1、第八章第八章蛋白质代谢蛋白质代谢第一节第一节 蛋白质消化吸收及营养作用蛋白质消化吸收及营养作用一、消化蛋白酶作用下水解消化过程消化过程：唾液不含蛋白酶；蛋白消化从胃开始；蛋白消化主要在小肠。胃酸（胃酸（pH1.5-2.5）作用：）作用：防腐剂，可杀死微生物、外来细胞。促进蛋白质变性、松散，多肽链易被蛋白酶水解。促进蛋白质变性、松散，多肽链易被蛋白酶水解。激活胃蛋白酶原。凝乳作用：胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳作用。凝乳作用对婴幼儿很重要，乳汁凝块，在胃中停留较长时间，以利消化。1外源性蛋白在消化道中的水解：外源性蛋白进入消化道，经消化道酶水解成AA、少量二肽、三肽而被吸收，消化主要在小肠中。常见
2、的蛋白水解酶： 内肽酶：水解肽链内部的肽键，产物：小肽。胃蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶 外肽酶（产物：自由外肽酶（产物：自由AA）羧肽酶：从羧基末端水解肽键。氨肽酶：从氨基末端水解肽键。 二肽酶：二肽AA2内源性蛋白质：由细胞内溶酶体分泌的各种蛋白酶内源性蛋白质：由细胞内溶酶体分泌的各种蛋白酶水解。微生物（植物）：细胞内可产生各种蛋白水解酶：微生物（植物）：细胞内可产生各种蛋白水解酶：胞内酶胞内酶胞外酶。二、营养作用（一）N平衡1总N平衡：摄入量= 排出量蛋白质合成、分解处于动态平衡。正常成年人。2正N平衡：摄入量排出量部分摄入的N用于体内蛋白质合成。如：正在生长的儿童，孕妇、恢复期的病人
3、。3负N平衡：摄入量排出量体内蛋白质消耗增加，合成减慢。如：饥饿、消耗性疾病患者。（二）蛋白质生理需要量实验证明：70Kg成年人有400g/day蛋白质在体内变化。其中：1/4降解，需外源蛋白质补充。3/4在体内循环。不进食时，最低分解量：20g/day。成人最低需要量：30-50g/day我国营养学会推荐蛋白质需要量：80g/day（成人）（三）必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸（essential amino acid）：人和动物需要但不能自行合成，必须从食物获得。包括：苯(Phe)，色(Try)，赖(Lys)，蛋(Met)，亮(Leu)，异亮(Ile)，苏(Thr)，纈(Val)半必需A
4、A：合成速度较慢，常常可满足自身机体、组织需要。如：组（His），精（Arg）非必需AA：可由人和动物自身合成。植物和微生物可从糖为原料合成全部所需氨基酸。（四）蛋白质营养价值评价：（四）蛋白质营养价值评价：结论：结论：食物蛋白质的营养价值的高低，取决于其所含必食物蛋白质的营养价值的高低，取决于其所含必需氨基酸的需氨基酸的种类、含量及比例种类、含量及比例是否与人体所需的是否与人体所需的相近似，越近似，营养价值越高。相近似，越近似，营养价值越高。一般：动物蛋白质营养价值一般：动物蛋白质营养价值 植物蛋白，植物蛋白，酵母营养高。酵母营养高。（五）蛋白质营养的搭配（五）蛋白质营养的搭配各种动植物蛋白
