生物化学第八章蛋白质消化吸收和氨基酸代谢

掌握：

1、氮平衡：指每日氮的摄入量(食物中的蛋白质)与排出量(粪便和尿液中的含氮化合物)之间的关系。可以反映体内蛋白质代谢的概况。

氮平衡有三种情况

氮的总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）

氮的正平衡：摄入氮 > 排出氮（儿童、孕妇、恢复期病人）

氮的负平衡：摄入氮 < 排出氮（饥饿、严重烧伤 、出血、消耗性疾病患者）

Ø  蛋白质的生理需要量：成人每日蛋白质最低生理需要量为30g-50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。

 

2、必需氨基酸的概念和种类

营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值。

概念：体内需要而不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸。

种类：9种

甲硫氨酸、色氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、组氨酸。

假设携来一两本书+组氨酸

Ø  其余11种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需氨基酸。

Ø  精氨酸体内合成量不多，若长期供应量不足也会负氮平衡，故精氨酸也可归于必需氨基酸。

Ø  蛋白质的营养价值：食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。含必需氨基酸种类多，比例高的蛋白质，其营养价值高。

Ø  蛋白质的互补作用：多种营养价值较低的蛋白质混合食用，彼此间必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。

如谷类蛋白质含赖氨酸少含色氨酸多，豆类蛋白质含赖氨酸多含色氨酸少。都赖鼓瑟

 

3、氨基酸的一般代谢

一、体内蛋白质分解成氨基酸

成人体内蛋白质每天有1%~2%被降解，主要是骨骼肌中的蛋白质，降解的蛋白质大约有70%~80%被重新利用合成新蛋白质。

1）真核细胞内蛋白质的降解途径

不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。降解水平高表明组织症进行主要结构的重建。

蛋白质的半寿期：蛋白质降低至原浓度一半时所需要的时间，用t1/2表示。

①蛋白质在溶酶体通过ATP非依赖途径被降解。

不依赖ATP和泛素；

利用溶酶体中的组织蛋白酶（选择性差）降解外源性蛋白、膜蛋白和胞内长寿命蛋白质。

②蛋白质在蛋白酶体通过ATP依赖途径被降解。

依赖ATP和泛素；

降解异常蛋白和短寿命蛋白质。

Ø  泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。一次蛋白质的降解需要多次泛素化——泛素链

蛋白酶体（细胞核、细胞质）对泛素化蛋白质降解。

二、外源性与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库

食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（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。通常以游离氨基酸总量计算。

氨基酸在体内分布是不均一的，骨骼肌中的氨基酸占总代谢库的50%以上，肝占10%，肾4%。

消化吸收的大多数氨基酸主要在肝内分解，而支链氨基酸主要在骨骼肌中分解。

三、氨基酸的分解代谢首先脱氨基

氨基酸分解代谢的主要反应是脱氨基作用。

1）氨基酸的脱氨基作用：氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。

2）脱氨基的类型

l  转氨基：在转氨酶催化下，可逆地将α-氨基酸的氨基转移给α-酮酸，氨基酸脱去氨基生成α-酮酸，原来的α-酮酸转变为另一种氨基酸。

注意：转氨基作用未产生游离氨基酸。

Ø  转氨酶（氨基转移酶）广泛分布，以肝、心肌含量最丰富。

Ø  生理意义：转氨基作用既是氨基酸的分解代谢过程，也是体内某些氨基酸合成的重要途径。

除脯氨酸、赖氨酸、苏氨酸、羟脯氨酸外，大多数氨基酸均可进行转氨基。而且除α-氨基，鸟氨酸的δ-氨基（侧链末端氨基）也可由转氨基脱去。

Ø  转氨酶的专一性强，不同氨基酸与α-酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要。

如丙氨酸转氨酶（ALT/谷丙转氨酶）、天冬氨酸转氨酶（AST/谷草转氨酶）

正常时转氨酶主要存在于细胞内，血清活性低。肝谷丙转氨酶活性最高，心谷草转氨酶活性最高。急性肝炎患者血清中ALT活性显著升高，而心肌梗死患者血清中AST明显升高。

Ø  转氨酶具有相同的辅酶和作用机制

辅酶是磷酸吡哆醛（维生素B6的磷酸酯）

l  L-谷氨酸脱氢酶催化L-谷氨酸氧化脱氨基

L-谷氨酸是哺乳类动物组织中唯一能以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸。

Ø  L-谷氨酸脱氢酶广泛存在于肝、肾、脑，是不需氧脱氢酶，催化L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨。

