第十一章 蛋白质的分解代谢 (protein catabolism)

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1 第十一章 蛋白质的分解代谢 (protein catabolism)

2 主 要 内 容 蛋白质的营养作用 蛋白质的消化、吸收和腐败 氨基酸的一般代谢 一些氨基酸的特殊代谢

3 第一节 蛋白质的营养作用 （蛋白质在营养学上的重要性） 1、是各种生命活动的物质基础 2、作为组织结构的材料 3、氧化供能

4 一、*氮 平 衡（nitrogen balance）
蛋白质含氮(N)特点: 平均 16%, 即: 1g N≈6.25g.Pr. 食物含N量（摄入N）X ≈ 食物Pr.含量； 尿、粪含N量（排出N）X ≈ Pr. 分解量； Pr.分解 Pr.合成 食物Pr. （Pr.合成量） 补充

5 氮平衡有以下三种情况 1、氮总平衡：摄入氮 ＝ 排出氮； Pr合成  Pr分解 2、氮正平衡：摄入氮 ＞ 排出氮； Pr合成 ＞ Pr分解

6 二、蛋白质的生理需要量 最低生理需要量：30～50g/天 我国营养学会推荐的需要量：70～80g/天 (正常成年人每天需要量)

7 三、蛋白质的*营养价值 异 甲 缬、亮、色、苯 苏、赖 （一）*必需氨基酸（essential amino acid）
指人体不能合成、而必须由食物提供的 下列8种氨基酸： 异 甲 缬、亮、色、苯 苏、赖 亮、 硫、 丙、 （二）非必需氨基酸(non-essential amino acid) 指人体能合成、不必由食物提供的氨基酸。 营养价值的高低主要取决于必需氨基酸的种类、含量和比例是否与人体蛋白质的氨基酸组成接近。

8 （三）食物*蛋白质的互补作用 蛋白质的生理价值及互补作用 生理价值 食物 单独食用 混合食用 玉米 ( Lys少，Trp多) 60
单独食用 混合食用 食物 玉米 ( Lys少，Trp多) 小米 大豆 (Lys多，Trp少) 小麦 小米 大豆 牛肉 73 89

9 第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败 (一) 胃内消化 胃蛋白酶原 胃蛋白酶(pepsin) 蛋白质 多肽 胃蛋白酶性质
第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败 (一) 胃内消化 胃蛋白酶原 胃蛋白酶(pepsin) 蛋白质 多肽 (+) HCl 胃蛋白酶性质 1）pH 1.52.5 2）内肽酶

10 1）内肽酶 糜蛋白酶(chymotrypsin) 弹性蛋白酶(elastase)
(二) 小肠内消化 胰腺分泌的蛋白酶（胰酶） 胰蛋白酶(trypsin) 1）内肽酶 糜蛋白酶(chymotrypsin) 弹性蛋白酶(elastase) 羧基肽酶A(carboxypeptidase A) 2）外肽酶 羧基肽酶B 3）各种胰酶作用专一性

11 各类胰酶作用的特异性及其产物 名称 最适PH 水解肽键的特异性 产物 胰蛋白酶 8.0~9.0 碱性氨基酸的羧基与其他 以碱性氨基酸作为羧基
胰蛋白酶 ~ 碱性氨基酸的羧基与其他 以碱性氨基酸作为羧基 氨基酸的氨基所形成的 末端的多肽和少量碱性 肽键 氨基酸 糜蛋白酶 ~ 芳香族氨基酸的羧基与其 以芳香族氨基酸作为羧基 他氨基酸的氨基所形成的 末端的多肽和少量芳香族 肽键 氨基酸 弹性蛋白酶 脂肪族氨基酸的羧基与其 以脂肪族氨基酸作为羧基 他氨基酸的氨基所形成的 末端的多肽和少量脂肪族 羧基肽酶A 中性氨基酸羧基末端的肽键 寡肽和中性氨基酸 羧基肽酶B 碱性氨基酸羧基末端的肽键 寡肽和碱性氨基酸

12 Aminopeptidase endopeptidase carboxypeptidase
H (dipeptidase) (amino acids)

13 各类胰酶作用结果（小结） 胰蛋白酶 靡蛋白酶 弹性蛋白酶 羧基肽酶A 羧基肽酶B 食物蛋白质 ⅔ 寡肽 ＋ ⅓ 氨基酸

14 肠黏膜细胞分泌的蛋白酶 1）肠激酶(enterokinase) 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 糜蛋白酶原 糜蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶
胰蛋白酶原 胰蛋白酶 糜蛋白酶原 糜蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧基肽酶原 羧基肽酶 2） 寡肽酶（氨基肽酶和二肽酶） 寡肽 二肽 氨基酸 （＋） 肠激酶 (+) 二肽酶 氨基肽酶 氨基酸