5、，不一定具备或充分具备所有的氨各种动植物蛋白，不一定具备或充分具备所有的氨基酸，吃单一食物蛋白难免引起营养不良，食物来源要多样化，注意营养平衡。源要多样化，注意营养平衡。蛋白质的互补作用：营养价值较低的蛋白质混合食用，如果必需氨基酸能互相补充，可以提高营养价值。如：谷类：如：谷类：Lys少，少，Try多多豆类：Lys多，Try少二者混合食用可互补。二者混合食用可互补。第二节第二节 氨基酸代谢氨基酸代谢高等动物体内氨基酸的代谢概况：高等动物体内氨基酸的代谢概况：体内各种体内各种AA都有NH2和和COOH，所以有共同代谢途径有共同代谢途径共性。共性。一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用类型
6、：氧化脱氨类型：氧化脱氨非氧化脱氨非氧化脱氨氨基移换（转氨）作用氨基移换（转氨）作用*联合脱氨联合脱氨*1氧化脱氨在酶催化下经氧化脱去氨基的过程。主要的酶：LAA氧化酶DAA脱H酶氨基酸脱H酶如：L谷氨酸脱H酶：不需氧脱H酶，NAD(P)为辅酶，存在比较广泛。该酶反应是联系糖代谢的重要反应。2转氨作用：定义：转氨酶催化下，AA与酮酸之间发生氨基转移，一个AA分子中的NH2转移到一个酮酸的酮基上。使酮酸变成相应的AA，原AA失去氨基成相应的酮酸。反应：参加转氨的酮酸主要有：酮戊二酸 Glu体内大多数AA能与酮戊二酸转氨生成相应的酮酸和谷AA。已发现50多种转氨酶，除Gly、Lys、Pro、Thr
7、外，其余AA均可转氨。其中最重要的转氨酶是：谷丙转氨酶谷AA与与-酮戊二酸体系谷草转氨酶谷AA与草酰乙酸3联合脱氨作用过程：转氨氧化脱氨（转氨酶 L谷AA脱H酶）某一AA的NH2借转氨作用转到-酮戊二酸分子上，生成相应的酮酸和谷AA；然后谷AA在L谷AA脱H酶催化下脱去氨基，又生成-酮戊二酸。结果：-AA脱去NH2转变成酮酸和NH3；-酮戊二酸是氨基传递体，在联合脱氨中未消耗。骨骼肌、心肌中，L谷AA脱H酶活性不高，以其他方式脱氨。4嘌呤核甘酸循环（Purine Nueleatides CyclPNC）七十年代提出，主要方式脱氨。需要转氨酶，谷草转氨酶，延胡索酸酶，苹果酸酶等协调作用完成转氨过
8、程。二、氨基酸脱羧作用二、氨基酸脱羧作用氨基酸脱羧作用是机体组织中一种常见的变化，脱氨基酸脱羧作用是机体组织中一种常见的变化，脱羧形成一 级胺和CO2。脱羧在量上不占重要位置，但。脱羧在量上不占重要位置，但其产物都有重要生理作用，有些胺对动物有毒。其产物都有重要生理作用，有些胺对动物有毒。反应通式：脱羧酶专一性很高，一般一种脱羧酶专一性很高，一般一种AA有一种脱羧酶。辅酶：除组AA脱羧不需辅酶外，其它均以磷酸吡哆脱羧不需辅酶外，其它均以磷酸吡哆醛为辅酶。组组AA 组胺： 一种强烈的血管舒张剂，有降血压用，浓度过低可引起虚脱。 组胺可刺激胃酸和胃蛋白酶的分泌。谷谷AA 氨基丁酸：脑中含量高，对中
9、枢神经系统有抑止作用。VB6为谷AA脱羧酶辅酶。故B6可增加该酶的活性，生成大量的氨基酸，抑抑制中枢神经的兴奋作用。三、氨基酸脱氨脱羧产物的去路三、氨基酸脱氨脱羧产物的去路脱氨：脱氨：NH3酮酸（AA骨架的代谢）脱羧：脱羧：CO2，胺1NH3的代谢NH3去向：废物去向：废物排泄N源转化，储存（尤其植物）体内体内NH3来源：外源来源：外源从消化道吸收从消化道吸收（肠道细菌的腐败作用）内源AA脱氨及其它含脱氨及其它含N物产生。物产生。NH3的毒性在人及动物体内氨是一种有毒物质，特别对神经系统有害，动物实验证明：血氨浓度 5mg，动物立即死亡。正常情况下，不会发生NH3在体内堆积。正常人血氨浓度0.