辅酶为 NAD+ 或NADP+

别构激活剂：ADP、GDP   能量不足可促进氨基酸氧化

别构抑制剂：ATP、GTP

L-谷氨酸脱氢酶是唯一既能利用NAD+又能利用NADPH+接受还原当量的酶。

1）联合脱氨作用：转氨基作用与L-谷氨酸的氧化脱氨作用偶联进行，也称转氨脱氨作用。

此种方式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主要方式。

主要在肝、肾和脑组织进行。

l  氨基酸氧化酶催化脱氨基

见于肝、肾的L-氨基酸氧化酶，辅基是FMN或FAD。

4、蛋白质的腐败作用：未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物在结肠下部受到肠道细菌的分解。

 

5、α-酮酸的代谢、生酮氨基酸和生糖兼生酮氨基酸的种类

   

1）α-酮酸彻底氧化分解提供能量。

氨基酸也是能源物质

2）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸。

3）α-酮酸转变成糖和脂质。

   

在体内可转变成糖的氨基酸称作生糖氨基酸。

在体内可转变成酮体的氨基酸称作生酮氨基酸。

既能转变成糖又能转变成酮体的氨基酸称作生糖兼生酮氨基酸。

一本落色书

6、氨的代谢

体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，形成血氨（47~65umol/L）。

1）血氨的来源和去路       3个来源4条去路2个运输

来源：

①氨基酸脱氨基作用（主要来源）和胺类分解均可产生氨。

②肠道细菌腐败作用产生氨。

临床上对高血氨患者采用弱酸性液进行结肠透析，而禁用碱性肥皂水灌肠，以减少氨吸收。

③肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺。

酸性尿有利于肾小管细胞中的NH3扩散入尿，以NH4+的形式由尿液排出，

而碱性尿则妨碍肾小管细胞NH3的分泌，此时氨被吸收入血，成为血氨的另一来源。

 

肝硬化而产生的肝腹水病人不宜使用碱性利尿药！

解释：肝硬化——肝尿素清除作用较弱，血氨升高，再用碱性利尿药不利于氨排出。

去路：

①最主要是在肝内形成尿素，

②少部分在肾以铵盐形式随尿排出。

③合成非必需氨基酸及其它含氮化合物。

④合成谷氨酰胺。

2）血氨的转运

氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运。

l  氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝

丙氨酸-葡萄糖循环：

骨骼肌主要以丙酮酸作为氨基受体，经转氨基作用生成丙氨酸，丙氨酸进入血液后被运往肝。

在肝中，丙氨酸通过联合脱氨基作用生成丙酮酸，并释放氨。氨用于合成尿素，丙酮酸经糖异生生成葡萄糖。葡萄糖经血液运往肌肉，沿糖酵解转变成丙酮，后者再接受氨基生成丙氨酸。

丙氨酸和葡萄糖周而复始的转变，完成骨骼肌和肝之间氨的转运。

生理意义：肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝；

肝为肌肉提供葡萄糖

l  氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾   

1）

谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。

临床上氨中毒患者可服用谷氨酸盐降低氨浓度。

2）谷氨酰胺还可提供氨基使天冬氨酸转变成天冬酰胺。

白血病细胞不能合成天冬酰胺，必须依赖血液中的天冬酰胺，临床上应用天冬酰胺酶水解天冬酰胺，从而减少血中天冬酰胺，抑制白血病肿瘤生长。

 

7、鸟氨酸循环（尿素循环/Krebs- Henseleit循环）

1）尿素生成的器官：肝

2）尿素合成的鸟氨酸循环学说：

只有哺乳动物是以尿素为主要的氮代谢最终产物。鸟类是尿酸。

也只有哺乳动物肝中存在精氨酸酶（催化精氨酸水解为尿素、鸟氨酸）

3）鸟氨酸循环的详细步骤：

反应部位：细胞质、线粒体

ⅠNH3、CO2和2ATP缩合生成氨基甲酰磷酸

尿素的生物合成始于氨基甲酰磷酸。

NH3提供第一个氨基。

反应在线粒体。

氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）是关键酶，催化不可逆反应。此酶只有在别构激活剂N-乙酰谷氨酸（AGA）存在时才能被激活。

