蛋白质降解和氨基酸的分解代谢

蛋白质降解和氨基酸的分解代谢第1页，共71页，2023年，2月20日，星期二引言：蛋白质的营养作用及消化吸收1、蛋白质的降解2、氨基酸分解代谢3、尿素的形成4、氨基酸碳骨架的氧化途径5、生糖氨基酸和生酮氨基酸6、氨基酸的重要衍生物7、氨基酸代谢缺陷症第2页，共71页，2023年，2月20日，星期二一、蛋白质营养的重要性（生理功用）1.

蛋白质是生命的物质基础（1）维持细胞、组织的生长、更新、修补（2）催化、运输、代谢调节等均需要蛋白质参与

2.蛋白质是能源物质蛋白质/每克在体内氧化分解可释放约17kJ能量（可由糖或脂肪代替）,约占总能量需求的10%。引言1：蛋白质的营养作用蛋白质的功能结构学：生物膜/结缔组织基质/骨架动力学：酶催化/物质运输/保护/激素第3页，共71页，2023年，2月20日，星期二二、蛋白质的需要量（一）氮平衡（nitrogenbalance）*机体内蛋白质代谢的概况可根据氮平衡实验来确定。蛋白质中氮的平均含量约为16％。蛋白质在体内分解代谢所产生的含氮物质主要由尿、粪排出。测定尿与粪中的含氮量（排出氮）及摄入食物的含氮量（摄入氮）可以反映人体蛋白质的代谢概况。第4页，共71页，2023年，2月20日，星期二A.氮的总平衡

摄入氮=排出氮，即氮的“收支”平衡

反映正常成人的蛋白质代谢情况B.氮的正平衡摄入氮＞排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质

儿童、孕妇及恢复期病人C.氮的负平衡摄入氮＜排出氮，见于蛋白质需要量不足

饥饿或消耗性疾病患者三种氮平衡情况第5页，共71页，2023年，2月20日，星期二（二）生理需要量根据氮平衡实验测定：不进食蛋白质时，成人每日最低分解约20g蛋白质。

成人每日最低需要量30-50g蛋白质（食物蛋白质与人体蛋白质组成差异）我国营养学会推荐：成人每日蛋白质需要量为80g。第6页，共71页，2023年，2月20日，星期二三、蛋白质的营养价值（nutritionvalue）

蛋白质的营养价值取决于蛋白质所含氨基酸的种类、数量与其比例（尤其是必须氨基酸）。某种食物蛋白所含必须氨基酸的量和比例越接近人体蛋白质，其营养价值越高。第7页，共71页，2023年，2月20日，星期二*必需氨基酸（essentialaminoacid）:人体内有8种氨基酸不能合成。体内需要而又不能自身合成，必须由食物供应：缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸

非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）:其余12种氨基酸体内可以合成，不一定需由食物供应。第8页，共71页，2023年，2月20日，星期二人体对必须氨基酸的需要量及其适宜比例第9页，共71页，2023年，2月20日，星期二不同蛋白质中必须氨基酸含量及其比例第10页，共71页，2023年，2月20日，星期二四、提高蛋白质营养价值的方法1、蛋白质的互补作用营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需AA可以互相补充从而提高营养价值。如：谷类蛋白质含赖氨酸较少，色氨酸较多豆类蛋白质含赖氨酸较多，色氨酸较少两者混合食用即可提高营养价值。临床:某些疾病情况下，为保证AA需要，可进行混合AA输液。

2、提高蛋白质的消化率——加工或烹调方法如：大豆蛋白质消化率为60％，磨成豆腐后其消化率达90％第11页，共71页，2023年，2月20日，星期二一、蛋白质的消化食物（蛋白质的消化、吸收）是人体AA的主要来源。蛋白质未经消化不易吸收:

hydrolysis

食物蛋白质氨基酸、小肽

（吸收、利用）

唾液中不含水解蛋白质的酶，故食物蛋白质的消化自胃中开始，但主要在小肠中进行。引言2：蛋白质的消化、吸收与腐败第12页，共71页，2023年，2月20日，星期二胃中的消化

