蛋白质降解和氨基酸分解代谢.pptx

一一.机体对外源蛋白质的需要及其消化机体对外源蛋白质的需要及其消化1 蛋白质的降解蛋白质的降解（一）氮平衡（一）氮平衡（一）氮平衡（一）氮平衡*总氮平衡总氮平衡：摄入氮：摄入氮=排出氮排出氮 即蛋白质分解与合成处于平衡，如即蛋白质分解与合成处于平衡，如成人成人*正氮平衡：正氮平衡：摄入氮摄入氮 排出氮排出氮 即蛋白质合成量多于分解量，如即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇儿童、孕妇*负氮平衡：负氮平衡：摄入氮摄入氮 排出氮排出氮 即蛋白质分解量多于合成量，即蛋白质分解量多于合成量，如如饥饿、消耗性疾病饥饿、消耗性疾病 食物摄入氮食物摄入氮-(-(尿氮尿氮+粪氮粪氮)反映体内蛋白质合成与分解的动态关系反映体内蛋白质合成与分解的动态关系第1页/共74页1.蛋白质的消化蛋白质的消化（1）胃中的消化）胃中的消化1）HCl（中柱细胞分泌）（中柱细胞分泌）使蛋白质变性，便于蛋白酶发挥作用使蛋白质变性，便于蛋白酶发挥作用2）胃蛋白酶（主细胞分泌）胃蛋白酶（主细胞分泌）以胃蛋白酶原形式分泌，在以胃蛋白酶原形式分泌，在 H+条件下条件下被激活成为胃蛋白酶。被激活成为胃蛋白酶。胃中的消化结果：蛋白质胃中的消化结果：蛋白质多肽（主）多肽（主）（二）外源蛋白质的消化和吸收（二）外源蛋白质的消化和吸收第2页/共74页（2）小肠）小肠(Small Intestine)中的消化中的消化1）胰腺：分泌）胰腺：分泌NaHCO3中和胃酸，中和胃酸，分泌分泌胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋白酶，羧肽酶白酶，羧肽酶2）小肠粘膜细胞：）小肠粘膜细胞：氨肽酶，二肽酶氨肽酶，二肽酶肠中的消化结果：肠中的消化结果：多肽多肽氨基酸更短的小肽氨基酸更短的小肽第3页/共74页胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶原糜蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶原羧基肽酶原A及及B羧基肽酶羧基肽酶A及及B第4页/共74页第5页/共74页小结小结 蛋白酶类型及水解特性蛋白酶类型及水解特性肽肽第6页/共74页第7页/共74页二二.组织蛋白质的胞内降解组织蛋白质的胞内降解（一）降解特性（一）降解特性1.1.1.1.细胞有细胞有选择性地降解选择性地降解非正常蛋白质非正常蛋白质2.2.绝大多数快速降解的酶都居于重要的绝大多数快速降解的酶都居于重要的“代谢控制代谢控制”位置位置，而较为稳定的酶在所有生理条件下有着较稳定的催化活性。而较为稳定的酶在所有生理条件下有着较稳定的催化活性。3.3.降解的速度降解的速度受受受受营养及激素营养及激素营养及激素营养及激素状态状态的影响的影响。4.4.蛋白质的周转代谢使种种代谢途径的调节得以容易实现。蛋白质的周转代谢使种种代谢途径的调节得以容易实现。第8页/共74页第9页/共74页（二）降解的反应机制（二）降解的反应机制1、不依赖、不依赖ATP的蛋白质降解途径，的蛋白质降解途径，在在溶酶体溶酶体中进行。中进行。清除清除外来蛋白质、膜外来蛋白质、膜蛋白、无用蛋白质蛋白、无用蛋白质以以及及长寿命蛋白质长寿命蛋白质第10页/共74页2、依赖于、依赖于ATP的泛素蛋白质降解途径，的泛素蛋白质降解途径，在在细胞质细胞质中进行。中进行。泛素分子泛素分子清除清除异常蛋白质异常蛋白质、损伤蛋损伤蛋白质白质与与短寿命蛋白质短寿命蛋白质第11页/共74页第12页/共74页2 氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢第13页/共74页氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolic pool)食食物物蛋蛋白白经经消消化化吸吸收收的的氨氨基基酸酸（外外源源性性氨氨基基酸酸）与与体体内内组组织织蛋蛋白白降降解解产产生生的的氨氨基基酸酸（内内源源性性氨氨基基酸酸）混混在在一一起起，分分布布于于体体内内各各处参与代谢，称为氨基酸代谢库。处参与代谢，称为氨基酸代谢库。第14页/共74页氨基酸的代谢总览氨基酸的代谢总览氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolic pool)食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收组织蛋白质组织蛋白质分解分解合成合成合成合成脱氨基作用脱氨基作用NH3-酮酸酮酸尿素尿素糖糖氧化供能氧化供能酮体酮体脱羧基作用脱羧基作用CO2胺类胺类其他含氮化合物其他含氮化合物(purine,pyrimide)转变转变第15页/共74页第16页/共74页第17页/共74页一、氨基酸分解的基本反应一、氨基酸分解的基本反应氨基酸的氨基酸的转氨基转氨基作用作用氨基酸的氨基酸的氧化脱氨基氧化脱氨基作用作用氨基酸的氨基酸的联合脱氨基联合脱氨基作用作用氨基酸的氨基酸的非氧化脱氨基非氧化脱氨基作用作用第18页/共74页（一）转氨基作用（一）转氨基作用第19页/共74页第20页/共74页2 2、第21页/共74页3、转氨基的作用机制、转氨基的作用机制第22页/共74页7、生理意义、生理意义 是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是合是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是合成成非必氨基酸非必氨基酸的重要途径，还是的重要途径，还是联系糖代谢与氨联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁基酸代谢的桥梁。