生物化學(xué)：蛋白質(zhì)代謝分解

第十一章蛋白質(zhì)的代謝分解 第一節(jié)蛋白質(zhì)的營(yíng)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(gè)別氨基酸的代謝 蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的重要性1 蛋白質(zhì)能維持組織細(xì)胞的生長(zhǎng) 更新和修補(bǔ) 2 蛋白質(zhì)參與體內(nèi)多種重要的生理活動(dòng) 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(yíng)養(yǎng)作用 氨基酸的生理需要量根據(jù)氮平衡的實(shí)驗(yàn)測(cè)算 在不進(jìn)食蛋白質(zhì)時(shí) 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(bǔ)充30 50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(zhǎng)期維持氮的總平衡 我國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦正常成人每日蛋白質(zhì)需要量為80克 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(lài)氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 體內(nèi)缺乏任何一種 都會(huì)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(lèi)氨基酸稱(chēng)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(chēng)為半必需氨基酸 食物中蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用將營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(bǔ)充 從而提高蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 稱(chēng)為食物蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用 這種互補(bǔ)作用有重要的現(xiàn)實(shí)意義 例如 谷類(lèi)蛋白質(zhì)中賴(lài)氨酸含量低而色氨酸含量高 豆類(lèi)蛋白質(zhì)中賴(lài)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值 因此食物種類(lèi)多源化 是提高蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要途徑 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 2 小腸內(nèi)消化小腸是消化蛋白質(zhì)的主要場(chǎng)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(gè)末端逐個(gè)水解肽鍵產(chǎn)生氨基酸 腸黏膜細(xì)胞分泌的蛋白酶 腸黏膜細(xì)胞 腸激酶 膽汁酸 進(jìn)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(xì)胞和細(xì)胞液中 如氨基肽酶和二肽酶 腸激酶 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(chēng)為蛋白質(zhì)的腐敗作用 一 氨基酸的來(lái)源 1 食物蛋白質(zhì)消化 吸收2 體內(nèi)組織細(xì)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(kù)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(chēng)為氨基酸代謝庫(kù) 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 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 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(guò)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 oxidativedeamination 聯(lián)合脫氨基 combineddeamination 等 其中以聯(lián)合脫氨基最為重要 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(chēng)谷丙轉(zhuǎn)氨酶 GPT 天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶 AST 又稱(chēng)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(guò)程 也是某些非必需氨基酸合成的重要途徑 賴(lài)氨酸 脯氨酸 羥脯氨酸不能進(jìn)行轉(zhuǎn)氨基作用 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 轉(zhuǎn)氨基的作用機(jī)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 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(xì)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?yàn)槟撤N原因使細(xì)胞膜通透性增高或細(xì)胞壞死時(shí) 轉(zhuǎn)氨酶會(huì)大量釋放入血 使血清中轉(zhuǎn)氨酶活性明顯升高 例如 對(duì)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 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(dòng)物肝 腎和腦組織的線(xiàn)粒體反應(yīng)特點(diǎn) 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) 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(shí)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(guò)程 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 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 二 氨的代謝 體內(nèi)代謝產(chǎn)生的氨以及腸道吸收的氨進(jìn)入血液形成血氨 氨具有毒性 中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)氨的毒性極為敏感 生理情況下 氨的來(lái)源和去路始終保持動(dòng)態(tài)平衡 體內(nèi)的血氨濃度很低 一般不超過(guò)47 60 mol L 1mg L 對(duì)于嚴(yán)重肝病患者 其尿素合成能力降低 致使血氨增高 過(guò)量的氨進(jìn)入腦組織造成腦功能紊亂 常與肝性腦病的發(fā)病有關(guān) 1 體內(nèi)氨的來(lái)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(xì)胞經(jīng)水解谷氨酰胺泌氨 