生化-c7蛋白质分解代谢

蛋白质是表达生物遗传信息、体现生命特征最重要的物质基础。第九章蛋白质分解代谢

(MetabolismofProtein)

蛋白质的功能是维持组织细胞的生长、更新、修补，参与催化、运输、代谢调节，氧化供能，每克蛋白质氧化可释放17kJ能量。(一)

氮平衡(nitrogenbalance)1.总氮平衡摄入氮=排出氮(正常成人)。2.正氮平衡摄入氮>排出氮(儿童、孕妇等)。3.负氮平衡摄入氮<排出氮(饥饿、消耗性疾病患者)。4.氮平衡意义可反映体内蛋白质代谢的慨况。(二)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。第一节蛋白质的营养作用

(NutritionalFunctionofProtein)

一、蛋白质需要量二、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：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。(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、种类的比例。(三)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的作用。三、蛋白质的肠中腐败作用1.是指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。2.腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚、硫化氢等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。3.蛋白质的摄入不宜过量，否则将加重消化器官负担，导致肠中腐败作用增加。

(一)蛋白质的腐败作用(putrefaction)

(GeneralMetabolismofAminoAcids)第二节氨基酸的一般代谢一、氨基酸代谢概况氧化供能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)α-酮酸脱氨基作用酮体糖胺类脱羧基作用氨尿素代谢转变其他含氮化合物

(嘌呤、嘧啶等)合成二、氨基酸的脱氨基作用氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基嘌呤核苷酸循环

方式

脱氨基作用

是指氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。(一)氧化脱氨基作用2.其辅酶为

NAD+或NADP+。3.GTP、ATP为其抑制剂；GDP、ADP为其激活剂。1.L-谷氨酸脱氢酶广泛存在于肝、脑、肾等组织中。L-谷氨酸α-酮戊二酸亚谷氨酸NH3H2O2CHCOOHNHCHNHCCOOHCCOOHOCCOOHCCOOH+NAD(P)+NAD(P)H+H+CH2COOHCH2CH2COOHCH2CH2COOHCH2(二)转氨基作用(transamination)1.定义

在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸脱掉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。3.反应式2.除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸外，绝大多数氨基酸均可参与转氨基作用。转氨基作用并未产生游离的氨。COOHCOOHNH2CCOOHR1HNH2+CCOOHR2OCR1O+CHR2转氨酶4.转氨基作用的机制氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶(1)转氨基作用的过程是转氨酶的辅酶磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的互变传递氨基。

(2)转氨酶的种类多，专一性强，分布广。如肝细胞含量最高的丙氨酸氨基转移酶(ALT)，以及心肌细胞含量较高的天冬氨酸氨基转移酶(AST)。

5.转氨酶

正常人各组织ALT及AST活性(单位/克湿组织)测定血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和判断预后的主要指标之一。组织(GOT)(GPT)心1560007100骼肌990004800肾9100019000胰腺脾肺血清280002000140001200100007002016ALTAST组织(GOT)(GPT)ALTAST(三)联合脱氨基作用2.联合脱氨基作用1.

定义

两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶

NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶

3.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。苹果酸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(四)嘌呤核苷酸循环此种方式主要在肌肉组织进行。R-5’-P次黄嘌呤核苷酸(IMP)NNNHNONNNNR-5’-PHNHCCH2COOHHOOC腺苷酸代琥珀酸NNNNR-5’-PHN2腺嘌呤核苷酸(AMP)腺苷酸代琥珀酸裂解酶三、α-酮酸代谢(一)α-酮酸经氨基化生成非必需氨基酸。(三)α-酮酸转变成糖及脂类。(二)α-酮酸可通过TCA循环和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，生成ATP。甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸生糖氨基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、色氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸生糖氨基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、色氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别生糖氨基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、色氨酸氨基酸生糖氨基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、色氨酸生糖及生酮氨基酸琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-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α-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TCA循环一、血氨的来源(二)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。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(一)正常人血氨浓度一般不超过60μmol/L。第三节氨的代谢(MetabolismofAmmonia)二、氨的转运(二)丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)

肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝，脱氨后生成丙酮酸异生为糖，为肌肉提供葡萄糖。(一)谷氨酰胺的运氨作用

谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶1.氨和谷氨酸在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解，从而进行解毒。2.谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。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-葡萄糖循环葡萄糖三、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他含氮化合物。合成谷氨酰胺。去路

(一)鸟氨酸循环--尿素的生成1.生成部位

(1)主要是在肝细胞的线粒体及胞液中进行，肾和脑中也可合成极少量的尿素。切除动物肝，动物的血、尿中几乎检测不到尿素。(2)尿素生成的过程由Krebs和Henseleit于1932年提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit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Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸①反应在线粒体中进行。②氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化的反应为不可逆反应。2.生成过程③N-乙酰谷氨酸(AGA)为其激活剂，反应消耗2分子ATP。(2)瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸②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，为不可逆反应。①反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3NH2(CH2)3CHCOOHNH2NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2COO~PO32-NH2COO~PO32-(3)精氨酸的合成①反应在胞液中进行。②精氨酸代琥珀酸合成酶是限速酶。③此反应消耗1分子ATP，2个高能键能量。