第23页/共74页临床意义：临床意义：急性肝炎患者血清急性肝炎患者血清ALT升高升高谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)/天冬氨酸氨基转移酶（天冬氨酸氨基转移酶（AST）临床意义：临床意义：心肌梗塞患者血清心肌梗塞患者血清AST升高升高ALT谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸+丙氨酸丙氨酸AST谷氨酸谷氨酸+草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸+天冬氨酸天冬氨酸谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPT）/丙氨酸氨基转移酶（丙氨酸氨基转移酶（ALT）两种重要的转氨酶：两种重要的转氨酶：第24页/共74页第25页/共74页葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环丙氨酸循环第26页/共74页第27页/共74页（二）、（二）、氧化脱氨基氧化脱氨基作用作用1、过程及特点：、过程及特点：消耗氧气并有氨生成消耗氧气并有氨生成氨基酸氨基酸亚氨基酸亚氨基酸氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 2H-酮酸酮酸+H2O+NH3FAD或或FMN第28页/共74页L-谷谷氨酸脱氢酶氨酸脱氢酶第29页/共74页 有毒！有毒！表现：语言障碍、视力模糊、表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。昏迷、死亡。第30页/共74页第31页/共74页2、其他氨基酸氧化酶、其他氨基酸氧化酶第32页/共74页（三）、（三）、联合脱氨基联合脱氨基作用作用概念：将概念：将转氨基转氨基作用和作用和脱氨基脱氨基作用偶联在一起的脱氨基作用偶联在一起的脱氨基方式。方式。特点：特点：体内各种氨基酸脱氨基的主要形式体内各种氨基酸脱氨基的主要形式作用方式作用方式转氨酶谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用转氨酶嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用第33页/共74页转氨酶转氨酶谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用（肝、肾肝、肾组织）组织）特点特点特点特点:转氨基作用与转氨基作用与氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用偶联偶联。产生产生游离氨游离氨既是脱氨的方式，也是既是脱氨的方式，也是合成非必需合成非必需aa的重要途径。的重要途径。转氨酶转氨酶-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸+NAD+谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶+NADH+H+第34页/共74页转氨酶嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用（骨骼肌、心肌和脑组织）（骨骼肌、心肌和脑组织）GTPGDP+Pi第35页/共74页小结：体内氨基酸的脱氨基作用小结：体内氨基酸的脱氨基作用第36页/共74页三、氨的命运三、氨的命运1）以）以谷胺酰胺谷胺酰胺形式的转运（主要形式）形式的转运（主要形式）1、氨的转运、氨的转运第37页/共74页第38页/共74页2）以）以丙氨酸丙氨酸的形式转运的形式转运第39页/共74页第40页/共74页2、氨的排泄、氨的排泄1）排氨）排氨水生生物直接扩散脱氨（水生生物直接扩散脱氨（NH3）体内体内水循环水循环迅速，迅速，NH3浓度低，扩浓度低，扩散流失快，毒性小。散流失快，毒性小。第41页/共74页2）排尿酸）排尿酸不溶于水，毒性很小不溶于水，毒性很小鸟类和爬虫类鸟类和爬虫类第42页/共74页3）排尿素）排尿素哺乳、两栖动物哺乳、两栖动物排尿素排尿素体内水循环较慢，体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。形式。