15 二、氨基酸的吸收和转运 氨基酸的吸收是需要载体蛋白帮助的、耗能、需钠的主动吸收过程。 （常见载体类型如下）
二、氨基酸的吸收和转运 氨基酸的吸收是需要载体蛋白帮助的、耗能、需钠的主动吸收过程。 （常见载体类型如下） 1. 中性氨基酸载体 2. 碱性氨基酸载体 3. 酸性氨基酸载体 4. 亚氨基酸和甘氨酸载体

16 脱氨 R-CH-COOH 脱羧 R-CH2NH2 NH2 H2S、CH4、 三. *蛋 白 质 的 腐 败(putrefaction)
（氧化、还原、水解） 酚、吲哚、 H2S、CH4、 CO2、NH3等 R-COOH NH3 肠菌 Pr CO2

17 常见腐败产物

18 胺类的毒性（假神经递质学说） 肝病 解毒 苯丙氨酸 苯乙胺 酪氨酸 酪胺 苯乙醇胺 羟酪胺 脑组织 肝性脑昏迷 假神经递质 肝脏 正常 肠菌
-羟化酶 苯乙醇胺 羟酪胺 肝病 脑组织 肝性脑昏迷 假神经递质

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20 氨基酸代谢概况 第三节 氨基酸的一般代谢 * 氨 基 酸 代 谢 库 组织蛋白 食物蛋白质 α-酮酸 组织蛋白质 胺类 体内合成
第三节 氨基酸的一般代谢 * 氨 基 酸 代 谢 库 消化吸收 合成 组织蛋白 食物蛋白质 脱氨 α-酮酸 分解 一般代谢 组织蛋白质 脱羧 特殊代谢 胺类 体内合成 非必需氨基酸 其他含氮化合物 氨基酸代谢概况

21 一、氨基酸的脱氨基作用 脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径 1.转氨基作用 2.氧化脱氨基作用 氨 3.联合脱氨基作用 氨基酸
4.嘌呤核苷酸循环 氨 氨基酸 α-酮酸

22 （一）*转氨基作用(transamination)
转氨酶 磷酸吡哆醛 （胺） 特点： 1. 只转移-NH2、不产生游离NH3 ； 2. 辅酶——磷酸吡哆醛/胺(氨基传递体)； 3. 反应可逆，逆过程是体内合成和改造非必需aa的途径 ； 4. 体内普遍进行，并且大多数aa.可将-NH2基转移给-酮戊二酸 生成Glu 。

23 1、体内重要的转氨酶 ⑴ 丙氨酸氨基转移酶(ALT或GPT) (Alanine aminotransferase, ALT)
⑵ 天冬氨酸氨基转移酶(AST或GOT) (Aspartate aminotransferase, AST)

24 CH3 CHNH2 COOH + (CH2)2 C=O ALT 丙氨酸 α-酮戊二酸 丙酮酸 谷氨酸 CH2 AST 天冬氨酸 草酰乙酸

25 正常成人各组织中AST和ALT活性（单位/g湿组织）
组织名称 AST（GOT） ALT（GPT） 心脏 肝脏 骨骼肌 肾脏 胰脏 脾脏 肺脏 血清

26 2、ALT、AST的临床诊断意义 血清ALT活性异常增高 帮助诊断急性肝炎； 血清AST活性异常增高 帮助诊断心肌梗塞。

27 （二）. 氧化脱氨基作用(oxidative deamination) L型/D型-氨基酸氧化酶 氨基酸氧化酶 谷氨酸脱氢酶 1
（二）*氧化脱氨基作用(oxidative deamination) L型/D型-氨基酸氧化酶 氨基酸氧化酶 谷氨酸脱氢酶 L型/D型-氨基酸氧化酶(amino acid oxidase) 氨基酸氧化酶 （氧化脱氢 、 水解脱氨）

28 2. L-谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase)
+H2O NAD+ NADH+H+ -H2O （NADP+ NADPH+H+） 特点 分布广、活性高（ 肌肉中例外）； 2. 反应可逆； 3. 谷氨酸脱氢酶是别构酶 ，受GDP （+）/ ATP(-) 调节； 4. 谷氨酸脱氢酶只能催化谷氨酸发生脱氨基作用（有局限性）

29 （三）*联合脱氨基作用(conjunct deamination)
（转氨基 + 氧化脱氨基） 意义 1） 产生游离NH3 ，是体内脱氨基的重要方式； 2） 反应可逆，其逆过程是合成非必需aa.的重要途径。

