蛋白质氨基酸的分解代谢

第一节：蛋白质的营养第一页，共九十七页。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。第二页，共九十七页。二、蛋白质需要量和营养价值1.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慨况。第三页，共九十七页。2.生理需要量

成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。3.蛋白质的营养价值①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：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。还有2种半必需氨基酸：Arg、His。

其余10种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。

第四页，共九十七页。必需氨基酸

VS

非必需氨基酸ThrIlePheMetTrpValHisArgLysLeuAlaAspAsnCysGluGlnGlyProSerTyrTipMTVHall笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）精（精氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸）住（组氨酸）亮（亮氨酸）凉（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）

第五页，共九十七页。②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、量质比。③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。第六页，共九十七页。第二节：蛋白质的消化、

吸收和腐败第七页，共九十七页。一、蛋白质的消化1.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。第八页，共九十七页。2.蛋白质水解酶及作用特点第九页，共九十七页。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。酶原激活的意义胰蛋白酶原糜蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶原胰蛋白酶(Lys,Arg)糜蛋白酶(Phe,Tyr,Trp)弹性蛋白酶(脂肪族)羧基肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶肠激酶

胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片HCl、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)第十页，共九十七页。消化道内几种蛋白酶的专一性（芳香族aa）（碱性aa）脂肪族aa糜蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（酸性aa）第十一页，共九十七页。3.蛋白质的消化过程食物蛋白质胃蛋白酶胃胨+多肽弹性蛋白酶碱性氨基酸C端多肽糜蛋白酶胰蛋白酶小肠小肠芳香族氨基酸C端多肽脂肪族氨基酸C端多肽羧肽酶B羧肽酶A碱性氨基酸寡肽中性氨基酸羧基肽酶氨基肽酶氨基酸二肽二肽酶氨基酸第十二页，共九十七页。二、肽和氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、二肽、三肽吸收机制：耗能的主动吸收过程第十三页，共九十七页。（一）主动转运：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酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体第十四页，共九十七页。（二）γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环(γ-glutamylcycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成第十五页，共九十七页。半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-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+Piγ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi细胞外

γ-谷氨酰基转移酶细胞膜谷胱甘肽GSH细胞内γ-谷氨酰基循环过程γ-谷氨酰氨基酸氨基酸第十六页，共九十七页。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，不需要Na+吸收作用在小肠近端较强（三）肽的吸收第十七页，共九十七页。第三节：蛋白质在细胞内的降解第十八页，共九十七页。一、生物体内蛋白质降解细胞外降解

食物摄取的蛋白质，发生在消化道内，蛋白质水解酶参与，不需要ATP细胞内降解（严格调控）不依赖于ATP的降解途径i)发生在溶酶体ii)利用组织蛋白酶(cathepsin)降解胞外蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白依赖于ATP的降解途径（2004Nobelprize）

i)需要泛素(ubiquitin)，降解发生在细胞质蛋白酶体内ii)降解异常蛋白和短寿命蛋白第十九页，共九十七页。二、泛素（Ubiquitin,Ub）泛素广泛存在于所有的真核生物它由76个氨基酸残基组成，是一种高度保守的蛋白质。在三维结构上，泛素则是一个结构紧密的球蛋白，但其C-端四肽序列（Leu-Arg-Gly-Gly）离开蛋白主体伸向水相，这有助于它与其它蛋白质形成异肽键。泛素本身并不降解蛋白质，它仅仅是给降解的靶蛋白打上标记，降解过程由26S蛋白酶体执行。泛素是一种热激蛋白第二十页，共九十七页。泛素的三维结构及其与靶蛋白形成的异肽键第二十一页，共九十七页。2.蛋白酶体26S蛋白酶体20S核心颗粒，桶状结构，蛋白酶复合物活性部位19S帽状调节颗粒，负责识别泛酰化的蛋白质，并将它们去折叠以及输送到核心颗粒的蛋白酶活性中心。

第二十二页，共九十七页。1.泛素化(ubiquitination)

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(proteasome)对泛素化蛋白质的降解三、泛素介导的蛋白质降解过程第二十三页，共九十七页。靶蛋白26SProteasomePeptide第二十四页，共九十七页。第二十五页，共九十七页。四、泛酰化反应的信号？？1.信号可能隐藏在疏水核心中部分折叠、变性或者异常的突变蛋白更易水解。2.某些特殊的氨基酸序列被用作降解信号富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)和Thr(T)

序列的蛋白质质被称为PEST蛋白，它们比其他蛋白质更容易发生水解。3.N端规则N端氨基酸性质是决定蛋白质半衰期的重要因素第二十六页，共九十七页。1.N-端规则一种蛋白质的半衰期与N-端氨基酸的性质有关。如果一种蛋白质N端的氨基酸是Met,Ser,Ala,Thr,Val或Gly，则半衰期较长，大于20个小时。如果一种蛋白质的N端氨基酸是Phe,Leu,Asp,Lys或

