生物化学知识汇总

生物化学中蛋白质消化吸收和氨基酸代谢的内容包括蛋白质的营养价值与消化吸收、氨基酸的一般代谢、氨的代谢、个别氨基酸的代谢。

蛋白质消化吸收和氨基酸代谢

• 蛋白质的营养价值与消化吸收
  • 一、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述
    • 氮平衡指每日氮的摄入量与排出量之间的关系。 氮的总平衡：即摄入氮量等于排出氮量，见于正常人 氮的正平衡：即摄入量大于排出氮量，儿童、孕妇及恢复期的病人属于此种情况。 氮的负平衡：摄入量小于排出氮量，见于饥饿、严重烧伤、出血及消耗性疾病的病人。
  • 二、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值
    • 必需氨基酸：亮、异亮、苏、缬、赖、甲硫、苯丙、色、组 蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率。食物蛋白质中必需氨基酸的比例越高，其营养价值越高。 谷类蛋白质赖氨酸少，色氨酸多；豆类蛋白质赖氨酸较多色氨酸较少；两者混合食用即可提高蛋白质的营养价值。
  • 三、外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收
    • （一）蛋白质在胃和小肠被消化成寡肽和氨基酸
      • 1.蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸
      • 2.蛋白质在小肠被水解成寡肽和氨基酸
        • 食物在胃中停留时间较短，因此对蛋白质的消化很不完全。蛋白质的消化主要在小肠进行。小肠中，未经消化或消化不全的蛋白质受胰液及肠黏膜细胞分泌的多种蛋白酶及肽酶的共同作用，进一步水解成寡肽和氨基酸。
    • （二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收
      • 食物蛋白质被消化成氨基酸和寡肽后，主要在小肠通过主动转运机制被吸收。小肠粘膜细胞膜上存在转运氨基酸和寡肽的载体蛋白，能与氨基酸或寡肽以及钠离子形成三联体，将氨基酸或寡肽和钠离子转运入细胞，之后钠离子借助钠泵被排出细胞外，此过程需消耗ATP。
  • 四、未消化吸收的蛋白质在结肠下段发生腐败
    • 食物中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内细菌的分解，称为蛋白质的腐败作用。
    • （一）肠道细菌通过脱羧作用产生胺类
      • 未被消化的蛋白质经肠道细菌蛋白酶的作用下可水解生成氨基酸，然后在细菌氨基酸脱羧酶的作用下，氨基酸脱去羧基生成胺类物质。这些腐败产物大多具有毒性，如组胺和尸胺具有降低血压的作用，酪胺具有升高血压的作用。这些毒物如果经门静脉进入体内，通常经肝代谢转化为无毒形式排出体外。但在肝功能受损时，酪胺和笨乙胺不能在肝内及时转化，极易进入脑组织，经β-羟化酶作用，分别转化为β-羟酪胺和苯乙醇胺，称为假神经递质。假神经递质增多时，可竞争性地干扰儿茶酚胺的正常功能，阻碍神经冲动传递，使大脑大声异常抑制，这可能是肝性脑病发生的原因之一。
    • （二）肠道细菌通过脱氨基作用产生氨
      • 1.未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下，脱氨基生成氨
      • 2.血液中的尿素渗入肠道，经肠菌尿素酶的水解而生成氨
    • （三）腐败作用产生其他有害物质
• 氨基酸的一般代谢
  • 一、体内蛋白质分解生成氨基酸
    • （一）蛋白质以不同的速率进行降解
    • （二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径
      • 1，蛋白质在溶酶体通过ATP非依赖途径被降解
      • 2.蛋白质在蛋白酶体通过ATP依赖途径被降解
        • 蛋白质经此途径降解需泛素的参与。
  • 二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库
  • 三、氨基酸分解代谢首先脱氨基
    • （一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基
      • 1.转氨基作用由转氨酶催化完成
        • 可逆的将α-氨基酸的氨基转移给α-酮酸，结果是氨基酸脱去氨基生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则转变成另一种氨基酸。 急性肝炎病人血清ALT活性显著升高；心机梗死病人血清AST明显上升。
      • 2.氨基转移酶具有相同的辅酶和作用机制
        • 转氨酶的辅基是维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛。
    • （二）L-谷氨酸脱氢酶催化L-谷氨酸氧化脱氢酶