酶：胃蛋白酶（pepsin）

胃酸激活

pepsinogen

pepsin

autocatalysis

胃蛋白酶的最适PH:1.5－2.5

对蛋白质肽键作用的特异性较差。

pepsin

蛋白质多肽、少量AA

第13页，共71页，2023年，2月20日，星期二小肠中的消化

胃中-食物停留时间较短，因此蛋白质消化很不完全。小肠-蛋白质消化的主要部位：

蛋白质的消化产物蛋白酶及肽酶

AA、寡肽及未被消化的蛋白质(胰液、肠粘膜细胞）肠液中的肠激酶可激活各种胰酶原。第14页，共71页，2023年，2月20日，星期二酶：胰酶最适pH为7.0左右胰液中的蛋白酶分为两类：内肽酶（endopeptidase）

外肽酶（exopeptidase）

内肽酶---水解蛋白质肽链内部的一些肽键

胰蛋白酶、糜蛋白酶及弹性蛋白酶等，有一定的专一性。

外肽酶--主要有羧基肽酶A和羧基肽酶B

自肽链羧基末端开始，每次水解掉一个AA残基，对不同AA组成的肽键也有一定专一性。

第15页，共71页，2023年，2月20日，星期二第16页，共71页，2023年，2月20日，星期二第17页，共71页，2023年，2月20日，星期二

寡肽酶存在：小肠粘膜细胞的刷状缘及胞液中例如氨基肽酶及二肽酶

氨基肽酶二肽酶

寡肽二肽AA部位：主要在小肠粘膜细胞内进行。

第18页，共71页，2023年，2月20日，星期二食物中的蛋白质经胃蛋白酶和胰蛋白酶消化后有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，食物蛋白质的95％可以水解完全（一些纤维蛋白只能部分水解）。第19页，共71页，2023年，2月20日，星期二二、氨基酸的吸收部位：主要在小肠中进行吸收载体：载体蛋白

部位：肠粘膜细胞膜上载体蛋白-AA-Na+形成三联体作用：将AA及Na+转运入细胞，Na+则借钠泵排出细胞外，并消耗ATP。

有4种类型的载体，分别参与不同氨基酸的吸收：中性氨基酸载体（主要载体）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20页，共71页，2023年，2月20日，星期二三、蛋白质的腐败作用定义：在消化过程中，有一小部分蛋白质不被消化，也有一小部分消化产物不被吸收。肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物所起的作用，称为～。实质：是细菌本身的代谢过程，以无氧分解为主。部位：大肠的下段。产物：大多数对人体有害，少量FA及维生素K等可被机体利用的物质。a.胺类（amines）的生成b.氨（ammonia）的生成c.其他有害物质的生成（酚类、吲哚、硫化氢等）第21页，共71页，2023年，2月20日，星期二

氨基酸代谢库（metabolicpool）

食物蛋白质经消化而被吸收的AA(外源性AA)与体内组织蛋白质降解产生的AA（内源性AA）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为～。AA由于不能自由通过细胞膜，所以在体内分布也是不均匀的。如：肌肉中AA占总代谢库的50％以上．

肝约占10％，肾约占4％，血浆占1-6％肝中分解--丙氨酸、芳香族AA骨骼肌中分解--支链AA血浆AA是体内各组织之间AA转运的主要形式。肌肉和肝在维持血浆AA浓度的相对稳定中起着重要作用。第22页，共71页，2023年，2月20日，星期二1.

体内（内源）蛋白质降解1.1体内蛋白降解为氨基酸人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡。成人每天约有体内蛋白质的1％～2％被降解体内蛋白质的降解也是由一系列蛋白酶和肽酶完成。真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：

不依赖ATP的过程，在溶酶体内进行，主要降解细胞外来源的蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白质。

依赖ATP和泛素的过程，在细胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命的蛋白质，在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。第23页，共71页，2023年，2月20日，星期二1.2.1溶酶体降解（Lysosomalmechanism）

溶酶体：含50多种水解酶，其内蛋白酶称为组织蛋白酶。内部pH约5.0对蛋白质的降解无选择性1.2

细胞蛋白质降解的机制第24页，共71页，2023年，2月20日，星期二1.2.2泛肽标记降解（Labelledbyubiquitin）

Ubiquitin--acommonpolypeptidethatrepresentsthe"kissofdeath".