Arg，则半衰期较短，3分钟或者更短。第二十七页，共九十七页。第四节：氨基酸的一般代谢第二十八页，共九十七页。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)一、氨基酸代谢概况α-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)合成第二十九页，共九十七页。二、氨基酸的脱氨基作用定义指氨基酸脱去氨基生成相应α-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第三十页，共九十七页。（一）氧化脱氨作用第三十一页，共九十七页。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、NADH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NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O第三十二页，共九十七页。（二）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α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。第三十三页，共九十七页。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、苏氨酸除外。第三十四页，共九十七页。体内比较重要的转氨基反应CH3CH3谷丙转氨酶ALT/GPT谷草转氨酶AST/G0TGlutamicacidPyruvicacidOxaloaceticacidAlanineacidAspartateacid第三十五页，共九十七页。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。第三十六页，共九十七页。4.转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛第三十七页，共九十七页。转氨酶辅基与酶蛋白之间的连接赖氨酸侧链磷酸吡哆醛第三十八页，共九十七页。谷丙转氨酶催化的转氨基反应第三十九页，共九十七页。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第四十页，共九十七页。（三）联合脱氨基作用转氨作用和脱氨作用相偶联，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸并释放出游离氨的过程。2.类型①转氨基偶联氧化脱氨基作用1.定义②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环第四十一页，共九十七页。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。①转氨基偶联氧化脱氨基作用第四十二页，共九十七页。②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α-酮戊二酸氨基酸谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶2腺苷酸脱氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)肌肉组织第四十三页，共九十七页。（四）非氧化脱氨作用第四十四页，共九十七页。氨是机体正常代谢产物，具有毒性。正常人血氨浓度一般不超过58.7μmol/L。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。

三、氨的代谢第四十五页，共九十七页。（一）血氨的来源与去路1.血氨的来源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RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶②

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③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谷氨酰胺酶第四十六页，共九十七页。2.血氨的去路①在肝内合成尿素，这是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺

谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi④肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。第四十七页，共九十七页。（二）氨的转运1.丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)反应过程生理意义①肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。②肝为肌肉提供葡萄糖。第四十八页，共九十七页。丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-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α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖第四十九页，共九十七页。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、心和肌肉合成谷氨酰胺，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形式。

第五十页，共九十七页。（三）尿素的生成1、生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。2、生成过程尿素生成称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。关键酶:氨基甲酰磷酸合成酶第五十一页，共九十七页。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α-酮戊二酸谷氨酸α-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第五十二页，共九十七页。（1）氨基甲酰磷酸的合成

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（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第五十三页，共九十七页。第五十四页，共九十七页。（2）瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸第五十五页，共九十七页。由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。第五十六页，共九十七页。（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限速酶第五十七页，共九十七页。精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸第五十八页，共九十七页。（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第五十九页，共九十七页。第六十页，共九十七页。3、反应小结原料：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。第六十一页，共九十七页。4、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-Ⅰ的调节：AGA、精氨酸为其激活剂3.尿素生成酶系的调节：第六十二页，共九十七页。第六十三页，共九十七页。5、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)。第六十四页，共九十七页。TCA

↓

脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3脑内α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制第六十五页，共九十七页。四、C骨架代谢-α-酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类生糖氨基酸：其他生酮氨基酸:Leu&Lys生酮兼生糖氨基酸:

Trp,Thr,Tyr,Ile,Phe(tttip)（三）氧化供能α-酮酸在体内可通过TCA和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。第六十六页，共九十七页。氨基酸碳骨架的代谢第六十七页，共九十七页。第五节：个别氨基酸的代谢第六十八页，共九十七页。（一）γ-氨基丁酸(GABA)GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。一、氨基酸的脱羧作用部分氨基酸脱羧生成相应的胺酶：氨基酸脱羧酶辅酶：含维生素B6的磷酸吡哆醛第六十九页，共九十七页。（二）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。第七十页，共九十七页。（三）5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,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CO2HO-第七十一页，共九十七页。（四）鸟氨酸的脱羧作用多胺化合物能促进核酸和蛋白质的生物合成，是细胞生长及分裂所必需的。第七十二页，共九十七页。

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(onecarbonunit)。

第七十三页，共九十七页。种类甲基(methyl)-CH3亚甲基(methylene)-CH2-次甲基(methenyl)-CH=甲酰基(formyl)-CHO亚胺甲基(formimino)-CH=NH

羟甲基

(Hydroxymethyl)-CH2OH第七十四页，共九十七页。（二）四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+第七十五页，共九十七页。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—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4第七十六页，共九十七页。传递亚甲基谷氨酸谷氨酸传递甲基谷氨酸传递次甲基第七十七页，共九十七页。一碳单位主要来源于氨基酸代谢丝氨酸

N5,N10—CH2—FH4甘氨酸

N5,N10—CH2—FH4组氨酸

N5—CH=NH—FH4色氨酸N10—CHO—FH4（三）一碳单位与氨基酸代谢第七十八页，共九十七页。第七十九页，共九十七页。第八十页，共九十七页。第八十一页，共九十七页。

三、含硫氨基酸与一碳基团胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸

含硫氨基酸第八十二页，共九十七页。（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)第八十三页，共九十七页。甲基转移酶RHRH—CH3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第八十四页，共九十七页。2.甲硫氨酸甲基转移循环(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FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4

转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH3第八十五页，共九十七页。（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢1.半胱氨酸与胱氨酸的互变-2H+2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS2第八十六页，共九十七页。（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第八十七页，共九十七页。第八十八页，共九十七页。

四、芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸第八十九页，共九十七页。（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢苯丙氨酸+O2酪氨酸+H2O苯丙氨酸羟化酶四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤NADPH+H+NADP+此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。第九十页，共九十七页。1.儿茶酚胺(catecholamine)合成第九十一页