生物化學(xué)蛋白質(zhì)的代謝分解ppt課件

第十一章 蛋白質(zhì)的代謝分解,1,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用 第二節(jié) 蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗作用 第三節(jié) 氨基酸的代謝概況 第四節(jié) 氨基酸的一般代謝 第五節(jié) 個別氨基酸的代謝,2,蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性 1、蛋白質(zhì)能維持組織細胞的生長、更新和修補。 2、蛋白質(zhì)參與體內(nèi)多種重要的生理活動。 3、蛋白質(zhì)可作為能源物質(zhì)氧化供能。,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用,氨基酸的生理需要量 根據(jù)氮平衡的實驗測算，在不進食蛋白質(zhì)時，成人每天最少也要分解約20克蛋白質(zhì)。由于食物蛋白質(zhì)與人體蛋白質(zhì)組成有質(zhì)的差異，不可能全部被利用。因此，成人每天至少需要補充3050克食物蛋白質(zhì)才能維持氮的總平衡，這是蛋白質(zhì)的最低生理需要量。要長期維持氮的總平衡，我國營養(yǎng)學(xué)會推薦正常成人每日蛋白質(zhì)需要量為80克。,3,必需氨基酸 必需氨基酸是指人體需要但是體內(nèi)不能合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種，包括纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、酸酸、賴氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸，體內(nèi)缺乏任何一種，都會引起氮負(fù)平衡。其他12種氨基酸體內(nèi)可以合成，不由食物供給，這類氨基酸稱為非必需氨基酸。酪氨酸和半胱氨酸雖然體內(nèi)能合成，但要以苯丙氨酸、甲硫氨酸為原料轉(zhuǎn)化生成，故二者被稱為半必需氨基酸。,食物中蛋白質(zhì)的互補作用 將營養(yǎng)價值低的蛋白質(zhì)混合食用，彼此間必需氨基酸可以得到相互補充，從而提高蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值，稱為食物蛋白質(zhì)的互補作用。這種互補作用有重要的現(xiàn)實意義，例如，谷類蛋白質(zhì)中賴氨酸含量低而色氨酸含量高，豆類蛋白質(zhì)中賴氨酸含量較高而色氨酸含量較低，兩者混合食用即可提高蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值。因此食物種類多源化，是提高蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的重要途徑。,4,一、蛋白質(zhì)的消化,芳香族氨基酸 甲硫氨酸 亮氨酸,胃蛋白酶,胃蛋白酶原,胃酸,多肽 少量氨基酸,第二節(jié) 蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗作用,1、胃內(nèi)消化,5,2、小腸內(nèi)消化 小腸是消化蛋白質(zhì)的主要場所。 胰腺分泌的蛋白酶 內(nèi)肽酶：糜蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶 水解肽鏈非末端肽鍵產(chǎn)生寡肽 外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶A、羧基肽酶B 從肽鏈兩個末端逐個水解肽鍵產(chǎn)生氨基酸,6,腸黏膜細胞分泌的蛋白酶,腸黏膜細胞,腸激酶,膽汁酸,進入腸液,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,糜蛋白酶元 彈性蛋白酶原 羧基肽酶原,氨基肽酶,寡肽,氨基酸,二肽,二肽酶,氨基酸,寡肽酶 存在于腸黏膜細胞和細胞液中，如氨基肽酶和二肽酶,腸激酶,7,二、蛋白質(zhì)的腐敗作用 未被消化的蛋白質(zhì)和未被吸收的消化產(chǎn)物，在大腸下部受腸道菌作用被分解，此作用稱為蛋白質(zhì)的腐敗作用。