第11章

蛋白質(zhì)的分解代謝

暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院生化系陳萬群蛋白質(zhì)的營養(yǎng)

NutritionalFunctionofProtein

第一節(jié)一、體內(nèi)蛋白質(zhì)具有多方面的重要功能（一）蛋白質(zhì)維持細胞組織的生長、更新和修補（二）蛋白質(zhì)參與合成重要的含氮化合物催化（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。人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。

（三）氧化供能二、體內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝狀況可用氮平衡描述

氮平衡(nitrogenbalance)：指攝入蛋白質(zhì)的含氮量與排泄物（主要為尿與糞）中含氮量之間的關(guān)系。反映體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成與分解代謝的總結(jié)果。氮總平衡：攝入氮=排出氮（正常成人）氮正平衡：攝入氮>排出氮（兒童、孕婦等）氮負平衡：攝入氮<排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）我國營養(yǎng)學(xué)會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。必需氨基酸(essentialaminoacid)指體內(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：Lys、Trp、Val、Phe、Thr、Leu、Ile、Met。亮（sir)來家寫一本書。其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱為非必需氨基酸。三、蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值

蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(nutritionvalue)蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值是指氮的保留量占氮的吸收量的百分率。主要取決于必需氨基酸的種類、數(shù)量和比例。

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。第二節(jié)

蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、蛋白質(zhì)的消化

蛋白質(zhì)消化的生理意義消除食物蛋白質(zhì)的種屬特異性或抗原性。由大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，便于吸收和利用。蛋白質(zhì)的消化實質(zhì)是一系列的酶促水解反應(yīng)：1、酶原和酶原的激活2、蛋白水解酶作用的特異性

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)：自肽鏈的末端開始，每次水解一個氨基酸殘基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。蛋白水解酶作用示意圖氨基酸二肽酶氨基肽酶內(nèi)肽酶氨基酸

+NHNH羧基肽酶56（二）蛋白質(zhì)的消化過程：

此外，胃蛋白酶和糜蛋白酶具凝乳作用。二、肽和氨基酸的吸收

食物蛋白質(zhì)在胃腸道經(jīng)酶的水解，產(chǎn)物除氨基酸外，還有相當(dāng)量的寡肽和多肽等。它們的吸收主要有兩種方式：主動轉(zhuǎn)運（activetransport)需要運載蛋白、Na+、ATP和酶等。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。2.γ-谷氨?；h(huán)(γ-glutamylcycle)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ATPADP+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+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+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-谷氨酰氨基酸氨基酸二三、蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物在腸道發(fā)生腐敗作用未被消化的蛋白質(zhì)及未被吸收的氨基酸或小肽，在大腸下部會受到大腸桿菌的分解，此分解作用稱為腐敗作用。腐敗作用的產(chǎn)物大多有害。

蛋白質(zhì)的腐敗作用(putrefaction)第三節(jié)

細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)的降解不依賴ATP和泛素；利用溶酶體中的組織蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和長壽蛋白質(zhì)。1、蛋白質(zhì)在溶酶體通過ATP-非依賴途徑被降解真核細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解有兩條重要途徑2、蛋白質(zhì)在蛋白酶體通過ATP-依賴途徑被降解

依賴ATP和泛素降解異常蛋白和短壽蛋白質(zhì)

泛素(ubiquitin，Ub)76個氨基酸組成的多肽(8.5kD)

普遍存在于真核生物而得名一級結(jié)構(gòu)高度保守酶促反應(yīng)：其Gly與靶蛋白的Lys側(cè)鏈相連；多聚泛素鏈。一、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解過程中的重要物質(zhì)（二）酶E1,E2和E3E1:泛素活化酶，負責(zé)激活泛素，泛素分子被激活后被送到E2。E2:泛素結(jié)合酶，負責(zé)把泛素分子結(jié)合在被降解的蛋白質(zhì)上。E3:泛素蛋白連接酶，具有辨認被降解蛋白質(zhì)的功能，幫助E2把泛素結(jié)合在被降解蛋白質(zhì)上。（三）蛋白酶體（proteasome)

存在于細胞核和胞漿內(nèi)，負責(zé)對泛素化蛋白質(zhì)進行降解。26S蛋白酶體20S的核心顆粒19S的調(diào)節(jié)顆粒:

18個亞基,6個亞基具有ATP酶活性2個α環(huán)：7個α亞基2個β環(huán)：7個β亞基氨基酸代謝概況：合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代謝轉(zhuǎn)變胺類+CO2脫羧基作用脫氨基作用消化吸收其它含氮物質(zhì)非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂類α-酮酸谷氨酰胺尿素食物蛋白質(zhì)組織蛋白質(zhì)血液氨基酸組織氨基酸氨基酸代謝庫第四節(jié)氨基酸的一般代謝一、氨基酸在體內(nèi)的代謝動態(tài)二、氨基酸的脫氨基作用

脫氨基作用指氨基酸脫去α-氨基生成相應(yīng)α-酮酸的過程。

主要有：氧化脫氨、轉(zhuǎn)氨、聯(lián)合脫氨和非氧化脫氨。（一）氧化脫氨作用氨基酸脫氨伴有氧化作用，過程如下：催化氨基酸氧化脫氨的酶有兩類：

1.氨基酸氧化酶：作用不大。2.L-谷氨酸脫氫酶：具重要意義。

存在于肝、腦、腎中輔酶為

NAD+或NADP+GTP、ATP為其抑制劑

GDP、ADP為其激活劑催化酶：

L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（二）轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)氨作用(transamination)1.轉(zhuǎn)氨作用在轉(zhuǎn)氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相應(yīng)的α-酮酸，而另一種α-酮酸得到此氨基生成相應(yīng)的氨基酸的過程。2.轉(zhuǎn)氨酶3.轉(zhuǎn)氨作用的機制

轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛（Vib6的磷酸酯），它結(jié)合于轉(zhuǎn)氨酶活性中心Lys的ε氨基上。氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺另一種氨基酸

α-酮酸轉(zhuǎn)氨酶4.轉(zhuǎn)氨作用的意義（1）轉(zhuǎn)氨作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是機體合成非必需氨基酸的重要途徑。（2）臨床上轉(zhuǎn)氨作用也常作為一些疾病診斷和治療的主要參考指標(biāo)。（3）新藥研究中，有關(guān)治療肝臟疾病或涉及肝臟解毒的藥物等，也常測定轉(zhuǎn)氨酶的活性作為重要的觀察指標(biāo)。正常人各組織中GPT及GOT活性(單位/克濕組織)血清轉(zhuǎn)氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預(yù)后的指標(biāo)之一。組織GPTGOT組織GPTGOT

肝44000142000胰腺200028000

腎1900091000脾120014000

心7100156000肺70010000

骨骼肌480099000血清1620氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+轉(zhuǎn)氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶（三）聯(lián)合脫氨作用體內(nèi)氨基酸的脫氨主要是聯(lián)合脫氨作用，即轉(zhuǎn)氨作用與脫氨作用偶聯(lián)進行，稱作轉(zhuǎn)氨脫氨作用（transdeamination)，又稱聯(lián)合脫氨基作用。1.轉(zhuǎn)氨作用偶聯(lián)氧化脫氨作用蘋果酸

腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤核苷酸

(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸轉(zhuǎn)氨酶1草酰乙酸天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶

2腺苷酸脫氨酶H2ONH32.轉(zhuǎn)氨作用偶聯(lián)AMP循環(huán)脫去氨基延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、氨基酸碳鏈骨架可進行轉(zhuǎn)換或分解氨基酸脫氨基后生成的-酮酸(-ketoacid）主要有三條代謝去路。（一）α-酮酸可徹底氧化分解并提供能量（二）α-酮酸經(jīng)氨基化生成營養(yǎng)非必需氨基酸（三）α-酮酸可轉(zhuǎn)變成糖及脂類化合物甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蘇氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類GlucogenicaminoacidKetogenicaminoacidGlucogenicandketogenicaminoacid三、氨的代謝氨具有毒性，特別是腦組織對氨的作用尤為敏感。正常人血氨濃度低于58.7μmol/L。某些原因引起血氨濃度升高，可導(dǎo)致神經(jīng)組織，特別是腦組織功能障礙，稱為氨中毒。氨的來源體內(nèi)氨有三個主要來源：

