教 案 首 页
课程名称 | 生物化学 | 年级 | | 专业、层次 | 本科临床医学类 | |||||||
授课教师 | | 职称 | | 课型(大、小) | 大 | 学时 | 6 | |||||
授课题目(章、节) | 第七章 氨基酸代谢 | |||||||||||
教材名称 | 《生物化学》第七版 | |||||||||||
作者 | 查锡良 | 出版社 | 人民卫生出版社 | |||||||||
主要参考书 (注明页数) | 赵宝昌 主编. 生物化学(第二版). 北京:高等教育出版社,2009年1月.第九章 蛋白质的分解代谢 | |||||||||||
目的与要求: 1. 掌握: 氮平衡的概念及类型。营养必需氨基酸的种类及概念。联合脱氨基作用的概念及反应,血清ALT和AST的组织分布及临床意义。生酮、生糖、生糖兼生酮氨基酸的概念及种类。氨的转运方式。尿素的生成。鸟氨酸循环的概念、反应过程及关键酶。一碳单位的概念、种类及生理功能。活性甲基循环的概念及反应过程。 2. 熟悉:蛋白质的生理功能。蛋白质的腐败作用。体内氨基酸的来源与去路。α-酮酸的代谢。体内氨的来源与去路。尿素生成的调节。氨基酸的脱羧基作用。一碳单位的产生及其互变。含硫氨基酸的代谢。芳香族氨基酸的代谢。 3. 了解:食物蛋白质的消化和吸收。高氨血症及氨中毒。支链氨基酸的代谢。 | ||||||||||||
教学内容与时间安排、教学方法: 1.教学内容与时间安排 蛋白质的营养作用,消化、吸收和腐败,体内蛋白质的降解和转换更新,氨基酸代谢库 2.0学时 氨基酸的脱氨基作用,碳链骨架的转化和分解,氨的代谢,氨基酸的脱羧基作用 2.0学时 一碳单位的代谢,含硫氨基酸、芳香族氨基酸及支链氨基酸的分解代谢 2.0学时 2. 教学方法: 讲授+演示+启发+讨论。 | ||||||||||||
教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点: 1. 重点:蛋白质的营养作用,氨基酸的脱氨基作用,氨的代谢,一碳单位的代谢。 2. 难点:氨基酸的脱氨基作用,氨的代谢,一碳单位的代谢。 3. 课件色彩及语言强调突出重点;采用图片及动画演示理解难点。 | ||||||||||||
教研室审阅意见: 同意。 教研室主任签名:李洪 2009 年2 月 28 日 | ||||||||||||
基 本 内 容 | 课堂设计和时间安排 | |||||||||||
第七章 氨基酸代谢 氨基酸(amino acid)是蛋白质(protein)的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。本章主要讨论氨基酸的分解代谢。 第一节 蛋白质的营养作用 ☆一、体内蛋白质具有多种重要功能 1. 是构成组织细胞的重要成分。 2. 参与组织细胞的更新和修补。 3. 参与物质代谢及生理功能的调控。 4. 氧化供能,可占所需能量的18%。 5. 其他功能:如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。 二、氮平衡可反映体内蛋白质的代谢状态 (一)氮平衡 人体每日须分解一定量的组织蛋白质,并以含氮终产物的形式排出体外。同时,须从食物中摄取一定量的蛋白质,以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质,故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。 ☆氮平衡的概念。体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中,故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡,称为氮平衡(nitrogen balance)。 ☆氮平衡的类型: 1. 氮总平衡:每日摄入氮量与排出氮量大致相等,表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等,称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。 2. 氮正平衡:每日摄入氮量大于排出氮量,表明体内蛋白质的合成量大于分解量,称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。 3. 氮负平衡:每日摄入氮量小于排出氮量,表明体内蛋白质的合成量小于分解量,称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者(结核、肿瘤),饥饿者。 (二)生理需要量 根据计算,正常成人每日最低分解约20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异,故每日食物蛋白质的最低需要量为30~ 50g。为了长期保持氮总平衡,正常成人每日蛋白质的生理需要量应为80g。 三、营养必需氨基酸决定食物蛋白质的营养价值 ☆必需氨基酸的概念。体内不能合成,必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养必需氨基酸(essential amino acid)。