生化07第七章氨基酸代谢课件.ppt
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- 生化 07 第七 氨基酸 代谢 课件
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1、第七章第七章 氨基酸代谢氨基酸代谢Metabolism of Amino Acid 第一节 蛋白质的营养作用一、蛋白质营养的重要性 1.蛋白质参与维持组织细胞的生长、更新和修补。2.作为生理活性物质如酶、多肽类激 素、抗体等和含氮代谢产物如胺类 、神经递质等参与多种重要的生理 活动及其调控。3.氧化分解供能。二、氮平衡的概念 氮平衡(nitrogen balance)是反映体内蛋白质代谢概况的一种指标,实际上是指蛋白质的摄入量与排泄量的对比关系 1.总氮平衡 N摄入=N排出,表示组织 蛋白质的分解与合成处于平衡状态。正常成人每天摄入的蛋白质 主要用于 维持组织蛋白质的更新和修复,食物 蛋白质供
2、应适宜时应为总氮平衡。2.正氮平衡 N摄入 N排出,表示组织 蛋白质的合成量多于分解量,组织有 所增长,即部分摄入的氮用于合成体 内蛋白质。儿童、孕妇及其消耗性疾 病恢复期病人等在食物蛋白质供应适 宜时应为正氮平衡。3.负氮平衡 N摄入 N排出,表示组织 蛋白质的分解量多于合成量,组织有所消耗。饥饿、食物蛋白质含量少和营养价值低及其消耗性疾病病人等均可出现负氮平衡。三、人体对蛋白质的需要量 每天至少需要食入一般食物蛋白质3045g蛋白质才能维持总氮平衡。我国营养学会推荐成人每日蛋白质的需要量为80g。儿童、妊娠四个月以后和哺乳期妇女、恢复期、消耗性疾病和术后患者等,蛋白质需要量应按体重计算高于
3、正常成人,婴儿应高于成人的三倍。四、蛋白质的营养价值 氨基酸被分为非必需氨基酸和必需氨基酸(essential amino acid)两类。必需氨基酸是指体内不能自身合成、必需由食物提供的氨基酸。主要有8种,它们是:异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。若将营养价值较低的蛋白质混合食用,则必需氨基酸可以互相补充从而提高其营养价值,称为食物蛋白质的互补作用(supplementary effect)。第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败、蛋白质的消化 食物蛋白质在胃、小肠和肠粘膜细胞中经一系列酶促水解反应分解成小分子肽及氨基酸的过程,称为蛋白质的消化。蛋白质消化的生理意
4、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。(一)蛋白质胃中被不完全消化 胃蛋白酶的最适pH为1.52.5,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。胃蛋白酶原胃蛋白酶多肽等胃酸、胃蛋白酶(二)蛋白质在小肠被水解成氨基酸和小肽小肠是蛋白质消化的主要部位1.胰液蛋白酶消化蛋白质产生寡肽和 少量氨基酸 胰酶是消化蛋白质的主要酶,最适pH为7.0左右,包括内肽酶和外肽酶。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
5、(A、B)、氨基肽酶。氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图肠液中酶原的胰蛋白酶原胰蛋白酶肠激酶糜蛋白酶原弹性蛋白酶原羧肽酶原糜蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的储存形式。酶原激活的意义2.小肠粘膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸 主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用,例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等,最终产生氨基酸。吸收部位:主要在小肠粘膜细胞吸收形式:氨基酸、寡肽、二肽吸收机制:耗能的主动吸收过程二、氨基酸的吸收氨基酸
6、吸收载体转运蛋白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-氨基酸转运蛋白二肽、三肽转运蛋白 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。-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程:谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成 三、蛋白质的腐败作用 蛋白质的腐败作用(putrefaction)指在消化过程中,有一小部分蛋白质未被消化或虽经消化、但未被吸收的消化产物在肠道细菌作用下发生以无氧分解为主要过程的化学变化所起的作用。(一)胺类的生成蛋白质氨基酸胺类蛋白酶 脱羧基作用 组氨酸组胺
7、 赖氨酸尸胺 色氨酸色胺 酪氨酸酪胺假神经递质 某些物质结构与神经递质结构相似,可取代正常神经递质从而影响脑功能,称假神经递质。苯乙胺苯乙醇胺CH2CH2NH2CH2CH2NH2CH2NH2COHHCH2NH2COHH酪胺-羟酪胺CH2CH2NH2OHCH2CH2NH2OHCH2NH2COHHOHCH2NH2COHHOH-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺,它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合,但不能传递神经冲动,使大脑发生异常抑制。(二)苯酚的生成酪氨酸经脱氨基、氧化及脱羧等作用,最后生成苯酚。酪氨酸也可先脱羧生成酪胺,再经氧化等转变为甲苯酚及苯酚。(三)吲哚及甲基吲哚的生成 由色氨酸脱羧酶产生的色
8、胺可被分解为吲哚和甲基吲哚。甲基吲哚具有臭味,主要随粪便排出体外,是粪便臭味的主要来源。(四)硫化氢的生成 半胱氨酸在肠道细菌脱硫化氢酶的作用下,直接产生硫化氢。酪氨酸 苯酚半胱氨酸 硫化氢 色氨酸 吲哚(五)在肠道细菌作用下氨基酸脱氨基生成氨 未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)肠道细菌脱氨基作用尿素酶降低肠道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。除少量脂肪酸和维生素外,通过腐败作用产生的胺类、氨、苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氢等物质对人体有毒性作用。第三节 氨基酸的一般代谢 一、氨基酸代谢的概况外源性氨基酸(食物蛋白经消化吸收)的氨基酸与