第43页/共74页小结：氨的去路小结：氨的去路 以以谷氨酰胺谷氨酰胺的形式转运的形式转运 以以葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环丙氨酸循环转运转运 直接排氨直接排氨 排尿酸排尿酸 排尿素排尿素第44页/共74页3 尿素的形成尿素的形成-尿素循环尿素循环1932年年Hans Krebs提出提出尿素循环尿素循环(urea cycle)，又称为又称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(ornithine cycle)第45页/共74页一、尿素循环过程一、尿素循环过程1、尿素合成的部位、尿素合成的部位肝脏（线粒体和胞液）肝脏（线粒体和胞液）2、尿素循环的过程、尿素循环的过程4个阶段：个阶段：瓜氨酸的生成：鸟氨酸瓜氨酸的生成：鸟氨酸瓜氨酸（线粒体）瓜氨酸（线粒体）精氨酸的生成：瓜氨酸精氨酸的生成：瓜氨酸精氨酸（胞液）精氨酸（胞液）精氨酸的水解：精氨酸精氨酸的水解：精氨酸鸟氨酸尿素（胞液）鸟氨酸尿素（胞液）氨甲酰磷酸的生成：氨甲酰磷酸的生成：CO2，NH3氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸（线粒体）（线粒体）第46页/共74页 鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸（线粒体）瓜氨酸（线粒体）CPS-I第47页/共74页氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶第48页/共74页瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸鸟氨酸尿素鸟氨酸尿素精氨琥珀酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸合成酶合成酶精氨琥珀酸精氨琥珀酸裂解酶裂解酶第49页/共74页第50页/共74页3、尿素循环的小结、尿素循环的小结合成主要在合成主要在肝脏的线粒体和胞液中肝脏的线粒体和胞液中进行；进行；合成一分子尿素需消耗合成一分子尿素需消耗3分子分子ATP（4高能键）高能键）；精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶；是尿素合成的关键酶；尿素分子中的两个氮原子，一个来源于尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个，一个来源于来源于天冬氨酸（天冬氨酸（Asp）。尿素循环形成的尿素循环形成的延胡羧酸延胡羧酸使尿素循环与使尿素循环与TCA密切联密切联系起来。系起来。第51页/共74页第52页/共74页二、尿素循环的调节二、尿素循环的调节第53页/共74页第54页/共74页三、高氨血症和氨中毒三、高氨血症和氨中毒血氨浓度升高称血氨浓度升高称高氨血症高氨血症 (hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。陷也可导致高氨血症。肝功能损伤导致的高氨血症，可引起脑功能障碍，肝功能损伤导致的高氨血症，可引起脑功能障碍，称称肝性脑病肝性脑病(hepatic encepHalopathy，HE)。第55页/共74页TAC 脑脑供供能能不不足足-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺NH3NH3 脑内脑内 -酮戊二酸酮戊二酸氨中毒的可能机制氨中毒的可能机制第56页/共74页4 氨基酸碳骨架的分解代谢氨基酸碳骨架的分解代谢第57页/共74页1 1、再合成氨基酸、再合成氨基酸L-L-L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸谷氨酸+H2O-酮戊二酮戊二 酸酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸-酮戊二酮戊二 酸酸+丙氨酸丙氨酸转氨酶转氨酶转氨酶转氨酶 在大脑中发生上述反应，大量消耗了在大脑中发生上述反应，大量消耗了-酮戊二酮戊二酸和酸和NADPHNADPH，引起中毒症状。，引起中毒症状。在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。谷氨酸谷氨酸+草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酮戊二 酸酸+天冬氨酸天冬氨酸第58页/共74页2 2、转变成糖及脂肪、转变成糖及脂肪第59页/共74页 脊椎动物体内氨基酸分解代谢过程中，脊椎动物体内氨基酸分解代谢过程中，20种氨基种氨基酸有着各自的酶系催化氧化分解酸有着各自的酶系催化氧化分解-酮酸酮酸。途径各异，。途径各异，但它们都集中形成但它们都集中形成5种中间产物可分别种中间产物可分别进入三羧酸循进入三羧酸循环环，进一步分解生成，进一步分解生成CO2和脱出的氢通过呼吸链生成和脱出的氢通过呼吸链生成水。这水。这5种中间产物是种中间产物是乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酮戊二酸、琥珀酰酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸、延胡索酸、草酰乙酸。