目 录氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids第 七 章目 录蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein 第一节目 录一、 蛋白质营养的重要性1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补2. 参与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。3. 氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。 目 录二、蛋白质需要量和营养价值1. 氮平衡(nitrogen 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）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。目 录2. 生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我 国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。3. 蛋白质的营养价值必需氨基酸(essential amino acid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食 物供给的氨基酸，共有8种：Val、Ile、Leu、 Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 目 录蛋白质的营养价值(nutrition value)蛋白质的营养价值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。目 录第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins目 录一、 蛋白质的消化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。目 录消化过程 （一）胃中的消化作用胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作 用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen) (pepsin) 目 录（二）小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位。1. 胰酶及其作用 胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH 为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。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。目 录肠液中酶原的激活胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 弹性蛋白酶原肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 弹性蛋白酶(trypsin) (exopeptidase) (carboxypeptidase) (elastase)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。酶原激活的意义目 录氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图2. 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。目 录二、氨基酸的吸收吸收部位：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目 录（一）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。载 体类型中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体目 录（二）-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 谷胱甘肽再合成半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶-谷氨酸环化转移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸5-氧脯 氨酸酶ATPADP+Pi-谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰 半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶 ATPADP+Pi细胞外-谷氨酰 基转移酶细胞膜谷胱甘肽GSH细胞内-谷氨酰基循环过程-谷氨酰 氨基酸氨基酸目 录目 录l利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系l此种转运也是耗能的主动吸收过程l吸收作用在小肠近端较强（三）肽肽的吸收目 录三、 蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的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)目 录（一）胺类(amines)的生成蛋白质氨基酸胺类蛋白酶 脱羧基作用组氨酸组胺赖氨酸尸胺色氨酸 色胺酪氨酸酪胺目 录 假神经递质(false neurotransmitter)某些物质结构与神经递质结构相似，可取代 正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。苯乙胺苯乙醇胺酪胺-羟酪胺目 录 -羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。目 录（二） 氨的生成未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨 (ammonia)肠道细菌 脱氨基作用尿素酶降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出， 可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。目 录（三）其它有害物质的生成酪氨酸 苯酚半胱氨酸 硫化氢色氨酸 吲哚目 录第三节氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acids目 录一、概 述蛋白质的半寿期(half-life)蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示蛋白质转换(protein turnover) 目 录真核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目 录泛素 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目 录泛素化过程E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶泛素CO-O +HS-E1ATPAMP+PPi 泛素COS E1HS-E2HS-E1 泛素COS E2泛素COS E1被降解 蛋白质HS-E2泛素COS E2泛素CNH 被降解蛋白质OE3目 录如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发癌瘤（促进抑癌蛋白P53降解）体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用目 录氨基酸代谢库(metabolic pool)食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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。氨基酸 代谢库食物蛋白质消化吸收组织 蛋白质分解 体内合成氨基酸(非必需氨基酸)氨基酸代谢概况-酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成 目 录目 录二、 氨基酸的脱氨基作用定义指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。脱氨基方式氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基非氧化脱氨基转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联目 录（一）转氨基作用(transamination)1. 定义在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-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。目 录2. 反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、 脯氨酸、羟脯氨酸除外。目 录3. 转氨酶正常人各组织GOT及GPT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。目 录4. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 转氨酶目 录目 录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。通过此种方式并未产生游离的氨。5. 转氨基作用的生理意义目 录（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用 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NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O目 录（三）联合脱氨基作用两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸 脱下-氨基生成-酮酸的过程。2. 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用1. 定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环目 录 转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。目 录 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环苹果酸腺苷酸 代琥珀酸次黄嘌呤核苷酸(IMP)腺苷酸代琥 珀酸合成酶-酮戊二酸氨 基 酸谷氨酸 -酮酸 转 氨 酶 1草酰乙酸天冬氨酸转 氨 酶 2此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸 脱氢酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤 核苷酸 (AMP)目 录三、-酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类目 录（三）氧化供能-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸异亮氨酸 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 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸酮体亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C目 录目 录第四节氨 的 代 谢Metabolism of Ammonia目 录氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。 目 录一、血氨的来源与去路 1. 血氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 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 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谷氨酰胺酶目 录2. 血氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。目 录二、氨的转运1. 丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)反应过程生理意义 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。丙 氨 酸葡 萄 糖肌肉 蛋白质氨基酸NH3谷氨酸-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途径肌肉丙 氨 酸血液丙氨酸葡萄糖-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 糖目 录目 录2. 谷氨酰胺的运氨作用 反应过程谷氨酸 + N