复旦生物化学代谢部分课件-蛋白质降解与氨基酸代谢1

蛋白质降解和氨基酸代谢ProteinDegradationandMetabolismofAminoAcids一．氮循环及生物固氮二．蛋白质降解三．脱氨基作用四．转氨基作用五．联合脱氨作用六．脱羧作用七．氨的去路—尿素循环八.个别氨基酸代谢蛋白质的需要量(一)氮平衡蛋白质的平均含氮量为16%，食物中含氮物绝大部分为蛋白质，因此，测定食物中的含氮量、以及测定尿与粪中的含氮量可以反映人体蛋白质的代谢概况。1.氮的总平衡摄入氮=排出氮,收支平衡反映正常成人的蛋白质代谢情况。2.氮的正平衡摄入氮排出氮反应儿童，孕妇及恢复期病人的代谢情况。3.氮的负平衡摄入氮排出氮反映饥饿或消耗性疾病患者。(二)生理需要量中国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量是为80g。(三)蛋白质的营养价值必需氨基酸：体内需要但自身又不能合成，必须由食物供应的氨基酸。8种必需氨基酸：甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸（假设来写一两本书）。蛋白质的营养价值1.必需氨基酸的种类和数量2.必需氨基酸的比例食物蛋白组织蛋白[酶、蛋白质、激素等]氨基酸库过剩的氨基酸转氨作用脱氨作用合成新肽、蛋白质等非蛋白质含氮化合物[嘌呤、嘧啶、胆碱、肌酸、烟酰胺、卟啉、肾上腺素、甲状腺素、胆汁盐、黑色素等。-酮酸糖或酮体TCAATPH2O+CO2氨的来源及去路尿氨基酸糖或脂氨尿素哺乳动物氨基酸分解总图蛋白质的消化食物蛋白胃，pepsin作用为小肽小肠，肠trypsin、chymotrypsin作用，变为更小短肽，肠粘膜的dipeptidase、aminopeptidase和胰脏分泌的carboxypeptidase彻底水解为各种AA肠壁细胞肝脏血液组织、细胞。消化系统及蛋白酶的分泌几种常见的蛋白水解酶酶位点（或底物）胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,Trp,Tyr的羧基端(Chymotrypsin)胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端二肽酶(dipeptidase)二肽弹性蛋白酶(elastase)各种脂肪族AA形成的肽肠激酶(Enterokinase)对胰酶的激活胰蛋白酶原(trypsinogen)胰蛋白酶(trypsin)肠激酶糜蛋白酶原糜蛋白酶羧肽酶原[A和B]羧肽酶[A和B]弹性蛋白酶原弹性蛋白酶胰腺最初分泌出来的各种蛋白酶和肽酶均以无活性的酶原形式存在，胰液中还存在胰蛋白酶抑制剂，能保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用胃液：胰液中蛋白酶水解蛋白质产物：1/3氨基酸，2/3寡肽小肠粘膜细胞的刷状象及泡液中存在寡肽酶，把寡肽水解成氨基酸。多肽的吸收机制过去认为，蛋白质经消化道酶促水解后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的研究结果表明，人体吸收蛋白质的主要形式不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽的形式吸收的，这是人体吸收蛋白质机制的重大突破。科学试验证明，多肽的吸收机制具有十大特点：多肽吸收机制的特点•不需消化，直接吸收•吸收快速•吸收时，多肽体不会被破坏•多肽具有100%被人体吸收的特点•多肽具有主动吸收的特点•多肽具有优先被人体吸收的特点•人体对多肽的吸收不需耗费能量和增加消化道，特别是胃肠功能负担的特点•多肽在人体表现出载体作用•多肽可在人体起运输工具的作用•多肽被人体吸收后，可在人体中起信使作用体腔（腹腔）疾病（乳糜泻，Celiacdisease）消化酶不能分解小麦面粉中的水不溶性蛋白（麦角蛋白，醇溶朊或麸朊，gliadin），先天免疫性障碍造成对小肠黏膜的炎症和萎缩，对肠衬细胞产生不利作用，引起体腔（腹腔）疾病。急性胰腺炎（AcutePancteatitis）胰液分泌到肠内的分泌途径障碍，蛋白水解酶酶原预先成熟转变为催化的活性形式，这些活性水解酶在胰腺细胞内攻击自身组织，损伤器官。严重时可致命，死亡率为20%，有并发症者可达50%。