对蛋白质有选择性降解消耗ATP泛肽-连接的降解酶(UCDEN)第25页，共71页，2023年，2月20日，星期二"forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation"第26页，共71页，2023年，2月20日，星期二(1)排除不正常的蛋白质(2)维持细胞代谢的秩序1.3

细胞蛋白质降解的意义第27页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.

氨基酸分解代谢CatabolismofAminoAcids2.1脱氨基作用2.2脱羧基作用2.3氨的命运Overviewofthecatabolismofaminoacids第28页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.1脱氨基作用2.1.1转氨基作用(氨基转移反应)2.1.2葡萄糖-丙氨酸循环2.1.3氧化脱氨基作用2.1.4联合脱氨基作用第29页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.1.1转氨基作用(氨基转移反应)氨基转移酶的辅酶：PLPPLP（吡哆醛磷酸）PMP（吡哆胺磷酸）第30页，共71页，2023年，2月20日，星期二转氨酶的“乒乓机制”

第31页，共71页，2023年，2月20日，星期二第32页，共71页，2023年，2月20日，星期二谷氨酸+草酰乙酸α-酮戊二酸+天冬氨酸谷氨酸-天冬氨酸氨基转移酶多数转氨酶的氨基受体第33页，共71页，2023年，2月20日，星期二Alaninecarriesammoniafrommusclestotheliver.

2.1.2葡萄糖-丙氨酸循环谷-丙转氨酶谷-丙转氨酶第34页，共71页，2023年，2月20日，星期二第35页，共71页，2023年，2月20日，星期二谷氨酸脱氢酶少见的例子：该脱氢酶既可以以NAD＋又可以采用NADP＋作为辅酶。线粒体2.1.3氧化脱氨基作用第36页，共71页，2023年，2月20日，星期二1)以谷氨酸脱氢酶为主2)通过嘌呤核苷酸循环2.1.4联合脱氨基作用第37页，共71页，2023年，2月20日，星期二1)以谷氨酸脱氢酶为主第38页，共71页，2023年，2月20日，星期二2)嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用谷氨酸-天冬氨酸氨基转移酶第39页，共71页，2023年，2月20日，星期二哺乳动物中肝脏、大脑、骨骼肌、心肌等的主要脱氨方式。第40页，共71页，2023年，2月20日，星期二1)反应:AA一级胺+CO22)脱羧酶：专一性高（辅酶PLP）3)一级胺的去路：大多数有毒！胺—胺氧化酶—醛、氨—脂肪酸、尿素有生物活性的胺：谷氨酸—γ-氨基丁酸（重要神经递质）组氨酸—组胺（降低血压）酪氨酸—酪胺（升高血压）2.2脱羧基作用第41页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.3氨的命运2.3.1氨的毒性2.3.2驱除多余氨的两个主要反应2.3.3氨的转运2.3.4氨的排泄第42页，共71页，2023年，2月20日，星期二1)改变细胞pH值，引起氨中毒2)消耗α-酮戊二酸、NADPH(脑细胞线粒体)2.3.1氨的毒性第43页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.3.2驱除多余氨的两个主要反应第44页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.3.3氨的转运载体（中性）：1)谷氨酰胺（经血液由肌肉和其他组织运送到肝脏）2)丙氨酸（由肌肉到肝脏）第45页，共71页，2023年，2月20日，星期二2.3.4氨的排泄第46页，共71页，2023年，2月20日，星期二3.

尿素的形成FormationofUrea第47页，共71页，2023年，2月20日，星期二

1932年，德国学者HansKrebs和KurtHenseleit根据一系列实验，首次提出了鸟氨酸循环(ornithinecycle)学说，又称尿素循环(ureacycle)鸟氨酸循环学说的实验根据如下：将大鼠肝的薄切片放在有氧条件下加铵盐保温数小时后，铵盐的含量减少，而同时尿素增多。在此切片中，分别加入各种化合物，并观察它们对尿素生成速度的影响。发现鸟氨酸、瓜氨酸或精氨酸能够大大加速尿素的合成。根据这三种氨基酸的结构推断，它们彼此相关，即鸟氨酸可能是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸又是精氨酸的前体。3.1尿素循环的发现

第48页，共71页，2023年，2月20日，星期二实验还观察到:当大量鸟氨酸与肝切片及NH4十保温时，确有瓜氨酸的积存。早已证实肝含有精氨酸酶，此酶催化精氨酸水解生成鸟氨酸及尿素。