Ø  CPS-Ⅰ和AGA均存在于肝线粒体。

Ⅱ氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸

反应在线粒体。

Ⅲ瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸

天冬氨酸提供第二个氨基。

反应在细胞质，消耗1分子ATP。

精氨酸代琥珀酸合成酶也是关键酶。

Ø  瓜氨酸一经合成即被转运至细胞质。

Ⅳ精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸

反应在细胞质。

反应产物精氨酸保留了来自游离NH3和天冬氨酸的氨。

延胡索酸经TCA转变成草酰乙酸，后者与谷氨酸经AST催化再转变为天冬氨酸。而体内多种氨基酸均可经转氨基转变成谷氨酸。

故体内多种氨基酸可通过天冬氨酸的形式参与尿素合成。

Ⅴ精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸

反应在细胞质。

尿素作为终产物排出体外，鸟氨酸经过线粒体内膜上的载体再进入线粒体，参与瓜氨酸合成。

总结：

2 分子氨：一个来自游离氨，一个来自天冬氨酸。

2个部位：先在线粒体，后在细胞质

2个关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ、精氨酸代琥珀酸合成酶

3 分子ATP

4 个高能磷酸键

4）尿素合成的调节：2酶高蛋白

①高蛋白质膳食促进尿素合成。

②AGA激活CPS-Ⅰ启动尿素合成。

氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ是鸟氨酸循环启动的关键酶。

N-乙酰谷氨酸由乙酰CoA与谷氨酸经AGA合酶催化生成。而精氨酸是AGA合酶的激活剂，精氨酸浓度升高，尿素合成增加。

③精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成启动后的关键酶，活性最低。

 

8、氨基酸脱羧产生的活性胺类及其生理作用

氨基酸脱羧酶

辅酶：磷酸吡哆醛

Ø  胺氧化酶（肝中活性最高）可将胺类氧化为醛、NH3、H2O2，以免胺类物质累积。

1）谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸（GABA）

GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。

2）组氨酸脱羧生成组胺

组胺主要存在于肥大细胞。

组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性；使平滑肌收缩，引起支气管痉挛导致哮喘，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。

3）色氨酸经羟化后（5-羟色氨酸）脱羧生成5-羟色胺

5-羟色胺分布于神经组织、胃肠、血小板、乳腺细胞。

5-HT在脑内作为神经递质起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。

5-羟色胺水平较低的人群更容易发生抑郁、冲动行为、酗酒、自杀、攻击及暴力行为。

4）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质（含有多个氨基）

鸟氨酸脱羧酶是多胺合成的关键酶。

精胺与亚精胺是调节细胞生长的重要物质。

生长旺盛组织多胺含量增高(肿瘤、胚胎、再生肝)。

血、尿多胺水平可作为肿瘤辅助诊断和病情变化指标之一。

 

9、一碳单位的概念、来源、载体和意义

四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与一碳单位代谢

概念：某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的有机基团，包括甲基（-CH3）、亚甲基（-CH2-）、次甲基（=CH-）、甲酰基（-CHO）及亚氨甲基（-CH=NH）。

来源：主要来自丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸、苏氨酸。

有氨基酸产生的一碳单位可相互转变。但N5-甲基-FH4的生成是不可逆的。

载体：四氢叶酸（FH4）

一碳单位不能游离存在。

一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上

N5结合甲基、亚氨甲基；N5和N10结合亚甲基或次甲基；N5或N10结合甲酰基。

Ø 

意义：主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成。一碳单位将氨基酸代谢和核苷酸代谢密切联系起来。

 

10、甲硫氨酸循环和半胱氨酸的代谢

含硫氨基酸包括甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸。甲硫氨酸可转变为半胱氨酸和胱氨酸，半胱氨酸和胱氨酸又可以相互转变，但均不能转变成甲硫氨酸，故甲硫氨酸是营养必需氨基酸。

一、甲硫氨酸参与甲基转移反应

1）甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关。

转甲基前，甲硫氨酸必须经腺苷转移酶催化与ATP反应，生成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。

SAM中的甲基称活性甲基，故SAM也称活性甲硫氨酸。

SAM是体内最重要的甲基直接供体。

N5-CH3-FH4是体内甲基的间接供体。

甲硫氨酸循环：S-腺苷甲硫氨酸经甲基转移酶催化，将甲基转移至另一种物质，使其发生甲基化反应，而S-腺苷甲硫氨酸失去甲基后生成S-腺苷同型半胱氨酸，后者脱去腺苷生成同型半胱氨酸。同型半胱氨酸若再接受N5-CH3-FH4提供的甲基，则可重新生成甲硫氨酸。

