1.45k likes | 1.83k Views
氨 基 酸 代 谢. 第 七 章. Metabolism of Amino Acids. 李 志 红 医学院生物化学教研室. Topics. Nutritional Function of Protein Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins General Metabolism of Amino Acids Metabolism of Ammonia Metabolism of Individual Amino Acids. 第一节.
E N D
氨 基 酸 代 谢 第 七 章 Metabolism of Amino Acids 李 志 红 医学院生物化学教研室
Topics • Nutritional Function of Protein • Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins • General Metabolism of Amino Acids • Metabolism of Ammonia • Metabolism of Individual Amino Acids
第一节 蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein
凯氏定氮法 “三鹿奶粉”事件(2008年) • 三聚氰胺(英文名Melamine),是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,重要的氮杂环有机化工原料,含氮量66%。 • 结石宝宝 • 蛋白质的含氮量平均约为16%
“大头娃娃”事件 (2004年) • 头大,嘴小,浮肿,低烧。鲜花般娇嫩的幼小生命,刚来到世间几个月就枯萎、凋谢,罪魁祸首竟是本应为他们提供充足“养料”的奶粉。 • 按照国家标准,婴儿一段配方奶粉,蛋白质含量不应低于18%,二段、三段奶粉的蛋白质含量也应在12%--18%之间。而劣质奶粉的蛋白质含量,低的只有1.7%,最高的也就3.7%,远远低于国家标准。
Protein: the name of the protein derives from the Greek word proteios, meaning “first” or “foremost”. • They constitute about 50% of the cellular dry weight. • Function: involved in almost everything • Structure (collagen, elastin, keratin); Enzymes; Carriers & transport (hemoglobin); Receptors; Contraction (actin & myosin); Immune response (immunoglobulin) • Oxidation and supply energy
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。 体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述 ★ Positive: synthesis > degradation (e.g., growth, body building) ★Negative: synthesis < degradation (e.g., starvation, trauma) ★Equilibrium: synthesis = degradation (healthy adults eating a balanced diet)
Physical requirements of proteins • Lowest requirement: 30~50g/day • Recommend requirement: 80g/day (65kg man) Amino acids are not stored by the body, must be obtained from the diet, synthesized de novo.
营养必需氨基酸(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。 “假设来借一两本书” 营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值 • 其余12种氨基酸体内可以合成,称为营养非必需 氨基酸。 • Semi-essential amino acids:His,Arg • Required by infants and growing children
蛋白质的营养价值(nutrition value) 蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率,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。 Beans: lysine Grains: tryptophan
第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败 Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins
Dietary protein 2.1 Digestion hydrolysis absorb Amino acids Significance: ◆ Large small Help to absorb ◆ eliminatethe species specificity andantigenicity, avoid allergy , toxic reaction.
site: stomach, small intestine 胃蛋白酶 胰液分泌的蛋白水解酶 • 内肽酶: • 胰蛋白酶 • 糜蛋白酶 • 弹性蛋白酶 • 外肽酶 • 羧基肽酶A和羧基肽酶B Amino acids
Aromatic amino acids • Initiated in stomach • enzymes:胃蛋白酶(pepsin) HCl • Stomach pH 1.5 to 2.5 胃蛋白酶原 胃蛋白酶 • The substrate mainly are phenylalanine,tyrosine,tryptophan • Products: polypeptides and amino acids
Protein Digestion –Small Intestine 胰液分泌的蛋白水解酶 pH 7.0 • 内肽酶: • 胰蛋白酶: Arg, Lys • 糜蛋白酶: Tyr, Trp, Phe • 弹性蛋白酶: Ala, Gly, Ser • 外肽酶 • 羧基肽酶A和羧基肽酶B • 氨基肽酶
肠激酶 胰蛋白酶 胰蛋白酶原 糜蛋白酶 protease 糜蛋白酶原 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶 active site cascade reaction Amplification effect
酶原激活的意义(Significance) • 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用(avoids self-digestion)。 • 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,stored and transported safely.
急性胰腺炎 嘴巴惹的祸 • 急性胰腺炎是常见的急腹症之一,多见于青壮年,常在酗酒或暴饮暴食后突然出现腹痛,疼痛剧烈,可扩散到背部与胸部,在数小时后达到高峰。可出现休克和腹膜炎,病情凶险,死亡率高。 • 凡能引起大量胰液分泌的情况均可成为急性胰腺炎的诱因。这种情况首推暴饮暴食,特别是高蛋白、高脂肪饮食和大量饮酒。 • 急性胰腺炎、心肌梗塞和脑血管意外是临床猝死的三大疾病,要引起高度重视。
Protein Digestion • Proteins are broken down to • Tripeptides • Dipeptides • Free amino acids 2.2 absorption
Amino acids carrier protein Amino acids Amino acids Na+ Na+ Na+ ATP Free Amino Acid Absorption • Carrier systems • Neutral AA • Basic AA • Acidic AA • Amino acids Lumen (small intestine) Na+ pump • Entrance of some AA is via active transport • Requires energy Brush broad membrance
γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 γ-谷氨酰基循环(γ-glutamyl cycle)过程: • 谷胱甘肽对氨基酸的转运 • 谷胱甘肽再合成
细胞膜 细胞内 细胞外 氨基酸 γ-谷氨酰 氨基酸 γ-谷氨 酰环化 转移酶 半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) γ-谷 氨酰 基转 移酶 5-氧脯氨酸 肽酶 氨基酸 ATP 5-氧脯 氨酸酶 谷胱甘肽 GSH 甘氨酸 半胱氨酸 ADP+Pi γ-谷氨酰 半胱氨酸 合成酶 谷氨酸 谷胱甘肽 合成酶 ATP ADP+Pi ATP γ-谷氨酰半胱氨酸 ADP+Pi
肽的吸收 • 利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系 • 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
蛋白质的腐败作用(putrefaction) 二、蛋白质在肠道发生腐败作用 肠道细菌对未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物所起的作用。 The products are toxic to body except few vitamin and fatty acid.
