生物化学课件(杨洋)7-氨基酸代谢-lg.ppt
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1、Chapter 7 Metabolism of Amino Acids,第七章 氨基酸代谢,本章要求 1.掌握联合脱氨基作用的过程和意义 2.掌握尿素合成的部位和全过程 3.掌握一碳单位的概念、来源、载体和功能 4.掌握下列概念 nitrogen balance; essential amino acid; amino acid pool; one carbon unit; 蛋白质的互补作用;联合脱氨基作用,第一节 蛋白质的营养作用,一. 蛋白质的生理功能 (一)维持细胞组织的生长、更新和修补,(二)参与多种重要的生理活动 酶、多肽激素、抗体、调节蛋白、肌肉收缩、血液凝固、胺类神经递质等,(三
2、)氧化供能 17.19kJ(4.1kCal)/g蛋白质,二.蛋白质的需要量,(一)氮平衡(nitrogen balance) 蛋白质含氮量16%,1. 氮的总平衡 摄入氮=排出氮 正常成人,2. 氮的正平衡 摄入氮排出氮 儿童、孕妇和恢复期病人,3. 氮的负平衡 摄入氮排出氮 饥饿、消耗性疾病,(二)生理需要量 成人: 分解20g/日 最低需30-50g/日 我国营养学会推荐80g/日,(三)蛋白质的营养价值 营养必需氨基酸(essential amino acids) 体内不能合成,必需由食物供给的氨基酸,赖氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、 苯丙氨酸、组氨酸,条件
3、必需氨基酸: 儿童生长期和某些疾病情况下易缺乏 精氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、脯氨酸、酪氨酸,营养非必需氨基酸 丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、丝氨酸,Table 7-1,食物蛋白质的互补作用: 营养价值较低的食物蛋白质混合食用, 从而提高蛋白质营养价值的作用。 如: 谷类蛋白质:赖氨酸少,色氨酸多 豆类蛋白质:赖氨酸多,色氨酸少,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败 一. 蛋白质的消化,(一)胃中的消化 胃蛋白酶原(Pepsinogen) 胃蛋白酶(Pepsin) (胃黏膜主细胞分泌),(二)小肠中的消化 1. 胰液中的蛋白酶及其作用 内肽酶(endopeptidase): 胰蛋白酶(
4、trypsin) 糜蛋白酶(chymotrypsin) 弹性蛋白酶(elastase) 外肽酶(exopeptidase) 羧基肽酶A(carboxypeptidase A) 羧基肽酶B(carboxypeptidase B) 氨基肽酶(aminopeptidase),胃蛋白酶、HCl,氨基末端,胃蛋白酶原 (MW 40000),胃蛋白酶 (MW 33000),胰蛋白酶原 (MW 24000),胰蛋白酶 (MW 23200),胰蛋白酶,胰蛋白酶,糜蛋白酶原 (MW 24000),糜蛋白酶 (MW 23500),S,S,S,S,S,S,S-,S-,图7-1 一些蛋白水解酶原的激活,肠激酶(或胰蛋
5、白酶),42 aa,图7-2 蛋白水解酶对蛋白质的消化作用,2. 肠液中肠激酶的作用和小肠 黏膜细胞的消化作用 (1). 肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活,(2). 小肠黏膜细胞对蛋白质的消化作用,胰蛋白酶原 肠激酶 胰蛋白酶,糜蛋白酶原 糜蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶 (A及B) (A及B),肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活作用,二.氨基酸的吸收 (一)氨基酸吸收的载体(carrier protein) 中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸和甘氨酸载体,图7-3 肠黏膜细胞氨基酸载体蛋白的作用,(二) 谷氨酰基循环对氨基酸
6、的转运作用 谷氨酰基循环: -glutamyl cycle or Meister循环,4,三.蛋白质的腐败(putrefaction) 肠道细菌对蛋白质及其消化产物的作用 (一)胺类的生成,-CH2-CH2NH2,-CHOH-CH2NH2,HO-,-CH2-CH2NH2,HO-,-CHOH-CH2NH2,苯乙胺,苯乙醇胺,酪胺,-羟酪胺,(二)氨的生成 氨基酸脱氨,尿素分解,(三)其他有害物质的生成 苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢,第三节 氨基酸的一般代谢,1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation),蛋白质T1/2: 人血浆蛋白质 10天 肝蛋白质 1-8天 结缔组织 180天,真核
7、生物中蛋白质的降解有两条途径,不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白, 依赖泛素(ubiquitin)的降解过程, 溶酶体内降解过程,依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白,泛素,76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,1. 泛素化(ubiquitination),泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接,并使其激活。,2. 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,图7-5 蛋白质降解的泛素化反应 Ub:泛素 E1:泛素激活酶 E2:泛素结合酶 E3:泛素蛋白连接