30 （四）嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle)
（肌肉组织中的重要脱氨基方式）

31 二、氨的代谢(amino nitrogen metabolism)
（一）氨的来源和去路 氨基酸脱氨基 胺类氧化 肠道吸收 生成谷氨酰胺 氨 合成其他含氮物 合成尿素

32 肠道吸收的氨 来自 肠道PH↑ NH4+ NH3 氨吸收 高血氨病人禁用碱性肥皂液灌肠 肝硬化腹水病人，不宜使用碱性利尿药
1）　蛋白质受肠菌腐败产氨 来自 2）　血中尿素扩散到肠道受肠菌腐败产氨 肠道PH↑ NH NH 氨吸收 （＋） 高血氨病人禁用碱性肥皂液灌肠 肝硬化腹水病人，不宜使用碱性利尿药

33 （二）氨的转运(amino nitrogen transportation)
氨在血液中的运输方式 1、谷氨酰胺的运氨作用 2、葡萄糖—丙氨酸循环

34 1. 谷氨酰胺的运氨作用 合成尿素 + NH3 1) 在血液中, 以Gln形式运NH3 , 可以保持低血NH3浓度;
肝 合成尿素 肝或肾 + NH3 谷氨酰胺酶 H+ 形成NH4+ 肾 随尿排出 意义 1) 在血液中, 以Gln形式运NH3 , 可以保持低血NH3浓度; 2) 在脑组织, 形成Gln是暂时解除NH3毒的重要方式。

35 2、葡萄糖—丙氨酸循环(alanine-glucose cycle)
意义： 1) 实现氨的无毒运输; 2) 为肝组织提供糖异生原料。

36 （三）尿素的合成——鸟氨酸循环（肝脏） (ornithine cycle)
精氨酸 瓜氨酸

37 1、尿素合成过程（肝脏） 氨基甲酰磷酸 瓜氨酸 ⑴ NH3 + CO2 + H2O 氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ Mg2+ N-乙酰谷氨酸
H2N-CO-O～PO3H2 2ATP 2ADP+Pi 氨基甲酰磷酸 ⑵ H2N-C-O～PO3H2 O= 鸟氨酸氨甲酰转移酶 H2N-(CH2)3-CH-COOH NH2 Pi H2N-C-NH-(CH2)3-CH-COOH O 鸟氨酸 瓜氨酸

38 精氨酸 ⑶ NH2 C=O NH (CH2)3 CHNH2 COOH + CH2 精氨酸代琥珀酸合成酶 ATP AMP+PPi C=N-
瓜氨酸 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 精氨酸代琥珀酸裂解酶 NH2 C=NH NH (CH2)3 CHNH2 COOH + = HC CH HOOC 精氨酸 延胡索酸

39 ⑷ 精氨酸水解生成尿素 NH2 C=NH NH (CH2)3 CHNH2 COOH 精氨酸 精氨酸酶 C=O + 尿素 鸟氨酸 H2O

40 意义 2、尿素合成的小结及意义 解除氨毒 经肾随尿排出 总结果
线粒体 细胞浆 2ATP 经肾随尿排出 意义 解除氨毒 ATP CO2 + 2NH3 + 3H2O +3ATP == NH2CNH2 + 2ADP + AMP + 4Pi 总结果 O

41 肝功能受损 → 尿素合成障碍 → 血氨 （高血氨症）
3、氨中毒学说 肝功能受损 → 尿素合成障碍 → 血氨 （高血氨症） 大量氨进入脑组织 NH3 + -酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰胺 严重发展 NADH+H+、ATP → 能源物质消耗 -酮戊二酸 →TCAC受抑→ATP生成 NADH+H+ ATP 脑组织 供能不足 肝昏迷

42 三、α-酮酸的代谢(-keto acid metabolism)
还原 氨基化 非必需氨基酸 合成 糖或脂类 氧化 CO2 + H2O + ATP 生糖氨基酸 生酮氨基酸 生糖兼生酮 氨基酸 NH3

43 生糖和生酮氨基酸种类 分 类 氨基酸 甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨 酸、谷氨酰胺、苏氨酸、缬氨酸、组氨酸、甲硫氨 生糖氨基酸
分 类 氨基酸 甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨 酸、谷氨酰胺、苏氨酸、缬氨酸、组氨酸、甲硫氨 酸、半胱氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺 生糖氨基酸 生糖兼生酮氨基酸 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、异亮氨酸 生酮氨基酸 亮氨酸、赖氨酸

