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1、生 物 氧 化蛋白质代谢,主讲教师：黄慧聪,一、生物氧化概述,1、生物氧化的概念2、生物氧化的过程3、生物氧化的特点,1、生物氧化的概念,生物氧化（Biological Oxidation）物质在生物体内氧化分解的过程称为生物氧化.糖、脂肪、蛋白质 能量+CO2+H2O 生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量。,2、生物氧化的过程,3、生物氧化的特点,物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。,（1）相同点,（2）不同点,体内氧化 体外氧化,反应条件：温和 剧烈 反应过程：分步反应 一步反应 能量逐步释放 能量突然释放 产物生成：间接生成 直接生成 能量形式
2、：热能、ATP 热能、光能,生物氧化特点,生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。2.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。,生物能和ATPATP是生物能存在的主要形式ATP是能够被生物细胞
3、直接利用的能量形式。提供物质代谢时需要的能量供给机体生命活动时需要的能量生成其他核苷三磷酸,生物能及其存在形式,ATP（三磷酸腺苷）,焦磷酸,腺苷,一磷酸,一磷酸,（AMP）,（ADP）,（ATP）,O,磷 酸,机械能-运动,化学能-合成,渗透能-分泌吸收,电能-生物电,热能-体温,光能-生物发光,ATP是生物系统能量交换的中心,荧火虫,ATP的特殊作用,ATP的生成和利用,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。,线粒体氧化体系,一、呼吸链(Respiratory Chain)1、呼吸
4、链的概念 2、呼吸链的组成 3、呼吸链的作用,1、呼吸链的定义：一系列酶和辅酶按照一定的顺序排列在线粒体内膜上，可以将代谢物脱下的氢（He）逐步传递给氧生成水同时释放能量，由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程有关，所以这一传递链称为呼吸链。根据代谢物上脱下氢的受体不同分NADH呼吸链和FADH2呼吸链。,2、呼吸链的组成,四个酶复合体：复合体I IV两个可灵活移动的成分：泛醌（Q）和 细胞色素C,NADH呼吸链,H2O,O2-,FMN,FMNH2,CoQH2,CoQ,NAD+,NADH+H+,2Fe2+,2Fe3+,细胞色素b-c-c1-aa3,2H+,接受还原性辅酶上的氢原子对(2H+2e)，使
5、辅酶分子氧化，并将电子对顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。,3.呼吸链的作用,二、生物氧化过程中ATP的生成 1、氧化磷酸化的概念 2、氧化磷酸化的偶联部位 3、影响氧化磷酸化的因素,1、氧化磷酸化的概念,呼吸链传递H给氧生成水的过程，与ADP磷酸化生成ATP的过程相偶联发生称为氧化磷酸化，又称偶联磷酸化。根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为底物水平磷酸化及电子传递体系磷酸化。氧化磷酸化是体内生成ATP的主要方式。,底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用
6、。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。电子传递体系磷酸化是指当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的全过程。通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。,2、氧化磷酸化的偶联部位 P/O比值,每消耗1mol 氧原子，所消耗的无机磷摩尔数,一对电子通过呼吸链,P/O比值：一对电子通过呼吸链时生成ATP的个数,生成ATP的个数,利用P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位：,因此，NADHQ 存在偶联部位。,因此，Cytaa3O2 存在偶联部位。,Q Cyt c 存在偶联部位。,ATP产生