,8,一、氨基酸的來源,1、食物蛋白質(zhì)消化、吸收 2、體內(nèi)組織細胞合成非必需氨基酸 3、體內(nèi)組織蛋白分解,氨基酸代謝庫 經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性）與體內(nèi)組織蛋白水解產(chǎn)生的氨基酸（內(nèi)源性）混與一起，分布于體內(nèi)各處，稱為氨基酸代謝庫。其主要功能是合成蛋白質(zhì)與多肽。,第三節(jié) 氨基酸的代謝概況,9,第四節(jié) 氨基酸的一般代謝,一、氨基酸的脫氨基作用 二、氨的代謝 三、-酮酸的代謝 四、氨基酸的脫羧基作用,10,一、氨基酸的脫氨基作用,氨基酸的脫氨基作用 脫氨基作用是氨基酸分解代謝最主要的途徑。氨基酸可通過多種脫氨基方式脫去氨基，生成-酮酸，如轉(zhuǎn)氨基（transamination）、氧化脫氨基（oxidative deamination）、聯(lián)合脫氨基（combined deamination）等，其中以聯(lián)合脫氨基最為重要。,11,1.轉(zhuǎn)氨基作用,主要的轉(zhuǎn)氨酶： 丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT），又稱谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT） 天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST），又稱谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）,轉(zhuǎn)氨基作用是可逆的。因此，轉(zhuǎn)氨基作用既是氨基酸的脫氨基分解過程，也是某些非必需氨基酸合成的重要途徑。 賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸不能進行轉(zhuǎn)氨基作用。,12,轉(zhuǎn)化關(guān)系：丙氨酸和丙酮酸 -酮戊二酸和谷氨酸 天冬氨酸和草酰乙酸,13,轉(zhuǎn)氨基的作用機制,轉(zhuǎn)氨酶的輔酶都是維生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛。 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的相互轉(zhuǎn)變，起著傳遞氨基的作用。,14,生理意義：轉(zhuǎn)氨基作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸和氨基酸互變的重要途徑之一。另外，轉(zhuǎn)氨基作用還是聯(lián)合脫氨基的重要組成環(huán)節(jié)。,正常情況下，轉(zhuǎn)氨酶主要存在于組織細胞內(nèi)，血清中轉(zhuǎn)氨酶的活性很低。肝組織中GPT的活性最高，心肌組織中GOT的活性最高。 如果因為某種原因使細胞膜通透性增高或細胞壞死時，轉(zhuǎn)氨酶會大量釋放入血，使血清中轉(zhuǎn)氨酶活性明顯升高。例如，對于急性肝炎患者，其血清GPT活性顯著增高，而心肌梗死患者血清中的GOT活性則明顯上升。臨床上可以此作為疾病的診斷及預(yù)后判斷的指標(biāo)之一。,15,2、氧化脫氨基作用,主要的酶：L-谷氨酸脫氫酶 輔酶：NAD+或NADP+ 部位：哺乳動物肝、腎和腦組織的線粒體 反應(yīng)特點：可逆，一般偏向于谷氨酸的合成 調(diào)節(jié)：ATP和GTP為該酶的變構(gòu)抑制劑，GDP和ADP為該酶的變構(gòu)激活劑 催化的反應(yīng)：,16,3、聯(lián)合脫氨基作用,是體內(nèi)氨基酸脫氨基的主要途徑，同時其逆反應(yīng)也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要途徑。,兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下-氨基生成-酮酸的過程。,17,轉(zhuǎn)氨基作用偶聯(lián)L-谷氨酸氧化脫氨基途徑 發(fā)生在： 肝、腎等組織,18,轉(zhuǎn)氨基作用偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)途徑 發(fā)生在：骨骼肌和心肌組織,19,二、氨的代謝：,體內(nèi)代謝產(chǎn)生的氨以及腸道吸收的氨進入血液形成血氨。氨具有毒性，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對氨的毒性極為敏感。 