食物蛋白过敏有时体内蛋白酶受抑制或缺失，少量蛋白可直接被吸收进入血液，导致食物蛋白过敏。蛋白质的腐败I肠道细菌对未被消化的蛋白质及蛋白质的消化产物起的作用称为腐败作用。（一）胺类的生成细菌蛋白酶脱羧基蛋白质氨基酸胺类脱羧基组氨酸组胺脱羧基赖氨酸尸胺脱羧基色氨酸色胺脱羧基酪氨酸酪胺脱羧基笨丙氨酸苯乙胺蛋白质的腐败II(二)氨的生成肠道氨的两个来源1.未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基生成.2.血液中尿素深入肠道,受肠菌尿素酶的水解生成氨可被吸收入血液,降低肠道pH,可减少氨的吸收。(三)其它有害物质生成腐败作用还可产生其它有害物质。如:苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢，大部分有害物质随粪便排出，只有小部分被吸收经肝代谢解毒，正常情况下不会发生中毒现象。脱氨（基）作用（Deamination）氨基酸失去氨基的作用，包括：氧化脱氨，动、植物中普遍存在；非氧化脱氨，微生物中，不普遍。氨基酸的脱氨基作用由氨基酸氧化酶催化。动物的脱氨主要发生在肝脏中。脱氨（基）作用AAoxidase2AA+O22Ketoacid+2NH3氧化脱氨氨基酸的氧化脱氨由氨基酸氧化酶催化，酶是一种黄素蛋白:1．L-aaoxidase，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。对Gly;L-Ser,L-Thr;L-Glu,L-Asp;Lys,Arg,Ornithine（鸟氨酸）无作用。2．D-aaoxidase，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。3．氧化专一aa的酶。氧化专一氨基酸的酶GlyOxidase：Gly+1/2O2Glyoxylate+NH3AspOxidase：Asp+1/2O2Oxaloacetate+NH3L-谷氨酸脱氢酶L-GluDehydrogenaseL-GludHEL-Glu+NAD(P)+-ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+味精生产发酵菌的L-GludHE活力非常高，利用糖代谢的中间产物-ketoglutarate发酵生产味精，NADPH来自于异柠檬酸脱氢。L-GludHEL-GludHE的调节转氨(基)作用（Transamination）Transaminase催化，一个L-aa的-NH2转移到一个-酮酸上使之变成相应的-aa，自身转变为相对应的-酮酸。酶均以磷酸吡哆醛为辅基。Lys,Arg,Thr,Pro不能通过转氨酶转氨。GPTGlu+PyAla+-ketoglutaricacidGOTGlu+oxaloacetateAsp+-ketoglutaricacid转氨作用（Transamination)转氨基作用L-GludHE磷酸吡哆醛参与氨基向酮基的转移所有的氨基转移酶都是一个共同的辅基和作用机理，辅基是磷酸吡哆醛[PLP]。PLP作为转氨酶活性位点的氨基中间载体起作用，在磷酸吡哆醛的受氨形式与磷酸吡哆胺的供氨形式间进行可逆转换。PLP通常共价结合到酶的活性位点（与酶的Lys的-氨基结合）。PLP参与氨基酸、和碳原子的多种反应，碳原子上的反应包括转氨作用、脱羧作用及外消旋作用，PLP在这些反应中承担同样的作用。与碳原子连接的一个键被打断，碳上保留一个氢或一个羧基、一个自由电子对。这种负碳离子中间物极不稳定，PLP通过提供一个高度结合的结合来起稳定作用并允许负电荷离开。维生素B6PLP，氨基酸转氨酶的辅基PLP，与天冬氨酸氨基转移酶二聚体酶的一个或两个活性位点结合PLP活性位点特写：PLP[红色（带有黄色的磷酸）]与酶的Lys258（紫色）以酰胺键相连另一个活性位点特写：PLP与底物类似物2-甲基天冬氨酸（绿色）通过Schiffbase相连。转氨作用反应机理醛亚胺类醌中间物酮亚胺一些氨基酸-碳原子上的转化受到磷酸吡哆醛的促进转氨外消旋脱羧联合脱氨作用（UnitedDeamination）氨基酸脱氨通过转氨作用和L-GludHE催化的L-Glu氧化脱氨作用联合完成。弥补L-aaoxidase分布少、活力低的缺陷。广泛存在，但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式。