7、的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，NADH呼吸链生成ATP的三个部位是：E0值在此三个部位有大的“跳动”，都在0.2伏以上。,ATP产生的部位,3、影响氧化磷酸化的因素,呼吸链电子传递抑制剂 能够专一阻断呼吸链中某些部位电子传递的物质和化学药品。它的特点是可抑制呼吸链的某一环节，使呼吸链中断。因底物的氧化作用受阻，偶联的磷酸化作用无法进行，ATP的生成随之减少。这类物质和化学药品大多对人类或哺乳动物乃至需氧生物具有极强的毒性。,（1）生物氧化抑制剂,鱼藤酮杀粉蝶菌素（粉蝶霉素A）阿米妥（异戊巴比妥）,抗霉素A二巯基丙醇,CO、CN-、N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,解偶联剂
8、不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，而是抑制由ADP+Pi生成ATP的磷酸化作用，使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化。即使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白、双香豆素、2,4-二硝基苯酚、缬氨霉素、短杆菌肽等。氧化磷酸化抑制剂 直接作用于ATP合成酶复合体，对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素,（2）ADP、Pi与ATP的调节作用 负反馈调节。当ATP高时，ADP、AMP下降，氧化磷酸化速度减慢，NADH堆积，TCA循环速度减慢，ATP合成降低；当ATP低时，ADP、AMP升高，氧化磷酸化速度加快，TCA循环速度加快，ATP合成增加。ADP/ATP是限制氧化磷酸化速度的因素。通
9、过ATP浓度对氧化磷酸化速率进行调控的现象称为呼吸控制。,（3）甲状腺激素的调节作用,1、-磷酸甘油穿梭：,NADHH,三、胞液总NADH的转运机制：,2、苹果酸天冬氨酸穿梭：,NADHH,非线粒体氧体系,自学为主,蛋白质的营养作用氨基酸的一般代谢氨的代谢氨基酸代谢与疾病,蛋白质代谢,蛋白质的营养作用,一、蛋白质的营养作用(1)维持组织的生长，更新和修复(2)合成生物活性物质，如酶、激素、抗体、神经递质等。(3)氧化供能(17KJ/g pr),二、蛋白质的需要量和营养价值,*氮总平衡：摄入氮=排出氮（蛋白质分解与合成处于平衡）如成人,*氮正平衡：摄入氮排出氮（蛋白质合成量多于分解量）如儿童、孕
10、妇,*氮负平衡：摄入氮排出氮（蛋白质分解量多于合成量）如饥饿、消耗 性疾病,（1）氮平衡,（2）生理需要量 每天最低分解量 成人每日最低分解量约为20g/d蛋白质。蛋白质的生理需要量按个体不同而不同，营养学会推荐成人每天的需要量为80克。,（3）蛋白质的营养价值：评价蛋白质的营养价值的依据是食物中蛋白质的必需氨基酸数量和种类。,蛋白质的互补作用：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，提高营养价值，称为蛋白质的互补作用。,一、蛋白质的消化,蛋白质的消化、吸收与腐败,（一）胃中的消化1、HCl的作用 胃酸可使蛋白质变性，有利于蛋白酶发挥作用。2、胃蛋白酶：以胃蛋白酶原形式分泌，在
11、 H+条件下被激活成为胃蛋白酶。,（二）小肠中的消化：,胰酶内肽酶:（水解蛋白质内部肽键）胰蛋白酶,糜蛋白酶,弹性蛋白酶 外肽酶:（从肽键两端开始水解）羧基肽酶 A和 羧基肽酶 B 氨基肽酶,氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制,ADP+Pi,ATP,K+,K+,Na+,Na+,外,膜,内,二、蛋白质的吸收,定义：肠道细菌对未被消化的蛋白质及 未被吸收的消化产物进行的代谢过程,1、胺的生成（组胺、酪胺等）,三、蛋白质的腐败作用,2 肠道氨的生成（肠道氨的两种主要来源）,*氨基酸脱氨,*尿素水解,肠菌尿素酶,血中尿素,氨的吸收主要在结肠，其受肠腔pH的影响，降低结肠的pH，可减少肠道氨的吸收,3
12、 其它有害物质的生成(如苯酚、吲哚、硫化氢等）,氨基酸的一般代谢,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,一、氨基酸的脱氨基作用,氨基酸,1 氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）,亚氨基酸,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,*L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及 肾脏，辅基为FMN）,*D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基 酸少，辅基为FAD）,*L-谷氨酸脱氢酶 活性强，分布于肝、肾及脑组织 为变构酶，受ATP、ADP等调节，辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化 的反应可逆,+NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸脱氢酶,转氨酶,+,2.转氨基作用,+,转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛）,*丙氨酸氨基转