生理情況下，氨的來源和去路始終保持動態(tài)平衡，體內(nèi)的 血氨濃度很低，一般不超過4760mol/L（1mg/L）。 對于嚴(yán)重肝病患者，其尿素合成能力降低，致使血氨增高，過量的氨進入腦組織造成腦功能紊亂，常與肝性腦病的發(fā)病有關(guān)。,20,1、體內(nèi)氨的來源：,體內(nèi)氨基酸脫氨基作用 體內(nèi)含氮化合物的分解 食物蛋白質(zhì)的腐敗作用和透入腸道的尿素水解產(chǎn)生氨 腎小管上皮細胞經(jīng)水解谷氨酰胺泌氨,21,2.氨的去路,體內(nèi)80%90%氨的去路是在肝臟合成尿素 合成谷氨酰氨 合成某些含氮化合物 經(jīng)腎臟泌氨與H+結(jié)合后以銨鹽形式排出體外,22,3、氨的轉(zhuǎn)運 丙氨酸葡萄糖循環(huán),23,生理意義： 1、使肌肉中有毒的氨以無毒的丙氨酸形式輸出。 2、為肝臟提供合成尿素的氮源和糖異生的原料，而肝糖異生產(chǎn)生的葡萄糖既為肌肉組織提供能量又為肌肉排氨再循環(huán)提供了丙酮酸。,24,谷氨酰胺的運氨作用,部位：腦、肌肉組織細胞的線粒體內(nèi) 作用：將氨運至肝、腎 酶：谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺酶 反應(yīng)：不可逆，耗能,25,三、尿素的合成 1、部位：肝臟是尿素合成的主要器官。腎臟是排泄尿素的主要器官。 2、尿素合成途徑：肝臟合成尿素的途徑稱為鳥氨酸循環(huán)（ornithine cycle），又稱為尿素循環(huán)(urea cycle)或Krebs-Henseleit cycle。,26,（1）氨基甲酰磷酸合成：,游離氨是尿素第一個氮原子的來源。,要點：1、部位：肝細胞線粒體內(nèi) 2、酶：氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I） 【CPS-I是鳥氨酸循環(huán)中第一個限速酶，AGA是此酶的變構(gòu)激活劑，它由乙酰CoA和谷氨酸合成?！?3、耗能：消耗2分子ATP 4、不可逆,27,（2）瓜氨酸合成：,要點：1、酶：鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶（OCT） 2、部位：線粒體 3、瓜氨酸生成后被轉(zhuǎn)運出線粒體，進入細胞液 4、不可逆,28,（3）精氨酸合成：,天冬氨酸為尿素提供第二個氮原子,要點：1、酶：精氨酸代琥珀酸合成酶和精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成過程中的主要限速酶。 2、部位：細胞液 3、耗能：消耗兩個高能鍵,29,（4）精氨酸水解生成尿素：,要點：1、酶：精氨酸酶（arginase） 2、部位：細胞液,30,尿素生成的中間步驟,31,尿素生成總反應(yīng)方程式：,32,高血氨癥和氨中毒：,生理情況下，血氨的來源與去路保持動態(tài)平衡，血氨濃度維持在較低水平，機體不會發(fā)生氨中毒。尿素的合成是維持這種平衡的關(guān)鍵點。當(dāng)肝功能嚴(yán)重受損或鳥氨酸循環(huán)中某些酶有遺傳性缺陷時，尿素的合成發(fā)生障礙，使血氨濃度升高，發(fā)生高血氨癥(hyperammonemia)。 高血氨癥可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，其分子機制尚未完全明了。目前認(rèn)為，高濃度氨進入腦組織后，可與腦中的-酮戊二酸結(jié)合生成谷氨酸及谷氨酰胺，導(dǎo)致 腦中-酮戊二酸被大量消耗，三羧酸循環(huán)不能有效進行而導(dǎo)致ATP生成減少，大腦功能發(fā)生障礙，嚴(yán)重時可發(fā)生昏迷，臨床上稱為肝昏迷（hepatic coma）或肝性腦?。╤epatic encephalopathy）。,33,四、氨基酸的脫羧基作用,有些氨基酸在脫羧酶的作用下可進行脫羧基作用，生成相應(yīng)的胺類。 氨基酸脫羧酶的輔酶也是磷酸吡哆醛。 胺類生成后可在胺氧化酶作用下氧化生成相應(yīng)的醛、氨和H2O2，醛類繼續(xù)氧化生成羧酸，羧酸再繼續(xù)氧化生成H2O和CO2或隨尿排出，避免了胺類的蓄積。,34,35,五、-酮酸的代謝 氨基酸脫氨基后生成的-酮酸（-ketoacid）可以進一步代謝，主要有以下方面的途徑：,氧化供能 代謝中常見的-酮酸有丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸等，它們在體內(nèi)均可轉(zhuǎn)變成乙酰CoA或三羧酸循環(huán)的中間代謝物，在循環(huán)中徹底氧化成CO2和H2O，同時釋放能量，供機體利用。 