(1)各器官組織中氨基酸脫氨基及胺分解產(chǎn)生的氨

(2)腸道吸收的氨(3)腎小管上皮細胞分泌的氨。另外，還有外源性的氨(其吸收與腸道pH有關(guān))。氨的去路尿素的合成谷氨酰胺的生成參與合成一些重要的含氮化合物（如嘌呤、嘧啶、非必需氨基酸等）以銨鹽形式由尿排出1.NH3、CO2和ATP縮合生成氨基甲酰磷酸：線粒體中進行

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸（一）尿素的合成尿素生成的過程稱為鳥氨酸循環(huán)或尿素循環(huán)(ureacycle)反應(yīng)由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化。N-乙酰谷氨酸為其激活劑，反應(yīng)消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)2、氨基甲酰磷酸與鳥氨酸反應(yīng)生成瓜氨酸鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸反應(yīng)在線粒體中進行，瓜氨酸生成后進入胞液。3、瓜氨酸與天冬氨酸反應(yīng)生成精氨酸代琥珀酸反應(yīng)在胞液中進行。

精氨酸代琥珀酸縮合酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸4、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反應(yīng)在胞液中進行。5、精氨酸水解釋放尿素并再生成鳥氨酸反應(yīng)在胞液中進行。尿素鳥氨酸精氨酸H2O鳥氨酸循環(huán)線粒體胞液反應(yīng)小結(jié)：原料：2分子氨，一個來自于游離氨，另一個來自天冬氨酸。過程：通過鳥氨酸循環(huán)，先在線粒體中進行，再在胞液中進行。耗能：3個ATP，4個高能磷酸鍵。肝功能嚴重受損時，尿素合成受阻，會導(dǎo)致高血氨癥。酶相對活性氨基甲酰磷酸合成酶鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶精氨酸代琥珀酸縮合酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0正常成人肝尿素合成酶的相對活性酶相對活性氨基甲酰磷酸合成酶鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0高蛋白質(zhì)膳食促進尿素合成；精氨酸代琥珀酸縮合酶是鳥氨酸循環(huán)合成尿素的限速酶。丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白質(zhì)氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途徑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尿素尿素循環(huán)糖異生肝葡萄糖肌肉中氨以無毒的丙氨酸運輸?shù)礁胃螢榧∪馓峁┝松杀彼岬钠咸烟牵ǘ┩ㄟ^丙氨酸-葡萄糖循環(huán)氨從肌肉運往肝（三）谷氨酰胺的生成

反應(yīng)過程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶+

H2O生理意義：谷氨酰胺是氨的解毒產(chǎn)物，也是氨的儲存及運輸形式。

谷氨酰胺主要從腦、肌肉等組織向肝或腎運輸氨。在腎臟，谷氨酰胺受谷氨酰胺酶作用水解，釋出氨與腎小管中的酸結(jié)合生成銨鹽由尿排出，對調(diào)節(jié)機體的酸堿平衡具有重要意義。

谷氨酰胺可參與體內(nèi)嘌呤、嘧啶和非必需氨基酸的合成TAC↓α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

腦內(nèi)α-酮戊二酸↓氨中毒的可能機制（四）尿素合成障礙可引起高血氨癥與氨中毒腦供能不足臨床上使用一些氨的代謝中間物治療高血氨癥，如谷氨酸、精氨酸和鳥氨酸等，以增加氨的去路。此外，也可以減少氨的來源。小結(jié)：氨的來源：氨的轉(zhuǎn)運方式：氨的主要去路：尿素的生成過程（鳥氨酸循環(huán)）可圖示

一、氨基酸的脫羧基作用產(chǎn)生特殊的胺類化合物脫羧基作用(decarboxylation)氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛第五節(jié)個別氨基酸的代謝（一）谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化生成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對中樞神經(jīng)有抑制作用。臨床應(yīng)用GABACOOH(CH2)2CH2NH2