10、1mg。NH3在体内转化为：尿素（动物排泄）尿酸（动物排泄）NH3（动物排泄）含N物 AA，含N碱，NH4+等。2-酮酸的代谢AA的C骨架的代谢-酮酸：R-CO-COOH合成非必需AA 通过氨基化作用氧化供能产生CO2, H2O转变成糖或脂类合成非必需AA 通过氨基化作用方式：氧化脱氨、转氨、联合脱氨的逆反应。氧化供能产生CO2, H2O途径：各种氨基酸分别形成五种中间产物TCA乙酰CoA -酮戊二酸AA 草酰乙酸TCA CO2, H2O 延胡索酸琥珀酰CoA 转变成糖或脂类1AA在体内转变成糖 糖原生糖AA （多数） 。生糖AA：在体内可转变成糖的AA。C骨架按糖代谢途径进行代谢糖异生2AA
11、参与脂代谢生成酮体生酮AA。 （少数）生酮AA：在体内可转变成酮体的AA。AA即可生成糖，又可生成酮体生糖兼生酮AA 第三节 蛋白质的生物合成一、遗传密码遗传密码：编码氨基酸的核苷酸序列。密码子：核酸分子上三个连续的核苷酸形成的三联体称为密码子，每个密码子代表一种氨基酸。A U G1961-1965年，确定了20种AA的密码子。遗传密码表二、遗传密码的重要性质（基本特点）二、遗传密码的重要性质（基本特点）1不重叠每个三联体密码独立的代表一种AA，沿，沿5 3方方向逐个阅读核苷酸。2密码子通用性和变异性各种生物共用同一套遗传密码，从细菌到人都适用。不同生物中不同密码的使用频率不同。通用性不是绝对
12、的。如：人线粒体的密码与通用的遗传密码不完全相同。UGA不再是终止密码 色AA的密码结论：遗传密码并非完全通用，而是近于完全通用。3简并性和摆动性一种AA可由几种密码子编码叫简并性，编码相同AA密码子称为同义密码子。Trp（色）、et（蛋）只有一个密码子。简并性主要发生在密码子的第三位核苷酸的变化。mRNA密码子与tRNA 反密码子配对时，密码子第1、2位碱基配对严格，第3个碱基可有一定变动。4无间隔性连续性密码子之间是连续的，无其它核苷酸隔开。密码子被识别阅读时，从起始密码子开始，直到终止密码子 为止。密码中插入或减去一个碱基使后面的密码发生错位遗码突变。5方向性翻译时，密码子阅读方向从mR
13、NA的5 3 。6起始密码子 AUG（Met、fMet）GUG（Val）终止密码子 UAG，UAA，UGA，不编码任何，不编码任何氨基酸。氨基酸。三、三、mRNA，rRNA，tRNA在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中的作用1tRNA搬运氨基酸工具，特定氨基酸需专门的搬运氨基酸工具，特定氨基酸需专门的tRNA搬运。搬运。在酶作用下，tRNA与特定的氨基酸结合成为氨基酰tRNA AA-tRNA；tRNA反密码子按照碱基互补配对原则与mRNA的密码子配合，使氨基酸对号入座，排成一定顺序。2rRNA的作用rRNA与蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质合成的场所，将tRNA搬运来的氨基酸缩合成肽。核糖体的结构
14、：由2个亚基组成。核糖体的功能部位：30S和50S亚基的接触面上有mRNA结合位点。50S亚基上有2个结合位点：氨基酰位点（A位点）：与新进入AA-tRNA结合。肽酰位点（P位点）：与延伸中肽酰-tRNA结合。核糖体的功能： 识别mRNA上的起始位点，并开始翻译。 密码子与反密码子的正确配对。 合成肽键。（三）mRNA的功能蛋白质合成的模板，指导肽链的合成。mRNA的核苷酸顺序决定蛋白质分子中氨基酸顺序。53AUGAUGUAAUAA读码框架读码框架核糖体识别部位核糖体识别部位原核生物mRNA四、密码子的识别: 反密码子密码子tRNA的反密码子通过碱基配对识别mRNA密码子。tRNA的上的AA对