    • （三）氨基酸通过氨基酸氧化酶催化脱去氨基
  • 四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解（氨基酸脱氨基生成的α-酮酸可进一步代谢，有三个途径）
    • （一）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量
    • （二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸
    • （三）α-酮酸可转变为糖和脂质
• 氨的代谢
  • 一、血氨有三个重要来源
    • （一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨
    • （二）肠道细菌作用产生氨
    • （三）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氨扩散入尿，而碱性尿则妨碍肾小管细胞中NH3的分泌，此时氨被吸收入血，成为血氨的另一个来源。因此，临床上对肝硬化而产生腹水的病人，不宜用碱性利尿药，以免血氨升高。
  • 二、氨在血液中以丙氨酸和谷氨酸的形式转运
    • （一）氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝
    • （二）氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝和肾
      • 可以认为，谷氨酰胺既是氨的毒解产物，又是氨的储存及运输形式。尤其是谷氨酰胺在脑中固定和转运氨的过程中起着重要作用。
  • 三、氨的主要代谢去路是在肝合成尿素
    • （一）尿素是通过鸟氨酸循环合成的
    • （二）肝中鸟氨酸循环的步骤（大致5步）
      • 1.NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸
        • 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）是鸟氨酸循环的关键酶，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，N-乙酰谷氨酸可诱导CPS-Ⅰ构象改变，增加酶对ATP的亲和力。
      • 2.氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸
        • 在鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）催化下，氨基甲酰磷酸上的氨基甲酰部分转移到鸟氨酸上，生成瓜氨酸和磷酸，反应不可逆。
      • 3.瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸
        • 瓜氨酸在线粒体合成后，即被转运到线粒体外，在胞质中经精氨酸代琥珀酸合成酶催化，与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸。此反应由ATP供能，天冬氨酸提供了尿素分子中的第二个氮原子。精氨酸代琥珀酸合成酶也是鸟氨酸循环中的关键酶。
      • 4.精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸与延胡索酸
        • 精氨酸代琥珀酸在精氨酸代琥珀酸裂解酶的催化下，裂解生成精氨酸与延胡索酸。
      • 5.精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸
        • 在胞质中，精氨酸由精氨酸酶催化，水解生成尿素和鸟氨酸。鸟氨酸通过线粒体内膜上载体的转运再进入线粒体，参与瓜氨酸的合成。
    • （三）尿素合成受膳食蛋白和两种关键酶的调节
      • 1.高蛋白质膳食增加尿素生成
      • 2.AGA激活CPS-Ⅰ启动尿素合成
        • AGA由乙酰CoA与谷氨酸通过AGA合酶催化生成的。精氨酸是AGA合酶的激活剂，精氨酸浓度增高时，尿素合成增加。
      • 3. 精氨酸代琥珀酸合成
    • （四）尿素生成障碍可引起高血氨症或氨中毒
• 个别氨基酸的代谢
  • 一、氨基酸脱羧基作用需要脱羧酶催化
    • （一）谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸（GABA）
      • 谷氨酸由L-谷氨酸脱羧酶催化脱去羧基生成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。
    • （二）组氨酸脱羧生成组胺
      • 组氨酸由组氨酸脱羧酶催化脱去羧基生成组胺。主要存在于肥大细胞中。组胺是一种强大的血管扩张剂，并能增加毛细血管的通透性。组胺可使平滑肌收缩，引起支气管痉挛导致哮喘。组胺还能促进胃黏膜细胞分泌胃蛋白酶原及胃酸。