体内能够自行合成,不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸(non-essential amino acid)。 ☆营养必需氨基酸(共8种):赖氨酸(Lys)、色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、缬氨酸(Val)。 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成,半胱氨酸需以蛋氨酸为原料来合成,故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。半必需氨基酸有2种:酪氨酸(Tyr)和半胱氨酸(Cys)。 ☆决定食物蛋白质营养价值高低的因素有:① 必需氨基酸的含量;② 必需氨基酸的种类;③ 必需氨基酸的比例,即具有与人体需求相符的氨基酸组成。 将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用,以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。例如,谷类蛋白质含Lys较少而Trp较多,而豆类蛋白质含Trp较少而Lys较多,二者混合后食用,即可提高营养价值。 第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败 一、食物蛋白质消化成氨基酸和多肽后被吸收 (一)食物蛋白质在胃和小肠中被消化成氨基酸和多肽 在胃中,胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽及少量氨基酸。在小肠中,食物蛋白质经蛋白酶或肽酶作用消化。 有两种类型的消化酶: ⑴ 肽链外切酶(exopeptidase):如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等; ⑵ 肽链内切酶(endopeptidase):如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。 产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase),如氨基肽酶及二肽酶等的作用,水解为氨基酸。95%的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。 (二)氨基酸通过主动转运过程被吸收 氨基酸的吸收主要在小肠进行,是一种主动转运过程,需由特殊的氨基酸载体蛋白携带。转运氨基酸进入细胞时,同时转运入Na+。 氨基酸载体的类型:中性氨基酸载体、酸性氨基酸载体、碱性氨基酸载体和亚氨基酸及甘氨酸载体。 在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织细胞,氨基酸的吸收还可通过γ-谷氨酰基循环(Meister循环)进行。γ-谷氨酰基循环由γ-谷氨酰基转移酶催化,利用GSH,合成γ-谷氨酰氨基酸进行转运吸收,消耗的GSH可重新再合成。 γ-谷氨酰基循环。 多肽的吸收利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系进行吸收,也是一种耗能的主动吸收过程。 二、食物蛋白质在肠道中发生腐败作用 蛋白质的腐败分解作用(putrefaction)主要在大肠中进行,是指细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。 腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物质,如胺类(腐胺、尸胺、酪胺),酚类,吲哚类,氨及硫化氢等。 这些有毒物质被吸收后,由肝进行解毒。 第三节 氨基酸的一般代谢 一、体内蛋白质的降解和转换更新 人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。成人每天约有1%~2%的体内蛋白质被降解成氨基酸,其中主要是肌肉蛋白。降解产生的氨基酸约70%~80%被重新用于合成组织蛋白质。 (一)体内蛋白质以不同速率降解 体内不同的蛋白质降解速率不同。蛋白质的降解速率用半寿期(t1/2)表示。肝中大部分蛋白质的t1/2为1~8天,人血浆蛋白质t1/2约为10天,结缔组织蛋白质的t1/2可达180天。 (二)真核细胞中蛋白质以两种不同的方式降解 真核细胞中存在两条不同的降解途径: 1.不依赖ATP的降解途径:在溶酶体内进行,主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。 2.依赖ATP和泛素的降解途径:在胞液中进行,主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与。泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质,普遍存在于真核细胞中。 泛素介导的蛋白质降解过程: ⑴ 蛋白质的泛素化(ubiquitination): 泛素与被降解的蛋白质形成共价连接,从而使后者活化。 蛋白质的泛素化过程。 ⑵ 蛋白酶体的降解: 泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成蛋白酶体(proteasome),使蛋白质降解。 二、内源性和外源性氨基酸组成氨基酸代谢库 食物蛋白经消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白降解产生的氨基酸(内源性氨基酸)混在一起,分布于体内各处参与代谢,称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。 氨基酸代谢库的来源与去路。 氨基酸的分解代谢概况。
