第十一章蛋白质降解及氨基酸代谢.ppt
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1、第十一章 蛋白质降解及氨基酸代谢,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,第三节 氨基酸的分解代谢,第四节 氨的运输与尿素形成,第五节 氨基酸碳骨架的进一步代谢,第六节 由氨基酸衍生的重要化合物,第七节 氨基酸的生物合成概况,肠激酶 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶 氨肽酶原 氨肽酶 激活作用依次递减,一、蛋白质的消化,2、小肠消化,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,一、蛋白质生理功用 二、蛋白质的营养价值与必需氨基酸 三、氮平衡及最低生理需求量,一、蛋白质生理功用,1、维持细胞生长、发育、更新和修复
2、 2、催化功能 酶 3、免疫功能 抗体 4、调节功能 激素 5、组成重要化合物 脂蛋白、糖蛋白等 6、供能:1克蛋白质 4千卡能量 7、其水解产物氨基酸 参与重要生理作用,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,二、蛋白质的营养价值与必需氨基酸,衡量蛋白质的营养价值高、低(优、劣)标准: 含量多少和种类多少? 是否与人体蛋白质组分相近? 人体有8种必需氨基酸:Phe、Met、Trp、Lys、The、Val、Leu、Ile. Arg. His. 在体内只合成少量,也有人将之划为必需氨基酸。,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,蛋白质的互补作用:采用混合食用蛋白质,使氨基酸种类和含量更接近人类,而提高蛋白
3、质的生理价值的现象。 例:采用小麦:小米:牛肉:大豆 = 39:13:26:22 混合饲料喂大鼠,测其生理价值是89,远高于单独食用的生理价值。,三、氮平衡及最低生理需求,氮平衡: 机体摄入蛋白质(氮)量 机体排出蛋白质(氮)量 正氮平衡: 负氮平衡: 蛋白质含氮量:16 %,即:1 克 N = 6.25 克蛋白质, 机体排出蛋白质(N)量约 5 克, 故成人每日需食入 3050 克蛋白质才能维持氮平衡,营养学上称之为 最低生理需求量。,动态平衡,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,一、消化,二、吸收,三、腐败作用,四、氨基酸代谢概况,一、蛋白质的消化(蛋白
4、质降解) P302,1、胃部消化,食物,胃,促进胃分泌胃泌素,刺激胃中壁细胞分泌盐酸,主细胞,胃蛋白酶原,松散,分泌,自身催化,胃蛋白酶,N-端42个氨基酸的肽段脱落,可水解Phe、Trp、Tyr、Leu、 Glu等肽键,食物蛋白质 (大分子),多肽(小分子),第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,一、蛋白质的消化,2、小肠消化,胃液及蛋白质消化产物多肽等,小肠,胃酸,H2CO3,肠促胰液肽,血液,胰腺,食物中的氨基酸 及游离氨基酸,十二脂肠分泌蛋白酶原,降低小肠酸性(pH升高),刺激,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,二、蛋白质的吸收,吸收形式:游离氨基酸、二肽;小肠C吸收 吸收机制:耗
5、能需Na+的主动转运: Na+K+ATP酶(Na+泵)作用。,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,三、蛋白质的腐败作用,未被消化吸收的蛋白质及氨基酸在大肠下部受细菌作用,产生胺类、酚类、吲哚及H2S、NH3等产物。 作用方式: 1、脱羧基、脱氨基作用: 2、氧化还原及水解等: Ala 乙胺+ CO2, Ala 丙酮酸 + NH3 鸟氨酸 腐胺+ CO2 , Lys 尸胺, Tyr 酪胺+ CO2 Trp 吲哚, Cys H2S 酚类 + NH3,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,消化吸收,合成,分解,肾,合成,外源:食物prot 内源:自身合成非必需氨基酸 组织prot(酶等) 脱羧基