生理意义：

由N5-CH3-FH4提供甲基生成甲硫氨酸，再通过SAM提供甲基，以进行体内广泛存在的甲基化反应。

促进FH4再生。

Ø  在甲硫氨酸循环中，虽然同型半胱氨酸接受甲基后可以生成甲硫氨酸，但体内不能合成同型半胱氨酸，它只能由甲硫氨酸转变而来，故甲硫氨酸必须由食物提供，不能在体内合成。

Ø  N5-CH3-FH4提供甲基使同型半胱氨酸转变成甲硫氨酸的反应由甲硫氨酸合成酶催化，辅酶是维生素B12，参与甲基转移。当维生素B12缺乏时，不仅影响甲硫氨酸的合成，还影响FH4的再生，使组织游离四氢叶酸减少，一碳单位参与碱基合成受到影响，导致核酸合成障碍，影响细胞分裂。故维生素B12缺乏导致巨幼细胞性贫血，同时同型半胱氨酸血浓度升高也是AS和CHD发生的独立危险因素。

2）甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基。

肌酸和磷酸肌酸是能量储存、利用的重要化合物，在心肌、骨骼肌、脑含量丰富。

肝是合成肌酸的主要器官。

肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。

在肌酸激酶的作用下，肌酸接受ATP的高能磷酸键转变为磷酸肌酸。

Ø  肌酸激酶由2种亚基构成，M亚基（肌型）、B亚基（脑型），构成3种同工酶：MM（骨骼肌）、MB（心肌）、BB（脑）。

心梗时，血中MB活性增高。

肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酐。

Ø  肌酐随尿排出，正常人每日尿中肌酐的排出量恒定。当肾功能障碍时，肌酐排出受阻，血中浓度升高。血中肌酐的测定有助于肾功能不全的诊断。

二、半胱氨酸代谢

1）半胱氨酸和胱氨酸互变。

二硫键对于维持蛋白质空间构象的稳定性具有重要作用

2）半胱氨酸转变成牛磺酸。

牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。

3）半胱氨酸生成活性硫酸根。

含硫氨基酸氧化分解均可产生活性硫酸根（半胱氨酸是主要来源）。半胱氨酸可直接脱去巯基和氨基，生成丙酮酸、氨和H2S（氧化生成H2SO4）。

硫酸根部分以无机盐形式随尿排出，部分由ATP活化为活性硫酸根（PAPS），是体内硫酸基的供体。PAPS的性质活泼，在肝脏的生物转化中有重要作用。

 

11、苯丙氨酸及酪氨酸的分解代谢产物及代谢障碍相关疾病

苯丙氨酸、色氨酸是必需氨基酸。

1）苯丙氨酸羟化成酪氨酸。

正常情况下，苯丙氨酸的主要代谢途径是被羟化成酪氨酸（苯丙氨酸羟化酶——肝）。

少量苯丙氨酸还可经转氨基作用生成苯丙酮酸。

先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷患者，不能将苯丙氨酸羟化成酪氨酸，只能转氨基产生大量苯丙酮酸。

大量的苯丙酮酸及其代谢产物（苯乙酸、苯乳酸）由尿排出，称苯丙酮尿症。苯丙酮酸堆积对CNS有毒性作用，可导致脑发育障碍，患儿智力低下。

2）酪氨酸转变成儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解。

①酪氨酸经酪氨酸羟化酶（关键酶）生成多巴，后者经多巴脱羧酶生成多巴胺。

帕金森患者脑内多巴胺减少。在肾上腺髓质多巴胺被羟化生成去甲肾上腺素，后者甲基化生成肾上腺素。

多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素统称为儿茶酚胺。

②酪氨酸经酪氨酸酶羟化生成多巴，后者经氧化、脱羧、聚合为黑色素。

先天性酪氨酸酶缺乏患者不能合成黑色素，称白化病，患者对阳光敏感，易皮肤癌。

③尿黑酸分解受阻，尿黑酸尿症。

了解

1、蛋白质的消化、吸收

P173~P175

 

2、尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒

血氨浓度升高称高血氨症。

 

高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒。

机制：

高血氨可减少脑内α-酮戊二酸，导致能量代谢障碍；

脑星状细胞内谷氨酰胺增多，可导致水渗入细胞，引起脑水肿；

谷氨酸及由谷氨酸产生的GABA都是主要的信号分子。过多谷氨酸用于合成谷氨酰胺，可导致脑内谷氨酸和γ-氨基丁酸减少，影响脑的功能。

3、色氨酸的代谢

4、支链氨基酸的代谢

支链氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸，其分解代谢主要在骨骼肌进行。

 

5、精氨酸经NOS（一氧化氮合酶）生成NO。