通过转氨和脱氢酶联合脱氨（UnitedDeamination)通过嘌呤核苷酸循环联合脱氨（UnitedDeamination）嘌呤核苷酸循环的联合脱氨作用，次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP)与Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再经裂合酶分解产生AMP和延胡索酸，AMP在腺苷酸脱氨酶作用下生成NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝脏及脑中主要的脱氨方式。通过嘌呤核苷酸循环脱氨腺苷酸代琥珀酸合成酶?H2OOCCOOHRCOOHCH2CH2CCOOHOCOOHCH2CCOOHOCOOHCH2CHOHCOOHHOOCCH2CCOOHNH2HHNNNNOR5P'HOOCCH2CHCOOHNHP5RNNNN'NNNNR5PNH2'CHNH2COOHRHOOCCHHCCOOHCH2CH2CHNH2COOHCOOHNH3延胡索酸苹果酸IMPAMP脱氨酶裂解酶脱酰胺作用glutaminaseasparaginase血氨的来源①氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨的主要来源,胺类的分解也可以产生氨；RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶②肠道吸收的氨；氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨③肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺酶血氨的去路①在肝内合成尿素，是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi④肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。血氨升高的原因（l）氨清除不足：鸟氨酸循环障碍（2）氨的产生过多：①上消化道出血→蛋白质在肠道内细菌作用下产氨↑。②肝硬化(门静脉血流受阻、胆汁分泌↓）→细菌↑→分解蛋白质↑→产氨↑↑。③肝肾综合征→氮质血症(azotemia)→胃肠道的尿素↑↑→肠内细菌尿素酶作用→产氨↑↑。④肌肉中腺苷酸分解↑←肌肉收缩血氨↑（3）肠道pH的影响：pH,NH3NH4+；pH,NH4+NH3脱羧(基)作用（Decarboxylation）Decarboxylase催化生成相应的一级胺，放出CO2，反应需要磷酸吡哆醛，作用专一性很高，一般一种氨基酸只有一种脱羧酶，且只对L-型氨基酸起作用，只有His脱羧酶不需要辅酶。Hishistamine（降血压、刺激胃酸分泌）Tyrtyramine(升高血压）Glu-氨基丁酸（神经介质,强神经抑制性氨基酸，具有镇静、催眠、抗惊厥、降血压等。）脱羧作用氨的转运-通过Gln带到肝脏主要是通过Gln，多数动物细胞有Glnsynthetase，催化NH3+Glu+ATPGln+ADP+Pi。Gln运送到肝脏或肾脏，谷氨酰胺酶（glutaminase）催化其水解，释放NH4+。谷氨酰胺在血液中转移氨氨的转运-Glc-Ala循环肌肉中利用Ala将氨运送到肝脏，即Glc-AlaCycle，循环中氨在GludHE作用下转变为Glu，进一步在GPT的作用下把氨转移给Py生成Ala，Ala随血液运送到肝脏，在肝脏GPT作用下转回到Py和Glu。肌肉中Py由糖酵解提供，肝脏中的Py可异生为Glc。葡萄糖-丙氨酸循环Ala-Glc循环氨的排泄1.排氨，氨经Gln运送到排泄部位（如鱼鳃），Gln酶裂解出游离氨借助扩散运动排出体外。2.排尿素—尿素（鸟氨酸）循环。3.排尿酸，爬虫类和鸟类以尿酸作为氨的主要排泄形式（灵长类、鸟类和陆生爬虫类嘌呤代谢的产物也是尿酸）。4.自然界还有许多其他排氨方式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄方式；许多鱼类以氧化三甲胺排氮；高等植物则以Gln和Asn的形式把氨基氮储存于体内。生成Gln解除氨氨的去路—尿素循环（UreaCycle,鸟氨酸循环）HansKrebs,KurtHenseleit[1932]发现，氨基酸代谢产生的氨在肝脏中代谢为尿素解毒，必须有精氨