8、酶 Pr:被降解的蛋白质,图7-6 泛素-蛋白酶系统,氨基酸代谢库(metabolic pool): 体内所有游离氨基酸的总称,肌肉50% 肝脏10% 肾脏4% 血浆1-6%(半寿期15分钟),图7-7 氨基酸代谢概况,一. 氨基酸的脱氨基作用 联合脱氨基作用:,R | H2N-C-H | COOH,R | C=O | COOH,COOH | CH2 | CH2 | C=O | COOH,COOH | CH2 | CH2 | H2N-C-H | COOH,NH3 + NADH + H+,H2O + NAD+,谷氨酸,酮酸,酮戊二酸,氨基酸,转氨酶,谷氨酸脱氢酶,图7-5 联合脱氨基作用,(一)
9、 转氨基作用 1. 转氨酶与转氨基作用,R1 | H-C-NH2 + | COOH,R2 | H-C-NH2 | COOH,R2 | C=O | COOH,R1 | C=O + | COOH,转氨酶,谷丙转氨酶:glutamic pyruvic transaminase(GPT) (丙氨酸转氨酶 alanine transaminase, ALT) 谷草转氨酶:glutamic oxaloacetic transaminase(GOT) (天冬氨酸转氨酶 aspartate transaminase, AST),ALT 谷氨酸 丙酮酸 酮戊二酸 丙氨酸 AST 谷氨酸 草酰乙酸 酮戊二酸 天冬
10、氨酸,表7- 正常成人组织中GOT及GPT活性 组织 (单位湿组织) (单位湿组织) 心 156000 7100 肝 142000 44000 骨骼肌 99000 4800 肾 91000 19000 胰腺 28000 2000 脾 14000 1200 肺 10000 700 血清 20 16 ,转氨酶的辅酶:维生素的磷酸酯,2. 转氨基作用的机理,-H2O HOOC-CH-NH2 + O=CH-R HOOC-CH-N=CH-R | H2O | R R Schiff硷 氨基酸 磷酸砒哆醛 分子重排 -H2O HOOC-C=O + H2N-CH2-R HOOC-C=N-CH2-R | +H2O
11、 | R R -酮酸 磷酸砒哆胺 Schiff硷异构体,二. L-谷氨酸氧化脱氨基作用 组织:肝、肾、脑,L谷氨酸,a酮戊二酸,天冬氨酸,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸代琥珀酸,次黄嘌呤核苷酸 (IMP),腺嘌呤核苷酸 (AMP),图7-6 嘌呤核苷酸循环,(三) 嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用 组织:骨骼肌、心肌,二. 酮酸的代谢 (一) 生成非必需氨基酸 (二) 转变成糖和脂类 (三) 氧化供能,表7-3 氨基酸生糖及生酮性质的分类 - 类别 氨基酸 - 生糖氨基酸 甘、丝、缬、精、半胱、脯、羟脯、丙、 组、谷、谷氨酰胺、天冬、天冬酰胺、甲硫 生酮氨基酸 亮、赖 生糖兼生酮氨基酸 异亮、苯
12、丙、酪、苏、色 -,葡萄糖或糖原 甘油三酯 磷酸丙糖 -磷酸甘油 脂肪酸 磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮体 草酰乙酸 柠檬酸 延胡索酸 酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,亮氨酸 异亮氨酸 色氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,苯丙氨酸 酪氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,图7-8 氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,NH3,氨基酸脱氨基作用 肠道蛋白质的腐败 谷氨酰胺(肾),尿素 合成谷氨酰胺 合成核苷酸、非必需氨基酸 NH4
13、尿,第三节 氨的代谢 血氨: 0.1 mg/dl (0.6 mol/L),体内氨的来源与去路:,+,一. 体内氨的来源 1. 氨基酸脱氨基以及胺、嘌呤、嘧啶的分解 胺氧化酶 RCH2NH2 RCHO + NH3,二. 氨的转运 氨在血液中的运输形式:丙氨酸和谷氨酰胺 (一)丙氨酸-葡萄糖循环 意义: 使肌肉的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝,图7-9 丙氨酸-葡萄糖循环,COOH CONH2 | | (CH2)2 NH3 +ATP ADP + Pi (CH2)2 | 谷氨酰胺合成酶 | CHNH2 CHNH2 | 谷氨酰胺酶 | COOH NH3 H2O COOH L-谷氨酸 谷氨酰胺,(二) 谷
14、氨酰胺的运氨形式,脑,肌肉,肝,肾,谷氨酰胺:氨的解毒产物,氨的贮存和运输形式,谷氨酰胺 天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 蛋白质,白血病细胞,天冬酰胺酶 天冬氨酸,+,三.尿素的生成 (一) 合成部位: 肝脏,(二)合成机理 鸟氨酸循环,NH2 NH2 | | C=O C=NH | | NH2 NH NH | | | (CH2)3 (CH2)3 (CH2)3 | | | CH-NH2 CH-NH2 CH-NH2 | | | COOH COOH COOH 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸,图7-10 尿素生成的鸟氨酸循环,(三)合成过程,O 氨基甲酰磷酸合成酶I | CO2 + NH3 H2N-C-
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