6、脱氨基作用 排出 NH3 胺类 CO2 酮酸 糖类 尿素 TCA 酮体,四、氨基酸代谢概况,体内氨基酸代谢库,非蛋白含氮化合物 (嘌呤,嘧啶,胆碱,肌酸等),(鸟氨酸循环),第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,第三节 氨基酸的分解代谢 P303,一、脱氨基作用,二、脱酰胺基作用,三、转氨基作用,四、联合脱氨基作用,(二)非氧化脱氨基作用,(一)氧化脱氨基作用,五、脱羧基作用,(一)氧化脱氨基作用P306-307,一、脱氨基作用,氨基酸氧化酶,催化氧化脱氨基作用的酶主要有: 1、L氨基酸氧化酶(二种类型): 一类以FAD为辅基,一类以FMN为 辅基 2、D氨基酸氧化酶:以FAD为辅基,催化DA
7、A氧化脱氨基。 3、氧化专一氨基酸的酶: (1)甘氨酸氧化酶(FAD) (2)D天冬氨酸氧化酶(FAD) (3)L谷氨酸脱氢酶(NAD+或NADP+):不需氧脱氢酶,(反应包括 脱氢、 水解 二个步骤),(一)氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,(1) 甘氨酸氧化酶(FAD):,(2)D天冬氨酸氧化酶(FAD),(3)L谷氨酸脱氢酶(NAD+或NADP+):不需氧脱氢酶,(一)氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,谷氨酸脱氢酶 味精(谷氨酸钠盐)生产:酮戊二酸 谷氨酸 NH3,L谷氨酸脱氢酶催化的反应特点: (A)该酶分布广、活性强,真核C中多存在于线粒体基质内。 (B)不直接需氧,以NAD+或NADP
8、+为辅酶。 (C)可逆反应,平衡点的移动决定于产物:NADH(或NADPH) 呼吸链,主要作用是催化谷氨酸脱 2H 脱 NH3 合成尿素,(D) 此酶为 别 构 酶,分子量:336000,含6个相同的亚基。 (-) (+) ATP、GTP、NADH , ADP、GDP,(二)非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,大多在微生物C 内进行,1、还原脱氨基作用,2、水解脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用,4、脱硫氢基脱氨基作用,5、氧化还原脱氨基作用,(二)非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,1、还原脱氨基作用,2、水解脱氨基作用,(二)非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用,4、脱硫氢基脱氨基
9、作用,分子重排,分子重排,(二)非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,5、氧化还原脱氨基作用:,二、脱酰胺基作用,三、转氨基作用,(一)概念,(二)转氨酶(氨基移换酶)及辅基(磷酸吡哆醛),(三)作用机制,P303-05,(一)概念,三、转氨基作用,指- 氨基酸和酮酸之间在酶催化下的氨基转移作用,- 氨基酸1,- 酮酸1,例:,转氨酶,- 酮酸2,- 氨基酸2,用15NH2标记实验证明,除Gly、Lys、The、Pro等氨基酸外,其余氨基酸均能进行转氨反应。不同氨基酸与- 酮戊二酸的转氨作用在氨基酸分解代谢中占有重要地位。,(二)转氨酶(氨基移换酶)及辅基(磷酸吡哆醛),三、转氨基作用,例: 谷丙
10、转氨酶(GPT):主要存在肝C内, 谷草转氨酶(GOT):主要存在心肌C内, 若肝C或心肌C损伤发炎,可使血清GPT或GOT 升高,特点(体现在5个方面):,1、种类多、分布广,至今已发现50多种,2、大多需- 酮戊二酸为氨基受体,以L-谷氨酸与- 酮戊二酸转氨体系最为重要。,4、 动物和高等植物的转氨酶一般催化: L-AA 和 - 酮酸 之间的转氨作用。,3、反应可逆,平衡常数约为1,是体内合成非必需氨基酸的重要途径。,5 、辅基磷酸吡哆醛与酶蛋白以牢固的共价键形式结合: 醛亚胺= NH2Lys 酶 (P 305 图30-3),(三)作用机制,三、转氨基作用,当加入氨基酸底物时,底物替代酶L