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHCOOHCHH2NCH2COOHNHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3④此反应在胞液中进行，由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化。精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH(4)精氨酸水解生成尿素①反应在胞液中进行。②精氨酸酶为肝中特有的酶。尿素鸟氨酸精氨酸C(CH2)3COOHNH2CHNHNH2NH精氨酸酶CNH2NH2O+(CH2)3COOHNH2CHNH2H2O鸟氨酸循环2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸2ATPCPS-I(N-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精氨酸代琥珀酸合成酶H2O(二)一氧化氮的生成1.NO是细胞信号转导的重要气体信号分子。2.精氨酸可通过一氧化氮合酶(NOS)作用，直接氧化为瓜氨酸并产生NO，称一氧化氮合酶支路。NOO2一氧化氮合酶(NOS)精氨酸瓜氨酸鸟氨酸精氨酸代琥珀酸氨基甲酰磷酸尿素延胡索酸天冬氨酸(三)高氨血症和氨中毒1.血氨浓度升高称高氨血症，此时可引起脑功能障碍，称氨中毒。常见于肝功能严重损伤、尿素合成酶系的遗传缺陷。2.氨中毒的可能机制TCA循环↓脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3

脑内α-酮戊二酸↓NH3NADH+H+ATPNAD+NADH+H+NAD+ATPADPADP第四节

氨基酸的特殊代谢

一、氨基酸脱羧基作用(decarboxylation)(IndividualMetabolismofAminoAcids)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛CCOOHNH2HR(一)组胺(histamine)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。(二)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CO2

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。L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2(三)γ-氨基丁酸

(γ-aminobutyricacid,GABA)L-谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脱羧酶

GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。(四)牛磺酸(taurine)牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。L-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸

磺酸丙氨酸脱羧酶CO2(五)多胺(polyamines)

鸟氨酸腐胺

S-腺苷蛋氨酸

(SAM)脱羧基SAM

鸟氨酸脱羧酶CO2SAM脱羧酶CO2精脒(spermidine)5'-甲基-硫-腺苷丙胺转移酶

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。丙胺转移酶二、一碳单位代谢(一)定义

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)。

(二)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(三)四氢叶酸是一碳单位的载体5,6,7,8-四氢叶酸(FH4)CNCNCOHH2N-CCH2NCH-CH2-NH-HNH-C-NH-CH-CH2-CH2-COOHOCOOH10987635

一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上。N5—CH=NH—FH4N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4一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(四)一碳单位与氨基酸代谢(五)一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3(六)一碳单位的功能1.作为合成嘌呤和嘧啶的原料。2.把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。

三、含硫氨基酸的代谢

含硫氨基酸胱氨酸蛋氨酸半胱氨酸CH2SHCHNH2COOHCHCHNHCOOHCH2CHNH2COOH2CHNH2COOHSSCHCHNHCOOHCHCHNHCOOHSSSCH3CH2CHNH2COOHCH2SCHCHCHNHCOOHCH(一)蛋氨酸的代谢1.蛋氨酸与转甲基作用腺苷转移酶PPi+Pi蛋氨酸ATPS—腺苷蛋氨酸(SAM)+S-CH3CH2CH2COOHCHNH2CH2OH~PP~POOH腺嘌呤CH3+CH2CHNH2OHOOH腺嘌呤COOHCH2SCH22.SAM为体内甲基的直接供体甲基转移酶R—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸RHH+CH2CHNH2OHOOH腺嘌呤COOHCH2SCH2CH3+CH2CHNH2OHOOH腺嘌呤COOHCH2SCH2SHCH2CH2COOHCHNH23.蛋氨酸循环(methioninecycle)蛋氨酸S-腺苷同型半胱氨酸S-腺苷蛋氨酸同型半胱氨酸FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4

转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH3(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×半胱氨酸胱氨酸2.硫酸根的代谢CH2HOOOPO3H2腺嘌呤OPOSO3-OOH含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。

PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体。PAPSSO42-+ATPAMP-SO3-(腺苷-5´-磷酸硫酸)3´-PO3H2-AMP-SO3-(3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸，PAPS)

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(一)色氨酸代谢5-羟色胺一碳单位丙酮酸+乙酰乙酰CoA维生素PP色氨酸CHNH2COOHCH2OHCHNH2COOHCH2HCHNH2COOHCH2N(二)苯丙氨酸和酪氨酸的代谢(1)苯丙酮酸尿症(PKU)

苯丙氨酸羟化酶缺陷时，苯丙氨酸不能转变为酪氨酸，生成苯丙酮酸、苯乙酸等从尿排出的一种遗传代谢病。1.苯丙氨酸的代谢苯丙氨酸+O2酪氨酸+H2O苯丙氨酸羟化酶2H+CHNH2COOHCH2苯丙氨酸转氨酶(正常时很少)CCOOHCH2OCOOHCH2苯丙氨酸苯丙酮酸苯乙酸2.儿茶酚胺(catecholamine)

的合成多巴胺生成减少可导致帕金森病(Parkinsondisease)

。OHCHNH2COOHCH2酪氨酸酪氨酸羟化酶OHCHNH2COOHCH2HOCO2OHCH2HOCH2NH2OHCHHOCH2NH2OH