★三、氨基酸主要经联合脱氨基作用进行降解 氨基酸主要通过三种方式脱氨基,即氧化脱氨基,联合脱氨基和非氧化脱氨基。在这三种脱氨基作用中,以联合脱氨基作用最为重要;而非氧化脱氨基作用则主要见于微生物中。 ☆(一)氨基酸经转氨基作用脱氨基 转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化,将α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸酮基的位置上,生成相应的α-氨基酸,而原来的α-氨基酸则转变为相应的α-酮酸。 转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与α-酮酸之间普遍进行。除Lys,Pro外,均可参加转氨基作用。各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。 转氨酶的辅酶及其作用机制。 ☆重要的转氨酶: ⑴ 丙氨酸氨基转移酶(alanine transaminase, ALT),又称为谷丙转氨酶(GPT):ALT催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应,为可逆反应。ALT在肝中活性较高,在肝的疾病时,可引起血清中ALT活性明显升高。 ⑵ 天冬氨酸氨基转移酶(aspartate transaminase, AST),又称为谷草转氨酶(GOT):AST催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应,为可逆反应。AST在心肌中活性较高,故在心肌疾患时,血清中AST活性明显升高。 ☆(二)氨基酸经氧化脱氨基作用脱氨基 氧化脱氨基包括脱氢和水解两步反应。其中,脱氢反应需酶催化,而水解反应则不需酶的催化。 催化氧化脱氨基的酶: ⑴ L-氨基酸氧化酶(L-amino acid oxidase):是一种需氧脱氢酶,以FAD或FMN为辅基,脱下的氢原子交给O2,生成H2O2。该酶活性不高,在组织器官中分布局限(见于肝、肾),因此作用不大。 ☆⑵ L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase):是一种不需氧脱氢酶,以NAD+或NADP+为辅酶,生成的NADH或NADPH可进入呼吸链经氧化磷酸化产生ATP。该酶活性高,分布广泛,因而作用较大;该酶属于变构酶,其活性受ATP,GTP的抑制,受ADP,GDP的激活。 ☆(三)氨基酸经联合脱氨基作用脱氨基 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行,从而使氨基酸脱去氨基并氧化为α-酮酸(α-ketoacid)的过程,称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织细胞中进行,是体内主要的脱氨基的方式。 联合脱氨基作用。 (四)氨基酸经嘌呤核苷酸循环脱氨基 ☆嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle, PNC)是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中,由于谷氨酸脱氢酶的活性较低,而腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)的活性较高,故采用此方式进行脱氨基。腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)可催化AMP脱氨基,此反应与转氨基反应相联系,即构成嘌呤核苷酸循环(PNC)的脱氨基作用。 嘌呤核苷酸循环。 ☆四、氨基酸碳链骨架的转化和分解 (一)再氨基化为非必需氨基酸。 (二)转变为糖或脂: 1. 生糖氨基酸。 2. 生酮氨基酸:Leu,Lys。 3. 生糖兼生酮氨基酸:Phe,Tyr,Ile,Thr,Trp。 (三)氧化供能:进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。 ★第四节 氨的代谢 ☆一、血氨的来源与去路 二、氨在血中以丙氨酸或谷氨酰胺的形式转运 (一)丙氨酸-葡萄糖循环的运氨作用 ☆丙氨酸-葡萄糖循环的概念。肌肉中的氨www.lindalemus.com/Article/基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸,后者经血液循环转运至肝再脱氨基,生成的丙酮酸异生为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸,这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。 