反应过程生理意义 肌肉中氨以

18、无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。肝liver血液blood骨骼肌muscleGGGpyruvateNH3analine analine pyruvateNH3analine 丙氨酸-葡萄糖循环丙氨酸葡萄糖 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2. 谷氨酰胺的运氨作用 反应过程谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、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。生理意义谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输

19、形式。 三、尿素的生成（一）生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。（二）生成过程尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环，又称尿素循环或Krebs- Henseleit循环。鸟氨酸循环（尿素循环）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反应由氨基甲酰磷酸合成酶(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

20、+氨基甲酰磷酸由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体。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。 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+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（三）反应小结原料：

21、2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。（四）尿素生成的调节1. 食物蛋白质的影响高蛋白膳食 合成低蛋白膳食 合成2. CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂3. 尿素生成限速酶的调节：（五）高氨血症和氨中毒血氨浓度升高称高氨血症 ，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。TAC 脑供能不足-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3 脑内 -酮戊二酸氨中毒的可能机制第五节 个别氨基酸的代谢由氨基酸脱羧酶催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。 氨基酸

22、脱羧酶R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2 + CO2 (磷酸吡哆醛)一、氨基酸的脱羧基作用 所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸。 酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。（一）-氨基丁酸( GABA) L-谷氨酸GABACO2L- 谷氨酸脱酶GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。（二）组胺L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2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。（三）5-羟色胺 ( 5-HT)色氨酸5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO25-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。（四）多胺 鸟氨酸

23、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精脒丙胺转移酶5-甲基-硫-腺苷丙胺转移酶 精胺 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。 二、一碳单位的代谢定义（一）概述 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位。 种类甲基 (methyl)-CH3甲烯基 (methylene)-CH2-甲炔基 (methenyl)-CH=甲酰基 (formyl)-CHO亚胺甲基 (formimino)-CH=NH （二）四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成FFH2FH4FH

24、2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+ 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）N5CH3FH4N5、N10CH2FH4N5、N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4一碳单位主要来源于氨基酸代谢。丝氨酸 N5, N10CH2FH4甘氨酸 N5, N10CH2FH4组氨酸 N5CH=NHFH4色氨酸 N10CHOFH4（三）一碳单位与氨基酸代谢（四）一碳单位的互相转变N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4H+H2ONADPH+H+NADP+N

25、ADH+H+NAD+NH3（五）一碳单位的生理功能作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来 三、含硫氨基酸的代谢胱氨酸蛋氨酸半胱氨酸 含硫氨基酸（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ATPS腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基转移酶RHRHCH3腺苷SAMS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+PiRH-CH3蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸（SAM）。 SAM也是一种一碳单位衍生物，其载体是S-腺苷同型半胱氨酸，携带的一碳单位是甲基。+CH NH2S ARCH2CH2COOHCH3肌酸和磷酸肌酸是能量储存、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