    • （三）色氨酸经过羟化后脱羧生成5-羟色胺
      • 色氨酸首先经过色氨酸羟化酶催化生成5-羟色氨酸，然后有5-羟色氨酸脱羧酶催化生成5-羟色胺。 脑组织中的5-羟色胺是一种神经递质，具有抑制作用，直接影响神经传导。 外周组织5-羟色胺具有强烈的血管收缩作用。
    • （四）某些氨基酸可以生成多胺类物质
      • 鸟氨酸脱羧酶是多胺合成的关键酶。
  • 二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位
    • （一）四氢叶酸作为一碳单位的载体参与一碳单位代谢
      • 一碳单位指某些氨基酸分解代谢过程产生的含有一个碳原子的有机基团。一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸（FH4）结合被转运并参与代谢，四氢叶酸是一碳单位的运载体。在体内，四氢叶酸是由叶酸经过二氢叶酸还原酶催化，分两步还原反应生成的。
    • （二）由氨基酸产生的一碳单位可以相互转变
    • （三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤和嘧啶的合成
  • 三、含硫氨基酸代谢可产生多种生物活性物质
    • （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
        • 甲硫氨酸分子含有S-甲基，通过各种转甲基作用可生成多种含甲基的生理活性物质。但在转甲基反应前，甲硫氨酸必须经过腺苷转移酶的催化与ATP反应，生成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。SAM中的甲基称为活性甲基，故SAM称为活性甲硫氨酸。SAM是体内最重要的甲基直接供体。 SAM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SAM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。再接受甲基，重新形成甲硫氨酸。此循环为甲硫氨酸循环。 维生素B12不足时可引起巨幼红细胞性贫血。另外，同型半胱氨酸在血中浓度升高，可能是动脉粥状硬化和冠心病发生的独立危险因素。
      • 2.甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基
        • 在肌酸激酶（CK）催化下，肌酸接受ATP的高能磷酸基形成磷酸肌酸。磷酸肌酸作为能量的储存形式，在心肌、骨骼肌及脑组织含量丰富。 肌酸激酶(CK）由两种亚基构成，M亚基（肌型）与B亚基（脑型），构成三种同工酶MM、MB、BB。MM在骨骼肌、MB在心肌、BB在脑。 心肌梗死时，血中MB型肌酸激酶的活性增高，因此可作为心肌梗死的副主诊断指标之一。
    • （二）半胱氨酸与多种生理活性物质生成有关
      • 1.半胱氨酸与胱氨酸可以互变
      • 2.半胱氨酸可转变为牛磺酸
      • 3.半胱氨酸可生成活性硫酸根
        • 体内的硫酸根，一部分以无机盐形式随尿排出，另一部分由ATP活化生成活性硫酸根，即3’-磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸（PAPS）,PAPS化学性质活泼，在肝生物转化中可提供硫酸根使某些物质生成硫酸酯。
  • 四、芳香族氨基酸代谢需要加氧酶催化
    • （一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢既有联系又有区别
      • 1.苯丙氨酸羟化生成酪氨酸
        • 苯丙氨酸除转变为酪氨酸外，少量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病人，不能将苯丙氨酸羟化为酪氨酸。因此，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸。大量的苯丙酮酸及其部分代谢产物由尿排出，称为苯丙酮尿症（PKU）。
      • 2.酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解
        • 酪氨酸在肾上腺髓质和神经组织经酪氨酸羟化酶催化生成3，4-二羟丙酮酸（DOPA）又称多巴。与苯丙氨酸羟化酶相似，酪氨酸羟化酶也是以四氢生物蝶呤为辅酶的单加氧酶。多巴在多巴脱羧酶的作用下，脱下羧基生成多巴胺。 酪氨酸羟化酶是合成儿茶酚胺的关键酶。 酪氨酸代谢的另一途径是合成黑色素。黑色素细胞中，酪氨酸经酪氨酸激酶作用，羟化生成多巴，经氧化脱羧等反应成吲哚醌，聚合成黑色素。先天性酪氨酸酶缺乏的人，不能合成黑色素，皮肤毛发等发白，成为白化病。病人对阳光敏感，易患皮肤癌。
  • 五、支链氨基酸的分解有相似的代谢过程
    • 1.通过转氨基作用生成相应的α-酮酸
    • 2.通过氧化脱羧生成相应的脂酰CoA
    • 3.通过β-氧化过程生成不同的中间产物参与三羧酸循环