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氨 基 酸 代 谢

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.

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氨 基 酸 代 谢

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. Topics • Nutritional Function of Protein • Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins • General Metabolism of Amino Acids • Metabolism of Ammonia • Metabolism of Individual Amino Acids

  3. 第一节 蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein

  4. 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%

  5. “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。

  6. 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

  7. 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)

  8. 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.

  9. 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

  10. 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

  11. 第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败 Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins

  12. Dietary protein 2.1 Digestion hydrolysis absorb Amino acids Significance: ◆ Large small Help to absorb ◆ eliminatethe species specificity andantigenicity, avoid allergy , toxic reaction.

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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.

  18. 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。

  19. Protein Digestion • Proteins are broken down to • Tripeptides • Dipeptides • Free amino acids 2.2 absorption

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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.

  25. 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

  26. 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。

  27. 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。

  28. 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。

  29. 第三节氨基酸的一般代谢 General Metabolism of Amino Acids

  30. 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。

  31. 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。

  32. 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

  33. 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。

  34. 泛素介导的蛋白质降解过程： 死亡之吻

  35. 细胞内的废弃物处理装置——蛋白酶体

  36. 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

  37. 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)。

  38. 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

  39. 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

  40. （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。

  41. 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

  42. GPT(ALT) (α-ketoglutarate) Two important transaminases: 1. GPT(glutamate pyruvate transaminase) or Alanine transaminase (ALT)

  43. GOT(AST) (α-ketoglutarate) 2. GOT (glutamate oxaloacetate transaminase) Or Aspartate transaminase (AST)

  44. 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

  45. 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。

  46. （二）氧化脱氨基作用 氧化脱氢 水解脱氨

  47. 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

  48. （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

  49. （三）嘌呤核苷酸循环 (in muscle)

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