氨基酸代謝一

1、氨 基 酸 代 謝（一）,Metabolism of Amino Acids,基因工程研究所劉 玥,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用蛋白質(zhì)的消化、吸收與腐敗氨基酸的一般代謝氨的代謝個別氨基酸的代謝,,氨基酸的脫氨基作用,α-酮酸的代謝,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用,Nutritional Function of Protein,一、蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性,1. 結(jié)構(gòu)蛋白 —— 蛋白質(zhì)約占人體重量的16.3％，維持細胞、組織的生長、更新

2、和修補。,2. 功能蛋白 —— 參與多種重要的生理活動。催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運動（肌肉）、物質(zhì)轉(zhuǎn)運（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）等。,3. 氧化供能 ——每克蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化分解可釋放17.19kJ (4.1 kcal)的能量，人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。,★ 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ),二、蛋白質(zhì)的需要量和營養(yǎng)價值,（一）氮平衡(nitrogen balance) 攝入食物的

3、含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關(guān)系，可反映體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的概況。,1. 氮的總平衡：攝入氮 = 排出氮 正常成人 2. 氮的正平衡：攝入氮＞排出氮 嬰幼兒、青少年、孕婦、乳母、疾病康復期 3. 氮的負平衡：攝入氮＜排出氮 　　　饑餓、營養(yǎng)不良、消耗性疾病、大面積燒傷、　　大量失血,蛋白質(zhì)主要由氨基酸組成,目前，奶粉中蛋白質(zhì)含量的測定主要采用“凱氏定氮法”，該方法只能測出含氮量,

4、不能鑒定飼料中有無違規(guī)化學物質(zhì)。奶粉含氮量一般不超過30% ,而三聚氰胺含氮量為66%左右，所以,添加三聚氰胺的飼料理論上可以測出較高的蛋白質(zhì)含量。三聚氰胺作為一種白色結(jié)晶粉末，沒有什么氣味和味道，摻雜后不易被發(fā)現(xiàn)。在植物蛋白粉和飼料中使測試蛋白質(zhì)含量增加一個百分點，用三聚氰胺的花費只有真實蛋白原料的1/5。,（二）生理需要量,體內(nèi)蛋白質(zhì)不斷更新，即使不進食蛋白質(zhì)，機體每日約分解20g蛋白質(zhì)，由于食物蛋白質(zhì)和人體蛋白質(zhì)有質(zhì)的差異，且蛋白

5、質(zhì)利用率不能達到百分之百，因此要進食大于20ｇ蛋白質(zhì)/日。,成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為30～50g，我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。孕婦、乳母、腦力勞動或強體力勞動者，蛋白質(zhì)的需要量須增加。,（三）蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值,蛋白質(zhì)的含量：蛋白質(zhì)的消化率：受機體狀況、食物的影響蛋白質(zhì)的利用率：食物蛋白質(zhì)的氨基酸組成是否與人體蛋白質(zhì)接近，所含營養(yǎng)必需氨基酸的種類、數(shù)量,①必需氨基酸(essential amino acid),指

6、體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：寫（纈氨酸） 一（異亮氨酸） 兩（亮氨酸） 本（苯丙氨酸）單（蛋氨酸）色（色氨酸）書（蘇氨酸）來（賴氨酸）。缺乏會引起氮的負平衡,其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱為營養(yǎng)非必需 氨基酸。,②蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(nutrition value),蛋白質(zhì)所含必需氨基酸的的數(shù)量、種類、比例越接近人體蛋白質(zhì)，其利用率越高，營養(yǎng)價值越高。動物蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值高于植物蛋白質(zhì)，易為人體所

7、利用。,某些食物的營養(yǎng)價值,③蛋白質(zhì)的互補作用,指營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，其必需氨基酸可以互相補充而提高營養(yǎng)價值。,為了使食物蛋白質(zhì)的互補作用能充分發(fā)揮，我們可以采取以下方法：①食物的生物學屬性愈遠愈好。②塔配的食物種類愈多愈好。③各類食物要同時食用，葷素搭配，糧菜兼食、糖豆混合、粗糧細作,第二節(jié) 蛋白質(zhì)的消化、吸收與腐敗,Digestion, Absorption and Putrefaction of Protein