同位素实验：标记的15NH4CL或含15N的AA饲养犬，发现随尿排出的尿素含有15N,但鸟氨酸中不含15N；用含14C标记的NaHCO3饲养犬，随尿排出的尿素也含有14C----urea可由NH3及CO2合成。第49页，共71页，2023年，2月20日，星期二3.2.1．氨基甲酰磷酸的合成3.2.2.瓜氨酸的合成3.2.3.精氨酸的合成3.2.4.精氨酸水解生成尿素

3.2尿素循环的步骤第50页，共71页，2023年，2月20日，星期二3.2.1．氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸含成酶I(CPS-I)。消耗2分子ATP。CPS-l存在于肝细胞线粒体中。*第51页，共71页，2023年，2月20日，星期二鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）存在于肝细胞的线粒体中，并通常与CPS－I结合成酶的复合体。3.2.2．瓜氨酸的合成第52页，共71页，2023年，2月20日，星期二3.2.3．精氨酸的合成第53页，共71页，2023年，2月20日，星期二3.2.4．精氨酸水解生成尿素第54页，共71页，2023年，2月20日，星期二第55页，共71页，2023年，2月20日，星期二*urea分子中的2个氮原子，一个来自氨，另一个则来自天冬氨酸，而天冬氨酸又可由其他氨基酸通过转氨基作用而生成。由此，尿素分子中2个氮原子的来源虽然不同，但都直接或间接来自各种氨基酸。urea合成是一个耗能的过程，合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键。

尿素合成的总反应式：第56页，共71页，2023年，2月20日，星期二三羧酸循环和尿素循环相互联系第57页，共71页，2023年，2月20日，星期二关键酶：氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ调节物：N-乙酰谷氨酸（由谷氨酸在N-乙酰谷氨酸合成酶的催化下与乙酰-CoA合成。）3.3尿素循环的调节第58页，共71页，2023年，2月20日，星期二4.

氨基酸碳骨架的氧化途径所有氨基酸的碳骨架最终都可进入柠檬酸循环彻底氧化第59页，共71页，2023年，2月20日，星期二生糖氨基酸→柠檬酸循环中间代谢物→糖异生→葡萄糖生酮氨基酸→乙酰乙酰CoA→酮体既生糖又生酮氨基酸5.

生糖氨基酸和生酮氨基酸第60页，共71页，2023年，2月20日，星期二生糖氨基酸？既生糖又生酮氨基酸?生酮氨基酸？第61页，共71页，2023年，2月20日，星期二一碳单位的形式许多氨基酸可以作为一碳单位的来源（Gly、Thr、Ser、His）一碳单位的生理功用参与嘌呤和嘧啶的生物合成参与S－腺苷甲硫氨酸的生物合成一碳单位的转移载体——四氢叶酸（THF）6.1氨基酸与一碳单位6.

氨基酸的衍生物质第62页，共71页，2023年，2月20日，星期二6.2氨基酸衍生出的生物活性物质第63页，共71页，2023年，2月20日，星期二p336表30-3。苯丙酮尿症:是由于苯丙氨酸-4-单加氧酶（羟化酶）缺乏引起苯丙酮酸堆积的代谢遗传病。病人尿中排出大量苯丙酮酸。苯丙酮酸堆积对神经有毒害，智力发育出现障碍。

尿黑酸症:是酪氨酸代谢中缺乏尿黑酸氧化酶引起的代谢遗传病。这种病人尿中含有尿黑酸，在碱性条件下暴露于氧气氧化并聚合为类似于黑色素的物质，从而使尿成黑色。

……7.

氨基酸代谢缺陷症第64页，共71页，2023年，2月20日，星期二苯丙氨酸和酪氨酸的代谢正常情况下，苯丙氨酸的主要代谢是经羟化作用，生成酪氨酸。

酶：苯丙氨酸羟化酶是一种加单氧酶辅酶：四氢生物蝶呤第65页，共71页，2023年，2月20日，星期二苯酮酸尿症

苯丙氨酸羟化酶正常情况下：苯丙氨酸酪氨酸（代谢的主要途径）异常情况下：当苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏时：苯丙氨酸苯丙酮酸苯乙酸尿中出现大量苯丙酮酸等代谢产物，称为