丙氨酸-葡萄糖循环。 ☆(二)谷氨酰胺的运氨作用 肝外组织,如脑、骨骼肌、心肌,在谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase)的催化下,合成谷氨酰胺,以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环转运到肝或肾,再由谷氨酰胺酶将其分解, 产生的氨即可用于合成尿素。因此,谷氨酰胺(glutamine)对氨具有运输、贮存和解毒作用。 谷氨酰胺的运氨作用。 ☆三、氨的主要去路是在肝合成尿素 体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。合成尿素的主要器官是肝,但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)的反应过程来完成的。这一循环反应的主要过程也是Krebs首先提出的。 ☆鸟氨酸循环概念。在肝脏等组织器官中,利用鸟氨酸作载体,以氨、天冬氨酸及CO2为原料,缩合生成尿素的循环反应过程称为鸟氨酸循环或尿素循环。 ☆(一)肝中鸟氨酸循环合成尿素的过程 1. 氨基甲酰磷酸的合成:在线粒体中进行。由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoyl phosphate synthetase-Ⅰ , CPS-Ⅰ)催化,需N-乙酰谷氨酸(AGA)作为变构激活剂,是尿素合成的起始关键酶。反应不可逆。 氨基甲酰磷酸的合成。 2. 瓜氨酸的合成:在线粒体内进行。反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT)催化,将氨甲酰基转移到鸟氨酸的γ-氨基上,生成瓜氨酸。 瓜氨酸的合成。 3. 精氨酸代琥珀酸的合成:在胞液中进行。瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(arginino-succinate synthetase)催化下,消耗ATP合成精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶。 精氨酸代琥珀酸的合成。 4. 精氨酸代琥珀酸的裂解:在胞液中进行。反应由精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase)催化,将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。 精氨酸代琥珀酸的裂解。 5. 精氨酸的水解:在胞液中进行。反应由精氨酸酶催化,精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。 精氨酸的水解。 尿素合成的鸟氨酸循环。 ☆尿素合成的特点: 1. 合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行; 2. 合成一分子尿素需消耗4分子ATP; 3. 氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ和精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶(限速酶); 4. 尿素分子中的两个氮原子,一个来源于NH3,一个来源于天冬氨酸。 ☆(二)尿素合成受膳食因素和关键酶活性的调节 1. 食物蛋白质的影响。 2. CPS-Ⅰ的调节:AGA为其变构激活剂。但AGA合成酶可被精氨酸激活。 3. 精氨酸代琥珀酸合成酶的调节:正常人肝尿素合成酶的相对活性。 第五节 个别氨基酸的代谢 一、氨基酸经脱羧基作用生成活性胺类化合物 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化,辅酶为磷酸吡哆醛,产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸。酸可由尿液排出,也可再氧化为CO2和水。 (一)谷氨酸脱羧基生成γ-氨基丁酸 ☆γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)是一种重要的神经递质,由L-谷氨酸脱羧而产生。反应由L-谷氨酸脱羧酶催化,在脑及肾中活性很高。 γ-氨基丁酸的生成。 (二)组氨酸脱羧基生成组胺 ☆组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生,具有促进平滑肌收缩,促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。 (三)色氨酸脱羧基生成5-羟色胺 ☆5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)也是一种重要的神经递质,且具有强烈的缩血管作用。5-羟色胺的合成原料是色氨酸(tryptophan)。 (四)鸟氨酸脱羧基生成多胺 精脒(spermidine)和精胺(spermine)均属于多胺(polyamines),它们与细胞生长繁殖的调节有关。多胺合成的原料为鸟氨酸,关键酶是鸟氨酸脱羧酶(ornithine decarboxylase)。 多胺的合成过程。