组氨酸 组胺 色氨酸 色胺 酪胺 酪氨酸 尸胺 赖氨酸 (一)肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类
苯乙醇胺 苯乙胺 酪胺 β-羟酪胺 • 假神经递质(false neurotransmitter) 某些物质 (如苯乙醇胺,β-羟酪胺)与神经递质(如儿茶酚胺)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。
脱氨基作用 未被吸收的氨基酸 氨 (ammonia) 渗入肠道的尿素 尿素酶 (二)肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨 • 肝硬化病人为什么用酸性药灌肠? • 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。
酪氨酸 苯酚 半胱氨酸 硫化氢 色氨酸 吲哚 (三)腐败作用产生其它有害物质 • 正常情况下,上述有害物质大部分随粪便排出,只有小部分被吸收,经肝的代谢转变而解毒,故不会发生中毒现象。
第三节氨基酸的一般代谢 General Metabolism of Amino Acids
一、体内蛋白质分解生成氨基酸 • 成人体内的蛋白质每天约有1%~2%被降解,主要是肌肉蛋白质。 • 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。
真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径 1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解 • 不依赖ATP和泛素; • 利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解细胞外来源的蛋白、膜蛋白和长寿命蛋白质。
2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解 • 依赖ATP和泛素 • 降解异常蛋白和短寿命蛋白质 • 泛素(ubiquitin) • 76个氨基酸组成的多肽(8.5kD) • 普遍存在于真核生物而得名 • 一级结构高度保守 • 酵母和人类间只有3 个氨基酸的差异
泛素介导的蛋白质降解过程 • 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接,并使其激活,即泛素化,包括三种酶参与的3步反应,并需消耗ATP。 • 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: 死亡之吻
2004年10月16日,瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯,以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。2004年10月16日,瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯,以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。 阿龙·切哈诺沃 阿弗拉姆·赫尔什科 欧文·罗斯
二、氨基酸代谢库 食物蛋白质经消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸(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(metabolic pool)。
血液氨基酸 食物蛋白质 消化吸收 糖或脂类 氨基酸代谢库 脱氨基作用 CO2+H2O 尿素 NH3 谷氨酰胺 其它含氮物质 脱羧基作用 组织氨基酸 合成 代谢转变 • 氨基酸代谢概况: 体内合成 非必需氨基酸 α-酮酸 分解 组织蛋白质 胺类 + CO2 嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物 • 三条来源,四条去路
1.转氨基作用 2.氧化脱氨基作用 3.联合脱氨基作用 4.嘌呤核苷酸循环 氨 氨基酸 α-酮酸 三、氨基酸的脱氨基(deamination)作用 脱氨基作用是氨基酸的分解代谢的主要途径
(一)转氨基作用(transamination) Salient features? 1、由转氨酶(transaminase)催化完成 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。
谷氨酸 氨基酸 磷酸吡哆醛 α-酮戊二酸 转氨酶 α-酮酸 磷酸吡哆胺 2、各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制 • 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛
GPT(ALT) (α-ketoglutarate) Two important transaminases: 1. GPT(glutamate pyruvate transaminase) or Alanine transaminase (ALT)
GOT(AST) (α-ketoglutarate) 2. GOT (glutamate oxaloacetate transaminase) Or Aspartate transaminase (AST)
正常成人各组织中GOT和GPT活性(单位/g湿组织)正常成人各组织中GOT和GPT活性(单位/g湿组织) 组织名称 GOT GPT 心脏 156 000 7 100 肝脏 142 000 44 000 骨骼肌 99 000 4 800 肾脏 91 000 19 000 胰脏 28 000 2 000 脾脏 14 000 1 200 肺脏 10 000 700 血清 2016 GPT 、 GOT的临床意义 • GPT常用于急性肝炎的辅助诊断 • GOT常用于心肌梗塞的辅助诊断
转氨基作用的生理意义 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。 • 转氨基作用的局限性: • 只转移氨基而并没有脱氨。
(二)氧化脱氨基作用 氧化脱氢 水解脱氨
L-谷氨酸脱氢酶 +H2O -H2O NAD+ NADH+H+ (NADP+ NADPH+H+) • 体内催化氧化脱氨基作用的酶主要是L-谷氨酸脱氢酶
(三)联合脱氨基作用(mostly in liver and kidney) (Low activity in muscle) “Collection centre” for amino groups 转氨基作用和谷氨酸的氧化脱氨基联合进行