生物化学及分子生物学(人卫第九版)-08蛋白质消化吸收和氨基酸代谢

作者:解军郭睿单位:山西医科大学第八章蛋白质消化吸收和氨基酸代谢（Digestion,AbsorptionofProteinsandMetabolismofAminoAcids）目录第一节蛋白质的营养价值与消化、吸收第二节氨基酸的一般代谢第三节氨的代谢第四节个别氨基酸的代谢重点难点熟悉了解掌握1.营养必需氨基酸2.脱氨基作用及重要的转氨酶3.氨在血液中的转运形式及尿素的合成4.一碳单位5.含硫氨基酸代谢1.血氨的来源2.氨基酸碳链骨架的转换或分解3.氨基酸的脱羧基作用4.芳香族氨基酸代谢1.蛋白质的消化、吸收及蛋白质的营养价值2.真核细胞内蛋白质的降解3.支链氨基酸代谢蛋白质的营养价值与消化、吸收（Digestion,AbsorptionofProteinsandNutritionValueofProtein）第一节氮的总平衡：摄入氮量=排出氮量（正常成人）（一）氮平衡（nitrogenbalance）氮的正平衡：摄入氮量排出氮量（儿童、孕妇、恢复期病人等）一、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮的负平衡：摄入氮量排出氮量（饥饿、严重烧伤、出血及消耗性疾病患者）1.摄入氮（食物的含氮量）与排出氮（尿与粪的含氮量）之间的关系2.氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质合成与分解代谢的概况（二）蛋白质的生理需要量正常成人每日蛋白质的最低生理需要量为30～50g我国营养学会推荐成人每日蛋白质的需要量为80g（一）营养必需氨基酸（essentialaminoacid）二、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值1.体内需要而不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸2.9种：亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸3.其余11种为营养非必需氨基酸（二）蛋白质的营养价值（nutritionvalue）蛋白质的营养价值主要取决于必需氨基酸的种类和比例（三）食物蛋白质的互补作用营养价值较低的蛋白质混合食用，使必需氨基酸互相补充从而提高营养价值（一）蛋白质在胃和小肠被消化成寡肽和氨基酸三、外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收1.蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸：胃蛋白酶原胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶•胃蛋白酶原的活化•胃蛋白酶：最适pH为1.5～2.5对肽键作用的特异性较差，水解产物主要为多肽及少量氨基酸具有凝乳作用2.蛋白质在小肠被水解成寡肽和氨基酸：•胰酶及其作用内肽酶：特异水解蛋白质内部的肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶外肽酶：自肽链末段开始，每次水解脱去一个氨基酸，如羧肽酶氨肽酶内肽酶羧肽酶氨基酸+氨基酸二肽酶•小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用氨肽酶二肽酶蛋白酶原的活化胰蛋白酶肠激酶胰蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶原糜蛋白酶糜蛋白酶原羧肽酶羧肽酶原氨基酸转运蛋白（二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收1.吸收部位：主要在小肠2.吸收形式：氨基酸、寡肽3.吸收机制：主动转运转运蛋白的类型：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β-氨基酸转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白肠道细胞膜小肠黏膜细胞内氨基酸氨基酸Na+Na+Na+ADP+PiATP氨基酸-Na+载体蛋白钠泵腐败作用（putrefaction）四、未消化吸收的蛋白质在结肠下段发生腐败（一）脱羧基作用产生胺类•未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物在结肠下部受到肠道细菌的分解•腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等（二）脱氨基作用产生氨（三）腐败作用产生其他有害物质组氨酸组胺赖氨酸尸胺色氨酸色胺酪氨酸酪胺未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)脱氨基作用尿素酶肝性脑病———假神经递质（falseneurotransmitter）学说酪氨酸酪胺苯丙氨酸苯乙胺苯乙醇胺羟化β-羟酪胺羟化•β-羟酪胺和苯乙醇胺与儿茶酚胺类神经递质的结构类似，称为假神经递质•可竞争性地干扰儿茶酚胺的正常功能，阻碍神经冲动传递，使大脑发生异常抑制氨基酸的一般代谢（GeneralMetabolismofAminoAcids）第二节（一）蛋白质以不同的速率进行降解一、体内蛋白质分解生成氨基酸蛋白质的半寿期（half-life)：蛋白质浓度减少到开始值50%所需要的时间（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径1.溶酶体：ATP非依赖途径2.蛋白酶体：ATP依赖的泛素途径•成人体内的蛋白质每天约有1%～2%被降解•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•组织蛋白酶负责降解•降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白•依赖泛素•蛋白酶体负责降解•降解异常蛋白和短寿命蛋白依赖泛素的蛋白酶体降解过程（1）泛素（ubiquitin）•76个氨基酸残基组成的小分子蛋白•普遍存在于真核生物（2）蛋白酶体（proteasome）•26S蛋白质复合物•由核心颗粒和调节颗粒组成（3）泛素化•泛素与被降解蛋白质形成共价连接•依赖ATP和三种酶去折叠打开水解降解产物释放泛素释放识别泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COSE1HS-E2HS-E1泛素COSE2PrHS-E2泛素CNHPrOE3E3：泛素蛋白连接酶E2：泛素结合酶E1：泛素激活酶蛋白酶体示意图氨基酸代谢库食物蛋白质组织蛋白质分解体内合成氨基酸(非必需氨基酸)α-酮酸酮体氧化供能糖胺类脱羧基作用氨尿素其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成（二）氨基酸代谢概况二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库（一）氨基酸代谢库（aminoacidmetabolicpool）内源性氨基酸与外源性氨基酸共同分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基1.