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蛋白质的 分解代 谢
蛋白质的 分解代 谢
第一节 营养素的概念第一节 营养素的概念营养素(nutrient):
具有促进人体生长、发育、更新和修补组织细胞或整体正常结构与功能的物质,称为营养素。
营养素功能
1. 构成机体组织成分补偿代谢消耗
2. 供给能量
3. 调整生理、生化作用null 营养素的种类
蛋白质
脂肪
糖类
无机盐和微量元素
维生素
氧和水null糖的营养功能
脂肪的营养功能
空气(氧)的营养价值空气(氧)的营养价值生物氧化的最终受氢体。
参与糖、脂和蛋白质的彻底氧化。
参与体内的羟化、加氧等生化反应。水的营养价值水的营养价值构成组织和体液的重要成分。
促进与参与体内的生化反应。
体内物质的转换、运输和代谢物的排除。
调节体温和润滑作用。null人体主要无机盐及其生化功能null微量元素占体重万分之一以下的元素。
必需微量元素:
镁、氟、锌、铜、钒、锡、硒、锰、
碘、钼、铬、钴、硅。维生素维生素维生素(vitamin)是机体维持正常功能所必需,但在体内不能合成或合成量很少,必须由食物供给的一组低分子量有机物质。null 脂溶性维生素共同特点
﹡均为非极性疏水的异戊二烯衍生物
﹡不溶于水,溶于脂类及脂肪溶剂
﹡在食物中与脂类共存,并随脂类一同吸收
﹡吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输
种类
VitA, VitD, VitE, VitK 维生素A(抗干眼病维生素)维生素A(抗干眼病维生素)﹡天然形式: A1(视黄醇)
A2(3-脱氢视黄醇)
﹡活性形式 :11-视黄醛
﹡维生素A原:β-胡萝卜素
﹡功能:
构成视色素成分;维持上皮细胞正常功能;
促进幼儿生长;抗癌作用。 维生素D(抗佝偻病维生素) 维生素D(抗佝偻病维生素)﹡种类: VitD2(麦角钙化醇)
VitD3(胆钙化醇)
﹡VitD2原:麦角固醇
VitD3原: 7-脱氢胆固醇
麦角固醇→VitD2
胆固醇→7-脱氢胆固醇→VitD3
﹡VitD3的活性形式: 1, 25- (OH)2-VitD3(一)化学本质和性质维生素E维生素E(一)化学本质与性质
﹡种类:生育酚,生育三烯酚
﹡易自身氧化,故能保护其他物质。
*活性形式:α 生育酚
(二)生化作用
1. 抗氧化作用
2. 维持生殖机能
3. 抗衰老,增强免疫作用 维生素K(凝血维生素) 维生素K(凝血维生素)(二)生化功能
参与凝血作用
(一)化学本质及性质天然形式:K1、K2
人工合成:K3、K4活性形式:甲基奈醌衍生物null 共同特点
﹡易溶于水,故易随尿液排出。
﹡体内不易储存,必须经常从食物中摄取。水溶性维生素种类
B族维生素和维生素C 维生素B1维生素B1﹡维生素B1又名硫胺素(thiamine)
﹡体内活性形式为焦磷酸硫胺素(TPP)(一)化学本质及性质null
焦磷酸硫胺素(TPP)目 录null﹡TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶,也是转酮醇酶的辅酶。
﹡在神经传导中起一定的作用,抑制胆碱酯酶的活性。生化功能缺乏症
﹡脚气病,末梢神经炎维生素B2维生素B2(二)生化功能
FMN及FAD是体内氧化还原酶的辅基,主要起氢传递体的作用。(一)化学本质及性质
﹡维生素B2又名核黄素(riboflavin)
﹡体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN)
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)nullVit B2FMNAMPFADⅠⅡⅢ维生素PP维生素PP﹡维生素PP包括
尼克酸(nicotinic acid)
尼克酰胺(nicotinamide)﹡体内活性形式
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)化学本质及性质nullNAD+:R为 HNADP+:R为尼克酰胺目 录null生化功能
﹡NAD+及NADP+是体内多种脱氢酶(如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶)的辅酶,起传递氢的作用。维生素B6维生素B6(一)化学本质及性质
﹡维生素B6包括吡哆醇,吡哆醛及吡哆胺
﹡体内活性形式为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺(二)生化作用及缺乏症
﹡磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶,也是-氨基-酮戊酸合酶(ALA合酶)的辅酶。null目 录泛 酸泛 酸(一)化学本质及性质
﹡泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸
﹡体内活性形式为 辅酶A(CoA)
酰基载体蛋白(ACP)
(二)生化作用及缺乏症
﹡CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶,参与酰基的转移作用。null泛酸4-磷酸泛酰
巯基乙胺CoA的结构式目 录生物素生物素 生物素(biotin)是多种羧化酶(如丙酮酸羧化酶)的辅酶,参与CO2的羧化过程。与羧基结合生
成羧基生物素与赖氨酸残基ε-氨基结合成生物胞素目 录叶酸叶酸﹡生化作用:FH4是一碳单位转移酶的辅酶,参与一碳单位的转移。
﹡缺乏症:巨幼红细胞贫血(一)化学本质及性质(二)生化作用及缺乏症﹡叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸
﹡体内活性形式为四氢叶酸(FH4)null叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+二氢叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+四氢叶酸目 录硫辛酸硫辛酸 生化作用
硫辛酸(lipoic acid)是硫辛酸乙酰转移酶的辅酶,起转酰基作用。氧化型还原型维生素B12维生素B12﹡生化作用:参与体内甲基转移作用
﹡缺乏症:巨幼红细胞贫血、神经疾患(一)化学本质及性质﹡维生素B12又称钴胺素(coholamine)
﹡体内活性形式为甲基钴胺素
5 -脱氧腺苷钴胺素(二)生化作用及缺乏症null R:5`-脱氧腺苷
5`-脱氧腺苷钴胺素维生素C维生素C﹡生化作用: 参与氧化还原反应,参与体内羟化应,促进胶原蛋白的合成,促进铁的吸收。
﹡缺乏症:坏血病(二)生化作用及缺乏症null维生素C脱氢维生素C目 录null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。 null 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,反映蛋白质合成和分解代谢的结果。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。null其余12种氨基酸体内可以合成,称非必需氨基酸。 蛋白质的营养价值null2 蛋白质的营养评价蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。
评价食物的营养价值包括食物(蛋白质量)、(蛋白质的消化率)、(蛋白质的利用率)。3 蛋白质的需要量3 蛋白质的需要量中国营养协会制定的每日蛋白质供给量null指营养价值较低的蛋白质混合食用,互相补充必需氨基酸的种类和数量,从而提高蛋白质在体内的利用率,称为蛋白质的互补作用。蛋白质的互补作用
(complementary action) null中国居民膳食指南
食物要多样 饥饱要适当
适量鱼肉蛋 油脂要适量 多吃牛奶豆制品 食盐要控制
饮酒要节制 食品要卫生
原则:营养、卫生、科学、合理null平衡膳食宝塔油盐类