8、s,蛋白質(zhì)消化的生理意義,由大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，便于吸收。消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應(yīng)。,一、蛋白質(zhì)的消化,（一）胃中的消化 —— 胃蛋白酶（pepsin）（二）小腸中的消化 —— 胰酶（三）小腸粘膜細胞內(nèi)——氨基肽酶（oligopeptidase）和二肽酶（dipeptidase）,消化過程：,1、胃內(nèi)消化,胃蛋白酶的最適pH為1.5－2.5，對蛋白質(zhì)肽鍵的作用特異性較差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形

9、成的肽鍵，產(chǎn)物主要為短肽及少量氨基酸。胃蛋白酶有凝乳作用，使乳汁在胃內(nèi)停留時間延長，利于乳汁中蛋白質(zhì)的消化,2、小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位。,內(nèi)肽酶(endopeptidase)水解蛋白質(zhì)肽鏈內(nèi)部的一些肽鍵，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase)自肽鏈的末段開始，每次水解一個氨基酸殘基，如羧基肽酶(A、B) 、氨基肽酶。,小腸粘膜細胞對蛋白質(zhì)的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的

10、作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等,氨基肽酶從氨基末端逐步水解寡肽，最后生成二肽，二肽再經(jīng)二肽酶的水解，最終產(chǎn)生氨基酸。,蛋白水解酶作用示意圖,腸液中酶原的激活,胰蛋白酶(trypsin),腸激酶(enterokinase),胰蛋白酶原,,,,,,彈性蛋白酶(elastase),彈性蛋白酶原,糜蛋白酶(chymotrypsin),,,,,,糜蛋白酶原,,,羧基肽酶(A或B)(carb

11、oxypeptidase),羧基肽酶原(A或B),,,可保護胰組織免受蛋白酶的自身消化作用。 保證酶在其特定的部位和環(huán)境發(fā)揮催化作用。 酶原還可視為酶的貯存形式。,酶原激活的意義,二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小腸中進行吸收形式：氨基酸、二肽、三肽吸收機制：耗能的、需要載體的主動吸收過程（1）腸粘膜細胞膜上的氨基酸吸收載體（2）g-谷氨酰基循環(huán)對氨基酸的轉(zhuǎn)運作用,（1）氨基酸通過主動轉(zhuǎn)運過程被吸收,吸收部位：主要在小腸

12、 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收機制：耗能的主動吸收過程,氨基酸吸收載體,載體蛋白與氨基酸、Na+組成三聯(lián)體，由ATP供能將氨基酸、Na+轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)，Na+再由鈉泵排出細胞。,七種轉(zhuǎn)運蛋白(transporter),,中性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白亞氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白β氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白二肽轉(zhuǎn)運蛋白三肽轉(zhuǎn)運蛋白,（2） γ-谷氨?；h(huán)對氨基酸的轉(zhuǎn)運作用,γ-谷氨?；h(huán)(γ-glutamyl cy

13、cle)過程：,谷胱甘肽對氨基酸的轉(zhuǎn)運谷胱甘肽再合成,谷氨酸,5-氧脯氨酸酶,ATP,ADP+Pi,半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly),半胱氨酸,甘氨酸,肽酶,γ-谷氨 酰環(huán)化 轉(zhuǎn)移酶,,氨基酸,5-氧脯氨酸,,γ-谷氨酰半胱氨酸,γ-谷氨酰半胱氨酸 合成酶,ADP+Pi,ATP,谷胱甘肽 合成酶,ATP,ADP+Pi,細胞外,,,,γ-谷 氨酰 基轉(zhuǎn) 移酶,細胞膜,谷胱甘肽 GSH,細胞內(nèi),,γ-谷氨酰

14、氨基酸,氨基酸,,γ-谷氨?；h(huán)過程,三、蛋白質(zhì)的腐敗作用,消化過程中，有一小部分蛋白質(zhì)不被消化（約占食物蛋白的5％），也有一小部分氨基酸不被吸收，腸道細菌體內(nèi)的多種酶對這部分蛋白質(zhì)氨基酸所起的作用，稱為蛋白質(zhì)的腐敗作用（putrefaction）。,腐敗作用的產(chǎn)物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可產(chǎn)生少量的脂肪酸及維生素等可被機體利用的物質(zhì)。,（一）胺類(amines)的生成,組氨酸,,組胺,賴氨酸,尸胺,色氨酸,5－羥色胺,