CO2L-谷氨酸脫羧酶COOH(CH2)2CHNH2

COOHL-谷氨酸（二）組氨酸經(jīng)組氨酸脫羧酶催化生成組胺(histamine)組胺是強烈的血管舒張劑，可增加毛細血管的通透性；可使平滑肌收縮，引起支氣管痙攣導(dǎo)致哮喘；還可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-組氨酸組胺組氨酸脫羧酶CO2HNNCH2CHCOOHNH2HNNCH2CH2NH2（三）色氨酸生成5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)5-HT在腦內(nèi)作為神經(jīng)遞質(zhì)起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。5-羥色氨酸5-HT色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶CO2色氨酸CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNH2HOCH2CH2NH2HO（四）鳥氨酸的脫羧基作用可產(chǎn)生多胺類(polyamines)物質(zhì)多胺是調(diào)節(jié)細胞生長的重要物質(zhì)。目前臨床上測定病人血或尿中多胺的水平來作為癌癥輔助診斷及病情變化的生化指標(biāo)之一。鳥氨酸脫羧酶CO2NH2(CH2)4NH2NH2(CH2腐胺SAM脫羧酶CO2

CH2-NH2脫羧基SAMS-腺苷甲硫氨酸

(SAM)丙胺轉(zhuǎn)移酶腺苷-S-CH3NH2-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2精脒(spermidine)NH-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2丙胺轉(zhuǎn)移酶(CH2)3-NH2精胺(spermine)二、氨基酸與“一碳基團”代謝（一）“一碳基團”的概念一些氨基酸在代謝過程中可分解生成含一個碳原子的基團，稱為一碳基團。四氫葉酸（FH4)是其主要載體。甲基：-CH3亞甲基：-CH2-次甲基：-CH=甲?；?CHO亞氨甲基：-CH=NH羥甲基：-CH2OH四氫葉酸的結(jié)構(gòu)FH4的生成FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+5FH4攜帶一碳基團的形式

（一碳單位通常是結(jié)合在FH4分子的N5、N10位上）N5,N10-亞甲基四氫葉酸，簡寫為FH4-N5,N10-CH2（二）一碳基團的來源與互變一碳單位主要來源于絲氨酸、甘氨酸、組氨酸及色氨酸的分解代謝甲硫氨酸與一碳基團的生成甲硫氨酸循環(huán)(methioninecycle)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

轉(zhuǎn)甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiR-CH3一碳基團的互相轉(zhuǎn)變N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3（三）一碳基團代謝的生物學(xué)意義

（1）四氫葉酸“一碳基團”的主要生理功能是作為合成嘌呤及嘧啶的原料；（2）S-腺苷甲硫氨酸“一碳基團”是參與體內(nèi)甲基化反應(yīng)的主要甲基來源；（3）有助于闡明一些藥物作用的機制和新藥設(shè)計的研究，具重要生物學(xué)意義。甲氧芐氨嘧啶三、個別氨基酸代謝降解與疾病胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸（一）含硫氨基酸甲基轉(zhuǎn)移酶RHR—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM為體內(nèi)甲基的直接供體

半胱氨酸可轉(zhuǎn)變成牛磺酸?；撬崾菢?gòu)成膽汁酸的重要組成成分。3[O]COOHCHNH2CH2SHCOOHCHNH2CH2-SO3H半胱氨酸磺基丙氨酸脫羧酶CH2NH2CH2-SO3H?；撬?/p>

半胱氨酸可生成活性硫酸根SO42-+ATPAMP-SO3-(腺苷-5′-磷酸硫酸)3’-PO3H2-AMP-SO3-（3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸，PAPS）PAPS含活性硫酸根，是體內(nèi)硫酸基的供體。-PPiATPADPOHOPO3H2（二）芳香族氨基酸代謝可產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸1、苯丙氨酸羥化生成酪氨酸

此反應(yīng)為苯丙氨酸的主要代謝途徑。（一）苯丙氨酸和酪氨酸代謝有聯(lián)系又有區(qū)別苯丙氨酸苯丙氨酸羥化酶酪氨酸苯丙酮酸尿癥(phenylkeronuria,PKU)體內(nèi)苯丙氨酸羥化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼?，苯丙氨酸?jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并從尿中排出的一種遺傳代謝病。2、酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏睾蛢翰璺影坊驈氐籽趸纸舛喟王胚狨谏鼐酆?/p>

黑色素(melanin)的生成人體缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障礙，白化病

兒茶酚胺(cate