合成非必需氨基酸 體內(nèi)的一些營養(yǎng)非必需氨基酸一般是通過相應(yīng)的-酮酸氨基化生成。例如，丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸經(jīng)過氨基化后可分別轉(zhuǎn)變成丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。-酮酸可來自于氨基酸代謝，也可來自于糖代謝或TAC。 轉(zhuǎn)變成糖及脂類化合物 氨基酸脫去氨基后生成的酮酸繼續(xù)代謝，最終可生成七種主要的中間代謝物：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA以及TAC的中間產(chǎn)物酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸。,36,氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類,37,綜上所述，氨基代謝與糖及脂肪的代謝是相互聯(lián)系的。氨基酸可轉(zhuǎn)變成糖和脂肪；糖也可以轉(zhuǎn)變成脂肪和一些非必需氨基酸的碳鏈；不過脂肪酸既不能變成糖，也不能變成氨基酸。所以說，TCA不僅是氨基酸、糖及脂肪徹底氧化的共同通路，也是這幾大營養(yǎng)物質(zhì)相互轉(zhuǎn)變的樞紐。體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)相互聯(lián)系，共同構(gòu)成人體完整的代謝體系。,38,一、一碳單位代謝,定義： 某些氨基酸在分解代謝過程中，能夠產(chǎn)生含有一個碳原子的有機基團，稱為一碳單位。,形式： 甲基（CH3）,甲烯基（CH2）,甲炔基（CH=）, 甲?；–HO）,亞氨甲基（CH=NH） CO、CO2不是一碳單位,來源：甘氨酸、組氨酸、絲氨酸、色氨酸,第五節(jié) 個別氨基酸的代謝,39,一碳單位不能游離存在，需與四氫葉酸結(jié)合而被轉(zhuǎn)運。 一碳單位通常結(jié)合于FH4分子的N5、N10位上，結(jié)合后一碳單位才具有活性,F,FH2還原酶,NADPH+H+,NADP+,FH2,FH4,FH2還原酶,NADPH+H+,NADP+,四氫葉酸（FH4） 四氫葉酸是一碳單位的運載體。,40,一碳單位的互變與代謝意義,（1）、一碳單位的互變 一碳單位可由不同氨基酸分解代謝產(chǎn)生，但在不同分子形式的一碳單位之間，除N5-CH3-FH4的生成為不可逆反應(yīng)外，其余均可通過氧化還原作用而彼此互變。,41,一碳單位的生理意義 1、作為合成嘌呤和嘧啶的原料 如N10CHOFH4與N5,N10CHFH4分別是嘌呤環(huán)合成時C2與C8的來 源；N5,N10CH2FH4為脫氧胸苷酸dTMP的生成提供甲基。因此，一碳單位是核酸生物合成中必不可少的原料。 一碳單位代謝障礙或FH4供給不足，會導(dǎo)致核酸合成障礙，影響細胞分裂，引發(fā)巨幼紅細胞性貧血?；前奉愃幬锛鞍奔椎实瓤鼓[瘤藥物也是分別通過影響靶細胞的葉酸及FH4的合成，進而干擾靶細胞的一碳單位代謝與核酸合成而發(fā)揮其抗菌或抗腫瘤作用的。 1、參與重要物質(zhì)的合成 一碳單位代謝與S-腺苷甲硫氨酸的循環(huán)相連，通過S-腺苷甲硫氨酸參與的甲基化反應(yīng)，間接參與膽堿、肌酸、軟磷脂、腎上腺素的合成及核苷酸的甲基化修飾等多種代謝過程。,42,二、含硫氨基酸的代謝,甲硫氨酸,半胱氨酸,胱氨酸,甲硫氨酸為必需氨基酸,體內(nèi)含硫氨基酸有三種，即甲硫氨酸、半胱氨酸，胱氨酸。,43,（一）甲硫氨酸代謝,1、S-腺苷甲硫氨酸的生成,SAM被稱為活性甲硫氨酸，其分子中的甲基為活性甲基，可直接參與甲基化反應(yīng)。SAM是體內(nèi)甲基最重要的直接供體。,44,2、甲硫氨酸循環(huán),N5CH3FH4將甲基轉(zhuǎn)移給同型半胱氨酸生成甲硫氨酸的反應(yīng)，是目前已知體內(nèi)唯一能利用N5CH3FH4的反應(yīng)。 催化此反應(yīng)的酶是N5-甲基四 氫葉酸甲基轉(zhuǎn)移酶，其輔酶是維生素B12。當(dāng)維生素B12缺乏時，可引起巨幼紅細胞性貧血。,45,3、甲硫氨酸為肌酸的合成提供甲基,肌酸激酶是一種二聚體蛋白，由M型（肌型）和B型（腦型）兩種亞基構(gòu)成MM、MB