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 3 氨的轉(zhuǎn)運(yùn)丙氨酸 葡萄糖循環(huán) 生理意義 1 使肌肉中有毒的氨以無(wú)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 谷氨酰胺的運(yùn)氨作用 部位 腦 肌肉組織細(xì)胞的線(xiàn)粒體內(nèi)作用 將氨運(yùn)至肝 腎酶 谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺酶反應(yīng) 不可逆 耗能 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(chēng)為鳥(niǎo)氨酸循環(huán) ornithinecycle 又稱(chēng)為尿素循環(huán) ureacycle 或Krebs Henseleitcycle 1 氨基甲酰磷酸合成 游離氨是尿素第一個(gè)氮原子的來(lái)源 要點(diǎn) 1 部位 肝細(xì)胞線(xiàn)粒體內(nèi)2 酶 氨基甲酰磷酸合成酶I CPS I CPS I是鳥(niǎo)氨酸循環(huán)中第一個(gè)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ATP4 不可逆 2 瓜氨酸合成 要點(diǎn) 1 酶 鳥(niǎo)氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶 OCT 2 部位 線(xiàn)粒體3 瓜氨酸生成后被轉(zhuǎn)運(yùn)出線(xiàn)粒體 進(jìn)入細(xì)胞液4 不可逆 3 精氨酸合成 天冬氨酸為尿素提供第二個(gè)氮原子 要點(diǎn) 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(guò)程中的主要限速酶 2 部位 細(xì)胞液3 耗能 消耗兩個(gè)高能鍵 4 精氨酸水解生成尿素 要點(diǎn) 1 酶 精氨酸酶 arginase 2 部位 細(xì)胞液 尿素生成的中間步驟 尿素生成總反應(yīng)方程式 高血氨癥和氨中毒 生理情況下 血氨的來(lái)源與去路保持動(dòng)態(tài)平衡 血氨濃度維持在較低水平 機(jī)體不會(huì)發(fā)生氨中毒 尿素的合成是維持這種平衡的關(guān)鍵點(diǎn) 當(dāng)肝功能?chē)?yán)重受損或鳥(niǎo)氨酸循環(huán)中某些酶有遺傳性缺陷時(shí) 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(jī)制尚未完全明了 目前認(rèn)為 高濃度氨進(jìn)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(jìn)行而導(dǎo)致ATP生成減少 大腦功能發(fā)生障礙 嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生昏迷 臨床上稱(chēng)為肝昏迷 hepaticcoma 或肝性腦病 hepaticencephalopathy 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(jìn)行脫羧基作用 生成相應(yīng)的胺類(lèi) 氨基酸脫羧酶的輔酶也是磷酸吡哆醛 胺類(lèi)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(lèi)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(lèi)的蓄積 五 酮酸的代謝氨基酸脫氨基后生成的 酮酸 ketoacid 可以進(jìn)一步代謝 主要有以下方面的途徑 氧化供能代謝中常見(jiàn)的 酮酸有丙酮酸 草酰乙酸 酮戊二酸等 它們?cè)隗w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(shí)釋放能量 供機(jī)體利用 合成非必需氨基酸體內(nèi)的一些營(yíng)養(yǎng)非必需氨基酸一般是通過(guò)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(guò)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(lái)自于氨基酸代謝 也可來(lái)自于糖代謝或TAC 轉(zhuǎn)變成糖及脂類(lèi)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 氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類(lèi) 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(guò)脂肪酸既不能變成糖 也不能變成氨基酸 所以說(shuō) 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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相互轉(zhuǎn)變的樞紐 體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相互聯(lián)系 共同構(gòu)成人體完整的代謝體系 一 一碳單位代謝 定義 某些氨基酸在分解代謝過(guò)程中 能夠產(chǎn)生含有一個(gè)碳原子的有機(jī)基團(tuán) 稱(chēng)為一碳單位 形式 甲基 CH3 甲烯基 CH2 甲炔基 CH 甲?；?CHO 亞氨甲基 CH NH CO CO2不是一碳單位 來(lái)源 甘氨酸 組氨酸 絲氨酸 色氨酸 第五節(jié)個(gè)別氨基酸的代謝 一碳單位不能游離存在 需與四氫葉酸結(jié)合而被轉(zhuǎn)運(yùn) 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(yùn)載體 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(guò)氧化還原作用而彼此互變 一碳單位的生理意義1 作為合成嘌呤和嘧啶的原料如N10 CHO FH4與N5 N10 CH FH4分別是嘌呤環(huán)合成時(shí)C2與C8的來(lái)源 N5 N10 CH2 FH4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(huì)導(dǎo)致核酸合成障礙 影響細(xì)胞分裂 引發(fā)巨幼紅細(xì)胞性貧血 磺胺類(lèi)藥物及氨甲蝶呤等抗腫瘤藥物也是分別通過(guò)影響靶細(xì)胞的葉酸及FH4的合成 進(jìn)而干擾靶細(xì)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(guò)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(guò)程 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 一 甲硫氨酸代謝 1 S 腺苷甲硫氨酸的生成 SAM被稱(chēng)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 2 甲硫氨酸循環(huán) N5 CH3 FH4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N5 CH3 FH4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(shí) 可引起巨幼紅細(xì)胞性貧血 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