氨基酸脱氨基后生成。氨基酸脱氨基后生成的的-酮酸可氧化生成酮酸可氧化生成CO2、H2O和释放出能量用以合和释放出能量用以合成成ATP。3 3、氧化成二氧化碳和水、氧化成二氧化碳和水第60页/共74页20种氨基酸进入三羧酸循环最终氧化成二氧化碳和水种氨基酸进入三羧酸循环最终氧化成二氧化碳和水草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸柠檬酸柠檬酸TCAC葡萄糖葡萄糖第61页/共74页4 4、生糖、生糖氨氨基酸和生基酸和生酮氨氨基酸基酸1）生糖氨基酸）生糖氨基酸凡能形成凡能形成丙丙酮酸酸、-酮戊二酸戊二酸、琥珀酸琥珀酸CoACoA和和草草酰乙酸乙酸的的氨氨基基酸都酸都称称为生糖生糖氨氨基酸基酸。2）生酮氨基酸）生酮氨基酸凡能转变成凡能转变成乙酰乙酰COA或或乙酰乙酰乙酰乙酰COA的氨基酸都称为生酮氨基酸的氨基酸都称为生酮氨基酸（Leu、Lys）；）；既可生成既可生成酮体酮体又可生成又可生成糖糖的氨基酸。如的氨基酸。如 Phe Tyr、Ile、Trp。3）生酮和生糖氨基酸）生酮和生糖氨基酸第62页/共74页5 5、氨氨基酸代基酸代谢与与一一碳碳单位位1 1）一碳单位）一碳单位（1 1）概念：）概念：只含一个只含一个碳原子碳原子的有机基团，这些基团的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。通常由其载体携带参加代谢反应。载体为载体为四氢叶酸四氢叶酸、S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸第63页/共74页（2 2）一碳单位的类型）一碳单位的类型常见的一碳单位：常见的一碳单位：甲基甲基 -CH3亚甲基亚甲基 -CH2次甲基次甲基 -CH=亚氨甲基亚氨甲基 -CH=NH甲酰基甲酰基 -CHO羟甲基羟甲基 CH2OH特点：不能游离存在，通过载体参与代谢反应。特点：不能游离存在，通过载体参与代谢反应。第64页/共74页四氢叶酸是一碳单位的主要载体：四氢叶酸是一碳单位的主要载体：FH4的生成的生成FFH2FH4FH2还原酶还原酶FH2还原酶还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+第65页/共74页FH4携带一碳单位的形式携带一碳单位的形式 （一碳单位通常是结合在一碳单位通常是结合在FH4分子的分子的N5、N10位上）位上）N5CH3FH4N5,N10CH2FH4N5,N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4第66页/共74页一碳单位主要来源于氨基酸代谢一碳单位主要来源于氨基酸代谢丝氨酸丝氨酸 N5,N10CH2FH4甘氨酸甘氨酸 N5,N10CH2FH4组氨酸组氨酸 N5CH=NHFH4色氨酸色氨酸 N10CHOFH4（2）一碳单位的产生）一碳单位的产生第67页/共74页（3）一碳单位的生理功能）一碳单位的生理功能作为合成嘌呤和嘧啶的原料作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来*参与许多物质的甲基化过程。参与许多物质的甲基化过程。第68页/共74页第69页/共74页甲硫氨酸循环甲硫氨酸循环甲硫氨酸甲硫氨酸S-腺苷同型腺苷同型 半胱氨酸半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶转甲基酶(VitB12)H2O腺苷腺苷RHATPPPi+PiR-CH36、甲硫氨酸参与、甲硫氨酸参与甲基甲基转移转移（SAM为体内甲基的直接供体）为体内甲基的直接供体）第70页/共74页 二、氨基酸脱羧基作用二、氨基酸脱羧基作用第71页/共74页1 1、酪氨酸代谢相关、酪氨酸代谢相关l帕金森病帕金森病(Parkinson disease)：多巴胺生成减少。：多巴胺生成减少。l白白化化病病(albinism)：人人体体缺缺乏乏酪酪氨氨酸酸酶酶，黑黑色色素素合合成障碍，皮肤、毛发等发白。成障碍，皮肤、毛发等发白。三、氨基酸代谢缺陷症三、氨基酸代谢缺陷症第72页/共74页2.2.酪氨酸代谢相关酪氨酸代谢相关 尿黑酸症：体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸症：体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻。尿黑酸分解受阻。第73页/共74页3.苯丙氨酸代谢相关苯丙氨酸代谢相关苯酮酸尿症苯酮酸尿症(phenyl keronuria,PKU)：体内苯丙氨酸体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。遗传代谢病。苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，导致患儿智力发育障碍苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，导致患儿智力发育障碍第74页/共74页