第07章氨基酸代谢7.ppt
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1、氨 基 酸 代 谢,第 7 章,Metabolism of Amino Acids,蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein,第一节,一、 体内蛋白质具有多方面的重要功能,(一)蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补,(二)蛋白质参与体内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。,每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ (4.1 kcal)的能量,人体每日18%能量由蛋白质提供。,(三)蛋白质可作为能源物质氧化供能,(四)转变为糖或脂类,二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述,氮平衡(ni
2、trogen balance) 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),蛋白质的生理需要量 成人每日蛋白质最低生理需要量为30g50g,我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,氮平衡的意义 可以反映体内蛋白质代谢的概况。,其余12种氨基酸体内可以合成,称为营养非必需 氨基酸。His、Arg为半必需氨基酸。,三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用
3、率,取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。,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。,如:谷类色氨酸多,赖氨酸少 豆类色氨酸少,赖氨酸多,混合食用可以提高蛋白质的营养价值,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收,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。,(一)在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽,1、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸,胃蛋白酶的最适
4、pH为1.52.5,对蛋白质肽键的作用特异性较差,主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键,产物主要为多肽及少量氨基酸。 凝乳作用,胃蛋白酶(pepsin) 胃蛋白酶原 胃蛋白酶 + 6肽,2、蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸 小肠是蛋白质消化的主要部位。,内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链内部的一些肽键,如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase) 自肽链的末段开始,每次水解一个氨基酸残基,如羧基肽酶(A、B) 、氨基肽酶。,蛋白水解酶作用示意图,肠液中酶原的激活,胰蛋白酶(trypsin),肠激酶(enterokinase),胰蛋白酶原
5、,弹性蛋白酶(elastase),弹性蛋白酶原,糜蛋白酶(chymotrypsin),糜蛋白酶原,羧基肽酶(A或B) (carboxypeptidase),羧基肽酶原(A或B),小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用,例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等,最终产物为氨基酸。,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, 蛋白质经胃液和胰液中各种酶的水解,所得产物1/3是氨基酸,2/3是寡肽。,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,
6、消化过程,胃蛋白酶,PH1.52.5,胰蛋白酶、糜蛋白酶,弹性蛋白酶(内肽酶),食物蛋白质,多肽 +,少量氨基酸,短肽+游离氨基酸,羧肽酶A、B(外肽酶),氨肽酶、二肽酶,游离氨基酸,胃中消化,小肠中消化,(二)氨基酸通过主动转运过程被吸收,吸收部位:主要在小肠 吸收形式:氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制:耗能的主动吸收过程,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。,七种转运蛋白 (transporter),中性氨基酸转运蛋白 酸性氨基酸转运蛋白 碱性氨基酸转运蛋白 亚氨基酸转运蛋白 氨基酸转运蛋白 二肽转运蛋白 三肽转运
7、蛋白,ADP+Pi,ATP,AA,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,吸收机制:,刷状缘,细胞内膜,-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程:,谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成,谷胱 甘肽,半胱氨酰甘氨酸,-谷氨酸 环化酶,5-氧脯 氨酸,谷胱甘肽 合成酶,-谷氨酰 半胱氨酸 合成酶,5-氧脯 氨酸酶,细胞膜,细胞内,细 胞 外,-谷氨酰基循环,氨 基 酸,-谷氨酰 氨基酸,ADP+Pi,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系 此种转运也是耗能的主动吸收过程 吸收作用在小肠近端较强,肽的吸收,二、蛋白质在肠道发生腐败作用,肠道细菌对未被消
8、化的蛋白质及其消化产物所起的以无氧分解为主的分解代谢作用。,腐败作用的产物大多有害,如胺、氨、苯酚、吲哚等;也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,蛋白质的腐败作用(putrefaction),去路:大部分随粪便排出;少量被吸收,经肝的代谢转变而解毒。,(一)肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类,苯丙氨酸,苯乙胺,假神经递质(false neurotransmitter),某些物质结构(如苯乙醇胺,-羟酪胺)与神经递质(如儿茶酚胺)结构相似,可取代正常神经递质从而影响脑功能,称假神经递质。,(二)肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨,降低肠道pH,NH3转变为NH4+以胺盐形式排出,可
9、减少氨的吸收,这是酸性灌肠的依据。,(三)腐败作用产生其它有害物质,正常情况下,上述有害物质大部分随粪便排出,只有小部分被吸收,经肝的代谢转变而解毒,故不会发生中毒现象。,第三节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,一、体内蛋白质分解生成氨基酸,成人体内的蛋白质每天约有1%2%被降解,主要是肌肉蛋白质。 蛋白质降解产生的氨基酸,大约70%80%被重新利用合成新的蛋白质。,蛋白质的半寿期(half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间,用t1/2表示。,(一)蛋白质以不同的速率进行降解,不同的蛋白质降解速率不同,降解速率随生理需要而变化
10、。,不依赖ATP和泛素; 利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。,1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解,(二)真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径,2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解,依赖ATP和泛素 降解异常蛋白和短寿蛋白质,泛素(ubiquitin),76个氨基酸组成的多肽(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接,并使其激活,即泛素化,包括三种酶参与的3步反应,并需消耗ATP。 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。,泛素介导的蛋白质降解过程,二、外源性
11、氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸(内源性氨基酸)混在一起,分布于体内各处参与代谢,称为氨基酸代谢库(metabolic pool) 。,氨 基 酸 代 谢 库,氨基酸代谢概况,三、联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径,脱氨基作用 指氨基酸脱去-氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式,转氨基作用 氧化脱氨基 联合脱氨基 非氧化脱氨基,(一)氨基酸通过转氨基作用脱去氨基,转氨基作用(transamination),1、转氨基作用由转氨酶催化完成,在转氨酶(transaminase)的作用下,某
12、一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸,而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。,反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用,但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、苏氨酸除外。,反应可逆,平衡常数接近于1,逆反应是某些非必需氨基酸的合成途径,反应实质:只有氨基的转移,没有氨基的脱落,氨基的接受体:-酮戊二酸 、草酰乙酸、丙酮酸,正常人各组织中GPT及GOT 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。,血清ALT:肝炎、药物性肝坏死、肝癌、肝硬化等 血清AST :心肌梗死、心肌炎等,2、各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,转氨基作用不仅是体内
13、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。,转氨基作用的生理意义,(二)氧化脱氨基作用,1.定义: 氨基酸通过脱氢、水解产生-酮酸和氨的过程,称为氧化脱氨基作用。 2.反应过程: 3.酶类: 氨基酸氧化酶:是一种需氧脱氢酶,以FAD或FMN为辅基,脱下的氢原子交给O2,生成H2O2。该酶活性不高,种类少,存在的部位局限,故意义不大。, L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基,存在于肝、脑、肾中 辅酶为 NAD+ 或NADP+ GTP、ATP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,NH3,-酮戊二酸,
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