44 四、氨基酸的脱羧基作用(amino acid decarboxylation)
氨基酸脱羧酶 氨基酸 + CO2 胺 (重要生理功能) (磷酸吡哆醛) (堆积) 神经系统、心血管功能紊乱

45 几种重要的生物活性胺类 谷氨酸 γ-氨基丁酸（-aminobutyric acid, GABA）
色氨酸 羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT） 组氨酸 组胺 (histamine) 半胱氨酸 牛磺酸(taurine) 鸟氨酸、甲硫氨酸 多胺(polyamines)

46 1、γ-氨基丁酸（GABA） 谷氨酸脱羧酶 谷氨 酸 γ-氨基丁酸（GABA） (脑组织活性最高) 抑制性神经递质

47 2、5-羟色胺（5-HT） 抑制性神经递质， 脑内 强烈的血管收缩剂 外周 松果体 与调节睡眠、体温和镇痛等有关
（褪黑激 素） 乙酰化 5-羟色胺（5-HT） 抑制性神经递质， 与调节睡眠、体温和镇痛等有关 脑内 强烈的血管收缩剂 外周 松果体 其分泌有昼夜节律性和季节性节律 与内分泌和免疫调节功能有关

48 3、组胺

49 组胺的功能 组胺主要存在于肥大细胞中 有血管舒张作用，增加毛细血管通透性, 血压↓ 促进胃粘膜分泌胃蛋白酶原及胃酸 引起支气管痉挛，产生哮喘 脑内有神经递质作用，与控制觉醒和睡眠、 调节情感、记忆等功能有关。

50 4、牛磺酸 合成胆汁酸盐 脑内具有抑制性递质作用

51 5、多胺 调节核酸、蛋白质的生物合成，促进细胞生长

52 第四节 一些氨基酸的特殊代谢 1. 一碳单位代谢 2. 含硫氨基酸代谢 3. 芳香族氨基酸代谢 4. 支链氨基酸代谢

53 一、一碳单位代谢 甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、甲硫氨酸 一碳单位*(one carbon unit) 被四氢叶酸（FH4）结合携带
来源 一碳单位*(one carbon unit) 载体 被四氢叶酸（FH4）结合携带 参与嘌呤和嘧啶碱的合成 去路

54 1、一碳单位种类 甲基(methyl) -CH3 N5 甲烯基(methylene) -CH2- N5和N10
一碳单位 结构 与FH4结合位点 甲基(methyl) CH N5 甲烯基(methylene) CH N5和N10 甲酰基(formyl) CHO N5和N10 甲炔基(methenyl) CH= N5和N10 亚氨甲基(formimino) -CH=NH N10

55

56 3、一碳单位的生成及互变 嘌呤C2 嘌呤C8 胸腺嘧啶 甲硫氨酸 甲硫氨酸循环

57 4、一碳单位代谢的生理意义 1） 一碳单位经FH4携带，参与嘌呤碱和嘧啶碱的合成；
2） N5-CH3·FH4经甲硫氨酸循环过程提供CH3, 参与重要甲基 化合物的合成 ( FH4缺乏时, 一碳单位代谢障碍, 可引起某些疾病, 如巨幼红细胞性贫血等 )

58 二、含硫氨基酸代谢 甲硫氨酸（蛋氨酸, methionine, Met） 含硫氨基酸 半胱氨酸(cysteine, Cys)
胱氨酸(cystine)

59 （一）甲硫氨酸代谢 活化  + （ATP） （SAM） 肌酸、胆碱、肾上腺素 CH3 转甲基 S-腺苷同型半胱氨酸 再生

60 1、甲硫氨酸循环(methionine cycle)
N5-CH3-FH4 ( CH3-B12 ） RH （甲基受体） R-CH3 （甲基化合物）

61 ① B12不足也会出现类似于叶酸缺乏的症状—— 巨幼红细胞性贫血
2、甲硫氨酸循环的生理意义 1）为体内合成甲基化合物提供甲基 2）使四氢叶酸得到再生 ① B12不足也会出现类似于叶酸缺乏的症状—— 巨幼红细胞性贫血 ② 同型半胱氨酸堆积 → 动脉粥样硬化及心血管疾病 。

62 （二）半胱氨酸与胱氨酸代谢 1、半胱氨酸和胱氨酸的互变
（二）半胱氨酸与胱氨酸代谢 1、半胱氨酸和胱氨酸的互变 胱氨酸 半胱氨酸

63 2、半胱氨酸的氧化分解 【O】 CO2 [O] NH3 PAPS 参与硫酸软骨素、硫酸角质素和肝素等粘多糖的合成 参与肝脏的生物转化

64 3、半胱氨酸参与合成谷胱甘肽(glutathione,GSH)