★二、氨基酸分解可产生一碳单位 (一)四氢叶酸是一碳单位的常见载体 ☆一碳单位的概念。一碳单位(one carbon unit)是指只含一个碳原子的有机基团,这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。 常见的一碳单位有甲基(-CH3)、亚甲基或甲烯基(-CH2-)、次甲基或甲炔基(=CH-)、甲酰基(-CHO)、亚氨甲基(-CH=NH)、羟甲基(-CH2OH)等。一碳单位通常由其载体携带参加代谢反应。常见的载体有四氢叶酸(FH4)和S-腺苷同型半胱氨酸,有时也可为VitB12。 2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构。SAM的分子结构。 ☆常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物: 1. N10-甲酰四氢叶酸(N10-CHO FH4)。 2. N5-亚氨甲基四氢叶酸(N5-CH=NH FH4)。 3. N5,N10-亚甲基四氢叶酸(N5,N10-CH2-FH4)。 4. N5,N10-次甲基四氢叶酸(N5,N10=CH-FH4)。 5. N5-甲基四氢叶酸(N5-CH3 FH4)。 (二)由氨基酸代谢产生一碳单位可相互转变。 三、含硫氨基酸的分解代谢可提供活性基团 (一)S-腺苷蛋氨酸循环参与甲基转移 ☆蛋氨酸是体内合成许多重要化合物,如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)。 SAM也是一种一碳单位衍生物,其载体是S-腺苷同型半胱氨酸,携带的一碳单位是甲基。 S-腺苷蛋氨酸循环的反应过程。 ☆S-腺苷蛋氨酸循环的概念。从蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸,在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸,然后再反方向重新合成蛋氨酸,这一循环反应过程称为S-腺苷蛋氨酸循环或活性甲基循环。 (二)SAM提供肌酸合成所需甲基 肌酸在骨骼肌、心肌和大脑细胞中用于合成磷酸肌酸(C~P),后者是能量的贮存形式。合成肌酸的主要器官是肝。肌酸的合成需以甘氨酸、精氨酸为原料,并由SAM提供甲基。 肌酸的合成过程。 (三)含硫氨基酸分解代谢可产生活性硫酸根 医.学全在线 ☆含硫氨基酸包括半胱氨酸和蛋氨酸,其氧化分解均可产生硫酸根。半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。体内代谢产生的硫酸根一部分以无机硫酸盐的形式随尿液排出体外,另一部分则可被活化形成活性硫酸根——PAPS(3"-磷酸腺苷-5"-磷酸硫酸)。 PAPS的生成过程。 四、芳香族氨基酸分解代谢生成黑色素或儿茶酚胺 芳香族氨基酸的种类。 ☆(一)苯丙氨酸和酪氨酸的代谢。 (二)色氨酸存在多条分解代谢途径。 五、支链氨基酸分解代谢的基本过程大致相同 支链氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。三种支链氨基酸分解代谢的基本过程大致相同,包括三个阶段:经转氨基作用,生成相应的α-酮酸;经氧化脱羧基作用,生成相应的酰基CoA;经与脂肪酸β-氧化相似的过程氧化分解。 缬氨酸的分解代谢。亮氨酸的分解代谢。异亮氨酸的分解代谢。 | ☆——重点 ★——难点 2.0学时
重点强调+举例
重点强调
重点强调+举例
重点强调+举例
重点强调+举例
重点强调+举例
重点强调
重点强调+举例
动画演示
图片展示
图片展示
动画演示 动画演示+总结 ----------------- 2.0学时
动画演示+强调
图片展示
动画演示+举例
动画演示+举例
图片展示
重点强调+演示
重点强调
动画演示
重点强调
动画演示 重点强调+举例
动画演示
重点强调
动画演示 重点强调
动画演示
重点强调
重点强调
动画演示
动画演示
动画演示
动画演示
动画演示 动画演示+总结强调 重点强调
重点强调
列表比较
重点强调
动画演示
重点强调
重点强调
动画演示 ----------------- 2.0学时
重点强调
图片展示 重点强调
动画演示+图片展示
重点强调
动画演示 重点强调
动画演示
重点强调
动画演示
重点强调+动画演示
动画演示 | |||||||||||
小 结 | 1. 蛋白质的生理功能。蛋白质的营养作用。 2. 氨基酸的一般分解代谢,脱氨基作用和脱羧基作用。 3. 联合脱氨基作用的反应过程及相关酶类。 4. 一碳单位的代谢。 5. 含硫氨基酸的代谢。 6. 芳香族氨基酸的代谢。
| |||||||||||
复 习 思 考 题 、作 业 题 | 一、名词解释 1. 必需氨基酸;2. 氮平衡;3. 食物蛋白质的互补作用;4. 鸟氨酸循环;5. 丙氨酸-葡萄糖循环;6. 一碳单位;7. 活性甲基循环。 二、问答题 1. 简述尿素合成的反应过程及调节机制。 2. 简述一碳单位的代谢过程及生理作用。
| |||||||||||
下 次 课 预 习 要 点 | 第 八章 核苷酸代谢 1. 核苷酸的生理功能。 2. 嘌呤核苷酸的合成代谢。 3. 嘌呤核苷酸合成的调节。
| |||||||||||
实 施 情 况 及 分 析 | | |||||||||||