15、识别密码子没有影响，tRNA分子本身起着决定作用。3553Phe1123123五、蛋白质合成的过程（原核生物）氨基酸的活化：形成氨基酰tRNA（AA-tRNA）。肽链合成的起始：形成70S起始复合物。肽链延伸：结合（进位）新AA-tRNA进入核糖体A位。转肽形成肽键。脱落转肽后，P位上的tRNA脱落。移位核糖体沿mRNA 5 3方向移动一个密码的距离；肽酰-tRNA从核糖体的A位移到P位。肽链合成的终止肽链的折叠和加工处理1AA的活化形成蛋白质时，氨基酸之间以肽键相连。一个AA的-COOH与另一个AA的-NH2反应，从热力学观点上看是困难的，只有-COOH活化才能反应。活化方式：氨基酰tRNA
16、合成酶（E）催化、ATP供能,AA的-COOH与tRNA 的3-OH成酯键，形成氨基酰tRNA（AA-tRNA）AA + ATP + E AA-AMP-E + PPi（复合物）复合物AA-AMP-E上活化的AA转到tRNA3-OH，形成氨基酰tRNA（AA-tRNA）：AA-AMP- E + tRNA AA-tRNA+ E + AMP2肽链合成的起始起始密码子（Initiation codon）合成多肽并非从mRNA 5末端第一个核苷酸开始，被翻译的第一个密码子多位于5端第25个核苷酸后。起始密码子为AUG，少数为GUG。起始AA为MetMet + tRNAf Met-tRNAf fMet-t
17、RNAf 甲酰-FH4（甲酰化）30S起始复合物的形成30S-IF3 + mRNA + fMet-tRNAf 30S起始复合物30S起始复合物70S起始复合物的形成30S起始复合物+ 50S 70S起始复合物tRNA-fMet进入核糖体P位点，A位点空着，准备接受另一个AA-tRNA。fMet-tRNAf进入核糖体P位点。需起始因子IF1，IF2，IF3，需GTP供能。70S起始复合物50S3肽链的延伸肽链的延伸（1）进位（结合）进位（结合）按碱基互补规则，一个新的AA-tRNA进入进入70S复复合物A位点。需两种延伸因子EF-Tu,和和EF-Ts的作用；需GTP供能。（2）转肽肽酰转移酶催化
18、，P位上tRNA携带的带的fMet转移给A位点上新进入的氨酰-tRNA的氨基，形成1个肽键；P位上的tRNA成为空负载；A位上的tRNA负载一个二肽；转肽反应需GTP，ATP参与。（3）脱落脱落转肽后，P位上空载的tRNA脱落。脱落。（4）移位移位移位酶作用，核糖体沿mRNA 5 3方向相对位移移1个密码子距离，使肽酰基-tRNA（P-tRNA）从核糖体A位P位移动。A位空出，以使第三个AA-tRNA进入。进入。此过程需GTP供能。以上过程：以上过程：进位进位转肽转肽脱落脱落移位重复进行移位重复进行，核糖体，核糖体沿mRNA每移动一个密码单位，肽链加长一个AA单位，直到直到mRNA终止密码子出
19、现在核糖体终止密码子出现在核糖体A位点为止。位点为止。肽链延伸的方向由N C端。4肽链合成的终止肽链合成进行到mRNA的终止密码子UAA,UAG, UGA出现在核糖体A位时。1终止因子RF识别mRNA的终止密码子，并结合到A位点。2RF使肽酰转移酶活性改变，促使肽酰tRNA间的酯键水解，新合成的多肽从核糖体上释放出来。3RF促使tRNA (无负载)从核糖体释放。tRNA从70S核糖体脱落，核糖体离开mRNA，同时IF3与30S结合，开始新一轮合成。5肽链的折叠和加工处理肽链合成后需加工（修饰）才成为有活性的蛋白。（1）肽链末端的修饰N端切去fMet；切去甲酰基；从N端切去几个AA。（2）AA共价修饰磷酸化（糖原磷酸化酶）乙酰化（组蛋白）甲基化（Cytc，肌肉蛋白）糖基化（糖蛋白）羟基化（3）肽链水解修饰切去一段肽链（4）S-S形成在链内或链间形成S-S，有助于蛋白质空间结构形成。六、蛋白质合成总结：条件：模板：DNA mRNA（直接）能量：GTP，ATP。每合成一个肽键至少需4个高能键。原料：20种AA。载体：tRNA场所：核糖体，需多种蛋白因子IF，EF，RF密码阅读方向：沿mRNA 5 3 。肽链延伸方向：NC