15、酪氨酸,酪胺,,,,假神經(jīng)遞質(zhì)(false neurotransmitter),酪氨和苯乙胺分別被羥化為β-羥酪胺和苯乙醇胺，與神經(jīng)遞質(zhì)（如兒茶酚胺）結(jié)構(gòu)相似可取代正常神經(jīng)遞質(zhì)從而影響腦功能，稱假神經(jīng)遞質(zhì)。,,,,,,,HO,HO,CHOHCH2NH2,,,,,,,HO,HO,CHCH2NH2,,,Noradrenaline去甲腎上腺素,Dopamine多巴胺,Catecholamine兒茶酚胺,,,,,CHOHCH2NH2,,H

16、O,,,,,,CHOHCH2NH2,,Phenylethanolamine苯乙醇胺,Octopamine羥苯乙醇胺,False Neurotransmitter假神經(jīng)遞質(zhì),（二） 氨的生成,降低腸道pH，NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+以銨鹽形式排出，可減少氨的吸收，這是酸性灌腸的依據(jù)。,有毒,（三）其它有害物質(zhì)的生成,酪氨酸,,苯酚,半胱氨酸,硫化氫,色氨酸,吲哚、甲基吲哚,,,正常情況下，上述有害物質(zhì)大部分隨糞便排出，只有小部分被吸收，經(jīng)

17、肝的代謝轉(zhuǎn)變而解毒，故不會發(fā)生中毒現(xiàn)象。,長期便秘，腸道腐敗產(chǎn)物吸收較多，對人體不利。腸梗阻患者腸道不通暢，造成腸內(nèi)容物在腸腔內(nèi)長時間停留，腐敗產(chǎn)物增多，大量有害物質(zhì)吸收入血，若同時伴有肝功低下，解毒不全，則會出現(xiàn)頭昏、頭痛、甚至血壓波動等中毒癥狀。,第三節(jié) 體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解,一、體內(nèi)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)換更新,成人體內(nèi)的蛋白質(zhì)每天約有1%~2%被降解，主要是肌肉蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸，大約70%~80%被重新利用合成新的蛋白質(zhì)

18、。,蛋白質(zhì)的半壽期(half-life) —— t1/2,蛋白質(zhì)降低其原濃度一半所需要的時間,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換(protein turnover),體內(nèi)蛋白質(zhì)降解與合成的動態(tài)平衡,意義：,清除異常或損傷蛋白質(zhì)某些調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)換可直接影響代謝過程與生理功能,真核細胞的蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑：,1. 不依賴ATP的過程 在溶酶體內(nèi)進行 利用組織蛋白酶(cathepsin)降解細胞外來源的蛋白質(zhì)、膜蛋白和長壽命的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)；,2. 依賴A

19、TP和泛素（ubiquitin, Ub）的過程 在蛋白酶體中進行 主要降解異常蛋白和短壽命的蛋白質(zhì),“for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation”—— The Nobel Prize in Chemistry 2004,泛素,76個氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一級結(jié)構(gòu)高度保守,1. 泛素化(ubiquitination),泛

20、素與選擇性被降解蛋白質(zhì)形成共價連接，并使其激活。,2. 蛋白酶體(proteasome)對泛素化蛋白質(zhì)的降解,泛素介導的蛋白質(zhì)降解過程,蛋白酶體存在于細胞核和胞漿內(nèi)，主要降解異常蛋白質(zhì)和短壽命蛋白質(zhì)。,蛋白酶體的結(jié)構(gòu)與功能,泛素化過程,E1：泛素活化酶,E2：泛素攜帶蛋白,E3：泛素蛋白連接酶,泛素介導的蛋白質(zhì)降解過程,如基因表達、細胞增殖、炎癥反應(yīng)、誘發(fā)癌瘤（促進抑癌蛋白P53降解）,體內(nèi)蛋白質(zhì)降解參與多種生理、病理調(diào)節(jié)作用,謝謝！,