65 半胱氨酸与胱氨酸代谢小结 胱氨酸 牛磺酸  胆盐 (bile acid salt) 互变 丙酮酸 + H2SO4 半胱氨酸 GSH
氧化脱羧 牛磺酸  胆盐 (bile acid salt) 互变 氧化脱氨 丙酮酸 + H2SO4 （糖代谢） 生物转化 (biological transformation) 半胱氨酸 合成 GSH 抗氧化作用 参与生物转化

66 三、芳香族氨基酸的代谢 苯丙氨酸*(phenyalanine, Phe) 芳香族氨基酸 酪氨酸*(tyrosine, Tyr)
色氨酸(tryptophane, Trp)

67 苯丙氨酸、酪氨酸代谢 甲状腺激素 黑色素 苯丙氨酸 酪氨酸 儿茶酚胺 氧化分解

68 （一）苯丙氨酸羟化为酪氨酸 苯丙氨酸羟化酶* NAD(P)H + H+ NAD(P)+

69 苯丙氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸羟化酶* 转氨 基 （缺乏） 苯丙酮酸 苯丙酮酸尿症（PKU） 对中枢神经系统有毒性,智力发育障碍

70 PKU患者 智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。

71 （二）酪氨酸转变为甲状腺激素（T3、T4） 酪氨酸 碘化 二碘酪氨酸 一碘酪氨酸 二碘酪氨酸

72 甲状腺激素（T3、T4）的作用 1） 促进糖、脂和蛋白质代谢以及能量代谢 2） 促进机体生长、发育（尤其脑和长骨） 婴幼儿缺乏甲状腺激素： 影响中枢神经系统发育 和长骨生长 呆小症

73 （三）酪氨酸转变为黑色素 （先天性缺乏） 白化病 黑色素合成障碍 酪氨酸酶

74 白化病 皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。

75 （四）酪氨酸转变为儿茶酚胺 儿茶酚胺 帕金森病 （catecholamines, CAs） （DOPA） （DA） （NE） （E）
合成不足 儿茶酚胺 （catecholamines, CAs）

76 （五）酪氨酸的氧化分解 尿黑酸氧化酶 尿黑酸症 缺乏

77 苯丙氨酸、酪氨酸代谢小结

78 四、支链氨基酸代谢

79 《蛋白质分解代谢》课堂练习 2. 下列哪组为必需氨基酸 氮的负平衡常出现于下列情况 生长发育期的儿童 B. 康复期病人
C. 长时间饥饿 D. 大量失血 E. 消耗性疾病 2. 下列哪组为必需氨基酸 色、酪、半胱 B. 苏、异亮、赖 C. 谷、苯丙、亮 D. 缬、天冬、丙 E. 甲硫、丝、甘

80 3. 直接受肠激酶激活的酶原是 下列脱氨基作用可以产生游离氨 体内NH3的代谢去路可以是 胃蛋白酶原 B. 胰蛋白酶原 C. 糜蛋白酶原
3. 直接受肠激酶激活的酶原是 胃蛋白酶原 B. 胰蛋白酶原 C. 糜蛋白酶原 D. 弹性蛋白酶原 E. 羧基肽酶原 下列脱氨基作用可以产生游离氨 A. 氨基转移作用 B. 氧化脱氨基作用 联合脱氨基作用 D. 脱水脱氨基作用 嘌呤核苷酸循环 体内NH3的代谢去路可以是 合成嘌呤碱和嘧啶碱 B. 合成尿素 合成谷氨酰胺 D. 合成非必需氨基酸 E. 以上都对

81 6. 鸟氨酸循环包括下列步骤 A. NH3、CO2和ATP反应生成氨基甲酰磷酸 B. 鸟氨酸与氨基甲酰磷酸反应生成瓜氨酸
6. 鸟氨酸循环包括下列步骤 A. NH3、CO2和ATP反应生成氨基甲酰磷酸 B. 鸟氨酸与氨基甲酰磷酸反应生成瓜氨酸 C. 瓜氨酸与天冬氨酸结合生成精氨酸 D. 瓜氨酸接受天冬氨酸提供的氨基生成精氨酸 E. 精氨酸水解为尿素和重新生成鸟氨酸 7. 甲硫氨酸循环需要下列形式的辅酶参与 N5-CH3.FH B. N5,N10-CH2-FH4 C. CH3-B D. N5-CHO.FH4 E. N10-CH=FH4 8. 酪氨酸可以代谢转变为下列活性物质 A. T3 B. T4 C. NE/NA D. DA E. E/A