奶、豆类
鱼、肉、蛋
粮食类
蔬菜、水果 油 < 25g
盐 < 10g
鲜奶 200g
豆类食品 50g
125g ~ 200g
多吃鱼类、海产品
300 ~ 500g
粗细搭配
蔬菜400 ~ 500g
水果100 ~ 200g第二节
蛋白质的消化、吸收和腐败第二节
蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteinsnull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。食物蛋白质胨及多肽寡肽、氨基酸水解酶水解酶酶原的激活酶原的激活胰蛋白酶null消化过程 (一)胃中的消化作用胃蛋白酶的最适pH为1.5~2.5,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。null(二)小肠中的消化
——小肠是蛋白质消化的主要部位。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。null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的作用,例如氨基肽酶及二肽酶等。null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null(一)主动转运载体蛋白与氨基酸、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null(二)γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环过程
(γ-glutamyl cycle)谷胱甘肽对氨基酸的转运
谷胱甘肽再合成null细胞外 γ-谷
氨酰
基转
移酶细胞膜谷胱甘肽
GSH细胞内γ-谷氨酰基循环过程目 录null直接吸收,如胞饮作用、细胞间隙通道、肽通道等。
此种转运也是耗能的主动吸收过程。
吸收作用在小肠近端较强。(三)肽的吸收null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)第三节
氨基酸的一般代谢第三节
氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acidsnull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。null氨基酸代谢库氨基酸代谢概况目 录null氨基酸的脱氨基作用定义
指氨基酸脱去氨基生成相应α-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 氧化脱氨作用氧化脱氨作用氧化脱氨作用氧化脱氨作用(1)氨基酸氧化酶辅酶:FADnull(2)L-谷氨酸脱氢酶存在于肝、脑、肾中。
辅酶为 NAD+ 或NADP+ 。
ATP、NADPH为其抑制剂。
ADP为其激活剂。
最适pH为7.6~8.0。催化酶:
L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2Onull(二)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。null 2. 反应式重要的有谷草转氨酶和谷丙转氨酶。null3. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛null-H20+H20null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。4. 转氨基作用的生理意义null 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。null(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α-氨基生成α-酮酸的过程。2. 类型① 转氨基偶联氧化脱氨基作用1. 定义② 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环null① 转氨基偶联氧化脱氨基作用H2O+NAD+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。null② 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环此种方式主要在肌肉组织进行。非氧化脱氨作用非氧化脱氨作用脱水脱氨。
脱硫化氢脱氨。
直接脱氨。氨 的 代 谢氨 的 代 谢Metabolism of Ammonianull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 0.1 mg%。 null 血氨的来源与去路1. 血氨的来源① 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② 肠道吸收的氨③ 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺null2. 血氨的去路① 在肝内合成尿素,这是最主要的去路② 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③ 合成谷氨酰胺④ 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+,随尿排出。null 一、尿素的生成(一)生成部位
主要在肝细胞的线粒体及胞液中。(二)生成过程尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出,称为鸟氨酸循环(orinithine cycle),又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。null1. 氨基甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行null反应由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoyl phosphate synthetaseⅠ, CPS-Ⅰ)催化。
N-乙酰谷氨酸为其激活剂,反应消耗2分子ATP。null2. 瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸null由鸟氨酸转氨甲酰酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化,OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。反应在线粒体中进行,瓜氨酸生成后进入胞液。null3. 精氨酸的合成反应在胞液中进行。+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸null精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸null4. 精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行尿素鸟氨酸精氨酸null鸟氨酸循环线粒体胞 液目 录null(三)反应小结原料:2 分子氨,一个来自于游离氨,另一个来自天冬氨酸。
过程:先在线粒体中进行,再在胞液中进行。
耗能:3 个ATP,4 个高能磷酸键。null(四)尿素生成的调节1. 食物蛋白质的影响高蛋白膳食 合成↑低蛋白膳食 合成↓氨基甲酰磷酸合成酶 I的调节:
N-乙酰谷氨酸、精氨酸为其激活剂3. 尿素生成酶系的调节:nullnull(五)高氨血症和氨中毒血氨浓度升高称高氨血症 ( hyperammonemia),常见于肝功能严重损伤时,尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。高氨血症时可引起脑功能障碍,称氨中毒(ammonia poisoning)。nullTAC ↓ 脑供能不足 脑内 α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制null氨的转运1. 丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)反应过程null丙
氨
酸葡
萄
糖 肌肉
蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊
二酸丙酮酸糖酵解途径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-葡萄糖循环葡萄糖目 录null2. 谷氨酰胺的运氨作用 反应过程在脑、肌肉合成谷氨酰胺,运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸,从而进行解毒。null四 α-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null(三)氧化供能α-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。null琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸α-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α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA酮体CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C第五节
个别氨基酸的代谢第五节
个别氨基酸的代谢Metabolism of Individual Amino Acids 一、氨基酸脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)null(一)γ-氨基丁酸
(γ-aminobutyric acid, GABA)GABA是抑制性神经递质,对中枢神经有抑制作用。null(二)组胺 (histamine)组胺是强烈的血管舒张剂,可增加毛细血管的通透性,还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。null(四)5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT)5-HT在脑内作为神经递质,起抑制作用;在外周组织有收缩血管的作用。null(三)鸟氨酸的脱羧作用 鸟氨酸腐胺 S-腺苷甲硫氨酸
(SAM )脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶CO2SAM脱羧酶CO2精脒 (spermidine)丙胺转移酶5'-甲基-硫-腺苷 精胺 (spermine)多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织(如胚胎、再生肝、肿瘤组织)含量较高,其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。null 二、一碳单位的代谢定义(一)概述 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团,称为一碳单位(one carbon unit)。 null种类甲基 (methyl)-CH3甲烯基 (methylene)-CH2-甲炔基 (methenyl)-CH=甲酰基 (formyl)-CHO亚胺甲基 (formimino)-CH=NH 载体:
四氢叶酸 S-腺苷蛋氨酸 null(二)四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成5null FH4携带一碳单位的形式 (一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上)N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4null一碳单位主要来源于氨基酸代谢(三)一碳单位与氨基酸代谢蛋氨酸的代谢
甲基的重要来源蛋氨酸的代谢
甲基的重要来源活性形式:
S-腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)
生成产物:
胆碱、肌酸、肾上腺素。null蛋氨酸的代谢1. 蛋氨酸与转甲基作用腺苷转移酶PPi+Pi+蛋氨酸ATPS—腺苷甲硫氨酸(SAM)null甲基转移酶RHRH—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM为体内甲基的直接供体RH 肾上腺素、肌酸、胆碱null2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle)甲硫氨酸S-腺苷同型
半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4
转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+Pinull(四)一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4N5, N10=CH—FH4N5, N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3SAMnull(五)一碳单位的生物学意义四氢叶酸“一碳单位”作为合成嘌呤和嘧啶的原料
SAM“一碳单位”是参与体内甲基化反应主要来源
与新药设计null含硫氨基酸代谢1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变2有蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸null2. 硫酸根的代谢含硫氨基酸分解可产生硫酸根,半胱氨酸是主要来源。PAPS为活性硫酸,
是体内硫酸基的供体null 四、芳香族氨基酸的代谢null(一)苯丙氨酸和酪氨酸的代谢此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。null1. 儿茶酚胺(catecholamine)与黑色素(melanin)的合成null帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。
在黑色素细胞中,酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。
人体缺乏酪氨酸酶,黑色素合成障碍,皮肤、毛发等发白,称为白化病(albinism)。null2. 酪氨酸的分解代谢 体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时,尿黑酸分解受阻,可出现尿黑酸症。null3. 苯酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU) 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。null(二)色氨酸代谢色氨酸null五. 肌酸的合成肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量储存、利用的重要化合物。
肝是合成肌酸的主要器官。
肌酸以甘氨酸为骨架,由精氨酸提供脒基,SAM提供甲基而合成。
肌酸在肌酸激酶的作用下,转变为磷酸肌酸。
肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。null目 录