转氨基作用由转氨酶催化完成•转氨基作用：在转氨酶（transaminase）的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。•转氨基作用不仅是体内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。三、氨基酸分解代谢首先脱氨基转氨酶•丙氨酸氨基转移酶（ALT）又称为谷丙转氨酶（GPT）在肝中活性较高肝疾病时，血清ALT活性明显升高•天冬氨酸氨基转移酶（AST）又称为谷草转氨酶（GOT）在心肌中活性较高心肌疾患时，血清AST活性明显升高ALTCHNH2COOHCH3丙氨酸C=O+COOHCOOH(CH2)2α-酮戊二酸C=OCOOHCH3丙酮酸CHNH2+COOHCOOH(CH2)2谷氨酸AST天冬氨酸C=O+COOHCOOH(CH2)2α-酮戊二酸草酰乙酸CHNH2+COOHCOOH(CH2)2谷氨酸C=OCH2COOHCOOHCHNH2COOHCOOHCH22.各种转氨酶都具有相同的辅基和作用机制•转氨酶的辅基：维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛•作用机制（二）L-谷氨酸脱氢酶催化L-谷氨酸氧化脱氨基L-谷氨酸α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2ONH2CH(CH2)2COOHCOOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHOC(CH2)2COOHCOOH+OC(CH2)2COOHCOOH+NH31.L-谷氨酸脱氢酶：存在于肝、脑、肾等组织中辅酶为NAD+或NADP+2.转氨脱氨作用（transdeamination）•转氨基作用与L-谷氨酸的氧化脱氨基作用偶联进行•转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶协同作用•又称为联合脱氨基作用•主要在肝、肾组织进行氨基酸谷氨酸H2O+NAD+转氨酶α-酮酸α-酮戊二酸NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶R（三）氨基酸通过氨基酸氧化酶催化脱去氨基•L-氨基酸氧化酶催化•辅基是FMN或FADO2H2O2FMNH2FMNRNH4++H2O四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解（一）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量（二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）α-酮酸可转变成糖和脂类化合物类别氨基酸生酮氨基酸赖氨酸、亮氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、苏氨酸生糖氨基酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类氨的代谢（MetabolismofAmmonia）第三节一、血氨有三个主要来源（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨（二）肠道细菌作用产生氨（三）肾小管上皮细胞分泌的氨RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺酶蛋白质和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丙氨酸葡萄糖肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖二、氨在血液中以丙氨酸和谷氨酰胺的形式转运（一）氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝谷氨酰胺运氨作用脑和肌肉血液肝和肾谷氨酰胺＋谷氨酸NH3谷氨酰胺谷氨酰胺＋谷氨酸NH3（二）氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。三、氨的主要代谢去路是在肝合成尿素（一）尿素是通过鸟氨酸循环（orinithinecycle）合成的•尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，称为鸟氨酸循环•又称尿素循环（ureacycle）或Krebs-Henseleit循环•生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中（二）肝中鸟氨酸循环的反应步骤1.氨基甲酰磷酸的合成CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO~PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸•反应在线粒体中进行•由关键酶氨基甲酰磷酸合成酶-1（CPS-Ⅰ）催化•N-乙酰谷氨酸为其激活剂2.瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2COO~PO32-NH2COO~PO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3瓜氨酸鸟氨酸•反应在线粒体中进行•由鸟氨酸氨基甲酰转移酶催化•瓜氨酸生成后进入胞液3.精氨酸代琥珀酸的合成•反应在胞液中进行•由关键酶精氨酸代琥珀酸合成酶催化精氨酸代琥珀酸合成酶H2O+天冬氨酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3精氨酸代琥珀酸瓜氨酸COOHCHH2NCH2COOHATPAMP+PPiNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH4.精氨酸的合成精氨酸代琥珀酸裂解酶延胡索酸精氨酸代琥珀酸精氨酸•反应在胞液中进行•由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHCOOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH5.精氨酸水解产生尿素•反应在胞液中进行•由精氨酸酶催化精氨酸酶+尿素精氨酸鸟氨酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸苹果酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鸟氨酸尿素线粒体胞液鸟氨酸循环（三）尿素合成的调节1.高蛋白质膳食增加尿素生成2.关键酶CPS-Ⅰ的调节•CPS-Ⅰ是尿素合成启动的关键酶•AGA是CPS-Ⅰ的别构激活剂，由乙酰