13、移酶（ALT）,又称谷丙转氨酶（GPT）,临床意义：急性肝炎患者血清ALT升高,*天冬氨酸氨基转移酶（AST）又称谷草转氨酶(GOT),临床意义：心肌梗患者血清AST升高,特点：,生理意义：,接受氨基的主要酮酸有：,转氨基作用,*只有氨基的转移，没有氨的生成,*催化的反应可逆,是体内合成非必需氨基酸的重要途径,*丙酮酸*-酮戊二酸*草酰乙酸,转氨酶,3.联合脱氨基作用,转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的联合,-酮戊二酸,+NAD+,谷氨酸脱氢酶,+NADH+H+,氨基酸,-酮酸,谷氨酸,特点：有氨生成，反应过程可逆,骨骼肌和心肌组织主要由该途径脱氨,4.嘌呤核苷酸循环脱氨反应,生理意义：*体内
14、合成非必需氨基酸的主要途径*肝、肾等组织主要脱氨途径,联合脱氨基作用,二、-酮酸的代谢,2.经三羧酸循环氧化供能,1.经氨基化生成非必需氨基酸,3.转变为糖及脂类,生糖氨基酸：甘、丝、丙等多种氨基酸,生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸,生酮兼生糖氨基酸：异亮、苯丙、酪、苏、色,氨的代谢,一、体内氨的来源,*来源：氨基酸脱氨（主）,从肠道吸收的氨,肾脏产生的氨（主要来自谷氨酰胺分解的氨）,二、氨的转运,1.丙氨酸-葡萄糖循环,丙氨酸,葡萄糖,2.谷氨酰胺的运氨作用,L-谷氨酸,谷氨酰胺,(脑、肌肉),(肝、肾),尿素、铵盐等,临床上用谷氨酸盐降低血氨,氨的去路：,合成尿素排出（主）,与谷氨酸合成谷氨酰胺
15、,合成非必需氨基酸及含氮物,经肾脏以铵盐形式排出,三、尿素的生成,（一）尿素合成的主要器官：肝脏,瓜氨酸,2分子氨与1分子CO2结合生成1分子尿素及1分子水,（二）尿素合成的鸟氨酸循环,（三）尿素合成的调节,1.食物蛋白的影响 高蛋白膳食时尿素合成速度加快，且排出的含氮物中尿素占90%,2.精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶，可调节尿素的合成。,高血氨症与肝昏迷,*血氨正常参考值：5.54-65mol/L,*引起高血氨症主要原因：肝功能严重损伤，尿素合成障碍,*可能的机制：脑中氨升高，消耗-酮戊二酸（转变为谷氨酸），使三羧酸循环减弱，ATP合成减少，引起大脑功能障碍，严重时昏迷。,*降低血
16、氨的措施：限制蛋白进食量，给肠道抑菌药物，给谷氨酸使其与氨结合为谷氨酰胺,一、氨基酸的脱羧基作用,1.-氨基丁酸（GABA）,功能：为一种抑制性神经递质，对 中枢神经系统有抑制作用。,GABA,个别氨基酸的代谢,氨基酸脱羧酶其辅酶为磷酸吡哆 醛,2.牛磺酸,功能：结合胆汁酸的重要组成成分,L-半胱氨酸,牛磺酸,功能：*扩张血管、降低血压*刺激胃酸分泌,组胺,L-组氨酸,3.组胺,4.5-羟色胺（5-HT）,功能：*脑中的5-HT是一种抑制性神经递质*外周组织的5-HT有收缩血管的作用,色氨酸,5-HT,5.多胺,*腐胺*精脒（亚精胺）*精胺,定义：分子中含有2个以上氨 基的胺类物质,功能：*调节细胞增长，促进细胞增殖。*血尿中多胺的水平可作为癌瘤病的 辅助诊断及观察病情变化的指标,一碳单位的生理功用,*参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。,将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。,*一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白 质的合成，引起巨幼红细胞性贫血。,*磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳 单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。,*参与许多物质的甲基化过程。,1、生物氧化的概念2、生成ATP的主要方式,1、人体必需的氨基酸；蛋白质的互补作用2、氨基酸的脱氨基作用主要方式和特点,