9、内源性氨基酸(体内组织蛋白降解产生)分布于体内各处参与代谢,称为氨基酸代谢库。氨基酸代谢库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。二、组织蛋白质的降解不同蛋白质有不同半衰期(蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间,用(蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间,用t1/21/2表示)表示)各种蛋白质降解速率不同;这些速率随生理需要而变化。组织蛋白质溶酶体途径(不依赖ATP的降解途径)泛素依赖途径(依赖ATP的降解途径)细胞外蛋白、膜蛋白、长寿命的胞内蛋白 半衰期短的蛋白质和异常蛋白质 降解降解三、氨基酸的脱氨基作用 氨基酸的脱氨基作用是指氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成a-酮酸的过程,是体内氨基酸分解
10、代谢的主要途径。脱氨基作用主要有氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨基、嘌呤核苷酸循环和非氧化脱氨基作用。(一)氧化脱氨基作用 NH2CH-COOH(CH2)2-COOHC-COOH(CH2)2-COOH(CH2)2-COOHOC-COOHNHNH3NAD+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶H2O谷氨酸a-酮戊二酸反应分两步进行,首先谷氨酸脱氨生成亚氨基酸,然后亚氨基酸自行水解生成a-酮戊二酸。谷氨酸脱氢酶的辅酶为NAD+。DNA+接受反应中脱下的氢和一对氢原子生成NADH+H+,再经NADH氧化呼吸链氧化。(二)转氨基作用 转氨基作用是指在氨基转移酶(aminotransferase)或转氨酶的催化下,
11、将a-氨基酸的氨基转移至a-酮酸的酮基上,生成相应的a-酮酸和a-氨基酸的过程。CH3CHNH2COOHCH3COOHC=OCOOH(CH2)2C=OCOOHCOOH(CH2)2CHNH2COOHCHNH2COOHCOOHC=OCOOH(CH2)2C=OCOOHCOOH(CH2)2CHNH2COOHCH2COOHCH2COOHGPTGOT丙氨酸丙酮酸a-酮戊二酸a-酮戊二酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸 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。辅酶均为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺。它们在转氨基反应中起着氨基载体的作用 正常人各组织GOT及GPT活性(单位/克湿组织)血清转氨酶活性
12、,临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。组织组织GOTGPT 心心1560007100肝肝14200044000骨骼肌骨骼肌990004800肾肾9100019000组织组织GOTGPT 胰腺胰腺脾脾肺肺血清血清280002000140001200100007002016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。转氨基作用的生理意义(三)联合脱氨基作用联合脱氨基作用是由转氨酶和谷氨酸脱氢酶联合催化的反应,指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。可产生游离氨。联合脱氨基作用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
13、主要方式。主要存在于肝、脑、肾中辅酶为 NAD+或NADP+GTP、ATP为其抑制剂GDP、ADP为其激活剂 催化酶:L-谷氨酸脱氢酶(四)嘌呤核苷酸循环 在肌肉等组织中,氨基酸通过转氨基作用将氨基转移到草酰乙酸上形成的天冬氨酸能与次黄嘌呤核苷酸作用,生成腺苷酸代琥珀酸,后者经裂解生成腺嘌呤核苷酸并释放出延胡索酸。AMP在腺苷酸脱氢酶(此酶在肌肉组织中活性最强)的作用下脱氨基,生成的IMP可再参加循环。此种脱氨基作用被称为嘌呤核苷酸循环。此种方式主要在肌肉组织进行。脑、肝脏中的某些氨基酸也可通过此循环脱氨基。(五)非氧化脱氨基作用 某些氨基酸还可以通过非氧化脱氨基作用脱去氨基,但不是体内氨基酸
14、脱氨的主要方式。如丝氨酸可在丝氨酸脱水酶的催化下生成氨和丙酮酸。CHNH2COOHCH2OHCNH2COOHCH2COOHCH3C=NHNH3CH3COOHC=O丝氨酸脱水酶H2OH2O丙酮酸丝氨酸四、氨的代谢(一)氨的来路与去路(二)氨的转运 氨在体内的运输主要有丙氨酸和谷氨酰胺两种形式。1.丙氨酸-葡萄糖循环 此循环的作用在于将肌肉中脱下的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝脏合成尿素,也为肝细胞提供糖异生的原料。2.谷氨酰胺的合成与运氨作用 COOH(CH2)2CHNH2COOH(CH2)2CHNH2COOHCONH2NH3+ATPADP+PiNH3H2O谷氨酰胺酶谷氨酰胺合成酶谷氨酸谷氨酰胺
15、谷氨酰胺不仅参与蛋白质的合成,也是氨的解毒产物、储存及运输形式,还是尿铵的重要来源。(三)尿素的生成 鸟氨酸循环尿素生成的过程由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。尿素的生成分为三个阶段:1鸟氨酸与CO2和氨结合生成瓜氨酸。2瓜氨酸再与氨结合生成精氨酸。3在精氨酸酶的作用下,精氨酸水解生成 尿素和鸟氨酸。1.氨基甲酰磷酸的合成 合成原料:氨和CO2场 所:线粒体合成酶及其辅因子:氨基甲酰磷酸合成酶 Mg+和N-乙酰谷氨酸耗能反应。NH3+CO2H
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