11、ys NH2 与磷酸吡哆醛相连,形成磷酸吡哆醛亚胺。(P 224 图16-2),- 酮酸 + (PNH2 )磷酸吡哆胺 酮亚胺,四、联合脱氨基作用,通过联合转氨基作用(转氨酶)和氧化脱氨基作用(L-谷氨酸脱氢酶)实现,联合脱氨基作用主要有二种方式:,(一)- 酮戊二酸L-谷氨酸-转氨体系,(二)嘌呤核苷酸循环,P307,(一)- 酮戊二酸-L-谷氨酸-转氨体系,四、联合脱氨基作用,上述参与联合脱氨基作用的转氨体系广泛存在机体内,反应要点: 1、NH3的根本来源是参加反应的第一个氨基酸NH2 ,- 酮戊二酸和谷氨酸只起传递氨基的作用; 2、可逆过程,故也是体内合成非必需氨基酸的重要途径; 3、生
12、成的NADH(或NADPH)可进入呼吸链氧化磷酸化产生3ATP。,(二)嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,此种联合脱氨基作用是存在于骨骼肌、心肌等组织C中另一种脱氨基方式,嘌呤核苷酸循环是如何进行的呢?,(二)嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,草酰乙酸,苹果酸,Glu,-KG,(二)嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,(二)嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,1、此循环起始物是天冬氨酸,生成物是延胡索酸和NH3 2、IMP和AMP在此循环中起传递氨基的作用,类似- 酮戊二酸和 谷氨酸的作用。 3、延胡索酸可加水转变成苹果酸,脱氢生成草酰乙酸,再接受谷氨酸的氨基即可生成天冬氨酸,反应要点,五
13、、脱羧基作用,AA CO2 + 胺类 醛+ NH3,胺氧化酶,几种氨基酸脱羧基产物的生理功能,几种氨基酸脱羧基产物的生理功能,CO2,1、His,组胺(组织胺)可 血压, 胃液分泌,His脱羧酶(可不需辅酶),酪胺( 血压),4、Trp,2、 Tyr,Tyr脱羧酶,CO2,3、LGlu,-氨基丁酸(抑制性神经递质),Glu脱羧酶,色胺(若Trp先羟化再脱羧,则生成5羟色胺),Trp脱羧酶,CO2,CO2,(神经递质)(5 HT),第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢,一、氨基氮的排泄,二、AA碳骨架的进一步代谢,三、生糖氨基酸和生酮氨基酸,一、氨基氮的排泄,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架
14、的进一步代谢,实验表明,给家兔注射NH4Cl使血NH3 大于5mg %,兔即死亡。若人体血NH3 大于5mg %时,亦可导致氨中毒(例肝昏迷)。NH3 脑,脑C线粒体内可进行以下反应:,结果使脑C中- 酮戊二酸 ,TCA速度 ,脑ATP生成 ,导致脑功能障碍 昏迷。,(一)排泄形式 (二)NH3的转运 (三)尿素形成(鸟氨酸循环),(一)排泄形式,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,NH3有毒性,如何由组织C转运 血 肾?,1、排氨(NH3)动物:水生或海洋动物等; (肾) 2、排尿酸动物:鸟类及爬虫类等,将NH3 固体尿酸 排出 3、排尿素动物:陆生动物等,将 NH
15、3 尿素 排出,(二)NH3的转运 P309,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,1、通过谷氨酰胺进行,2、通过葡萄糖 丙氨酸循环进行,谷氨酰胺是一个中性无毒物,其作用体现在三个方面:,NH3 在血液中的运输形式 NH3 在组织C中的解毒形式 NH3 在体内的储存形式 (可用于合成其它含氮物),谷氨酰胺的形成,中间产物是谷氨酰 | 5 | 磷酸,(中性无毒) 丙氨酸 葡萄糖,(二)NH3的转运,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,2、通过葡萄糖 丙氨酸循环进行 P305,GPT 丙氨酸 丙酮酸,(骨骼肌),(糖酵解),丙氨酸 丙酮酸 葡萄糖,
16、(肝),NH3 尿素,- 酮戊二酸 谷氨酸 - 酮戊二酸,生理意义:经济利用 骨骼肌 NH3 丙氨酸 NH3 尿素,一举两得 丙酮酸 (血液) 丙酮酸 (肝),(血液),(二)NH3的转运,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,(二)NH3的转运,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,(三)尿素形成(鸟氨酸循环) 一、氨基氮的排泄,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,1、反应部位:肝C 线粒体及胞液,4、反应要点,3、尿素合成的详细步骤,2、早期发现:1932年 Krebs及学生研究鸟氨酸、瓜氨酸、精氨 酸三者关系,提出
17、鸟氨酸循环:,3、尿素合成的详细步骤,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,(1)氨甲酰磷酸的形成,(2)瓜氨酸的形成,(3)精氨琥珀酸的形成,(4)精氨酸形成,(5)尿素合成,(1)氨甲酰磷酸的形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,回尿素合成,氨甲酰磷酸合酶,NH3 + CO2 + 2ATP,A、此酶为调节酶,AGA为其正调节物(别构激活剂); B、反应基本不可逆,生成的氨甲酰磷酸为高能化合物; C、此酶存在于线粒体内,胞液中有 氨甲酰磷酸合酶(参与嘧啶的合成)。,N-乙酰谷氨酸(AGA),(+),氨甲酰磷酸,(2)瓜氨酸的
18、形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,鸟氨酸转氨甲酰酶(线粒体)需Mg2+激活。 ( 常和氨甲酰磷酸合酶形成复合物),回尿素合成,(3)精氨琥珀酸的形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,瓜氨酸形成后即离开线粒体进入(胞液),精氨琥珀酸合成酶,天冬氨酸 + ATP,AMP+Pi,回尿素合成,(4)精氨酸形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,精氨琥珀酸裂解酶,回尿素合成,(5)尿素合成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,精氨酸
19、水解成尿素和鸟氨酸,精氨酸酶,Mg2+,尿素合成总结,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,氨甲酰磷酸合酶,NH3 + CO2 + 2ATP,N-乙酰谷氨酸(AGA),(+),氨甲酰磷酸,瓜氨酸,鸟氨酸,鸟氨酸转氨 甲酰酶,精氨琥珀酸合成酶,精氨 琥珀酸,天冬氨酸 + ATP,AMP+Pi,精氨琥珀酸裂解酶,精氨酸,延胡索酸,精氨酸酶,尿素,回尿素合成,4、反应要点,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,(1)共需5个酶的催化:一合一转、一合一裂、精氨酸酶 (氨甲酰磷酸合成酶是调节酶); (精氨琥珀酸合成酶活性低,此反应为限速步骤),(2)尿素形
20、成(反应)部位: 第: 线粒体内;第、: 胞液中。 尿素 血 排泄部位,(3)尿素 H2 NCON H2中二个NH2基分别来自Glu、Asp 或其它AA 所以合成1分子尿素可清除2 NH3 + CO2,(4)反应中共消耗3分子ATP的四个高能磷酸键 第(1)步: 2 ATP,第(3)步: 1 ATP(生成1 AMP+PPi) 按消耗 4 ATP计算:合成尿素分子中每个N H2 : 平均消耗 2 ATP.,例: Glu 氧化分解为CO2、H2O和尿素时,净产生的ATP数? NH3 尿素 - KG TCA NADH,空,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,二、AA碳骨架的
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- 第十一 蛋白质 降解 氨基酸 代谢
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