《生化》第9版：7、蛋白质

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蛋白质

• 概述
  • 1、生理功能
    • 组织细胞的主要组分
      • 维持细胞组织的生长、更新和修补
    • 参与体内多种重要的生理活动
      • 体内具有多种特殊功能的蛋白质，例如酶、蛋白质类激素、抗体、某些调节蛋白等
    • 作为能源物质氧化供能
      • 蛋白质在体内氧化可释放4.1kcal/g的能量
      • 成人每日约18%的能量从蛋白质获得
        • 供能是蛋白质的次要功能
  • 2、蛋白质的营养价值
    • （1）营养必需氨基酸（EAA）
      • 是指体内需要而不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸
      • 苯丙、蛋（甲硫）、赖、苏、色、亮、异亮、组、缬——9种
      • 精氨酸
        • 虽能体内合成，但合成量不多，若长期供应不足或需要量增加，也可造成负氮平衡，因此有人将精氨酸也归为EAA
    • (2)蛋白质的营养价值
      • 是指食物蛋白质在体内的利用率，其高低主要取决于食物蛋白质中必需氨基酸的种类、数量和比例。
        • 动物蛋白质营养价值高
      • 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得到相互补充，从而提高蛋白质的营养价值
        • 赖氨酸和色氨酸
          • 谷类（Lys少、Trp多）和豆类（Lys多、Trp少）可互补
  • 3、氨基酸及其衍生物的生理功能
    • 谷氨酰胺：参与嘌呤嘧啶核苷酸合成、异生成糖、氧化供能
    • 血红素合成原料：甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe2+
    • 儿茶酚胺CA：包括多巴胺，去甲肾上腺素和肾上腺素三种
    • • ①半胱氨酸——可转变成牛磺酸；产生硫酸根；统基维持蛋白质稳定性：是含硫氨基酸
      • ②甘氨酸——参与肌酸合成；参与卟啉合成；参与嘌呤合成；提供一碳单位。
• 氨基酸的代谢
  • 1、蛋白质分解生成氨基酸
    • （1）蛋白质的降解速率
      • 概述
        • 成人体内的蛋白质每天有1%~2%被降解
        • 不同蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化
        • 降解所产生的氨基酸，70%~80%又重新合成新的蛋白质
      • 部位
        • 主要是骨骼肌中的蛋白质
      • 半寿期
        • 蛋白质的降解速率以半寿期（t1/2)表示
          • 指将其浓度减少到开始值的50%所需要的时间
        • 肝中蛋白质1~8d，血浆蛋白质10d，结缔组织中180d以上；关键酶的半寿期很短，HMG-CoA还原酶为0.5~2h
    • （2）真核细胞内蛋白质的降解途径
      • • 泛素广泛存在于真核细胞，是由76个氨基酸组成的小分子蛋白质
        • 泛素化需三种酶：泛素激活酶、泛素结合酶、泛素蛋白连接酶，需消耗ATP
      • ①ATP非依赖途径
        • 溶酶体
          • A、含60多种酸性水解酶
          • B、具有溶解或消化功能，是细胞内的消化器官
          • C、是分解蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的细胞器
      • ②ATP依赖途径/泛素化途径/蛋白酶体途径
        • 活化
          • 由ATP供能，泛素激活酶(E1）将泛素分子活化
        • 结合
          • E1将活化的泛素分子传递给泛素结合酶（E2）
        • 连接
          • 泛素连接酶（E3）将结合E2的泛素共价连接到靶蛋白上
        • 降解
          • 26S蛋白酶体特异性地识别带有泛素标记的底物蛋白，将其降解
  • 2、氨基酸代谢库
  • 3、氨基酸的脱氨基作用
    • • 联合脱氨基即（1）+（2）
    • （1)转氨基作用
      • 氨基酸的转氨基作用指在转氨酶（氨基转移酶）催化下，可逆地把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-酮酸转变为另一种氨基酸
      • 关键酶
        • 转氨酶，其辅酶为磷酸吡哆醛（VitB6活化形式）
          • 转甲基酶的辅酶是甲基钴胺素（VitB12）
          • 脱羧酶辅基也是磷酸吡哆醛（VitB6）
        • 转氨酶广泛分布于体内各组织（主要存在于胞内），肝、心含量最丰富
      • 转氨酶
        • 肝——丙氨酸转氨酶（ALT）/谷丙转氨酶(GPT)活性最
        • 心肌——天冬氨酸转氨酶(AST）/谷草转氨酶（GOT）活性最高
          • AST诊断心肌损伤的特异性不足，主要查肌酸激酶同工酶及肌钙蛋白？
    • （2）L-谷氨酸氧化脱氨基
      • 在L-谷氨酸脱氢酶(不需氧脱氢酶）催化下，L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨。
      • 部位
        • 肝、肾、脑等组织中
      • L-谷氨酸脱氢酶
        • 辅酶是NAD+或NADP+：它是体内唯一既能利用NAD+，又能利用NADP+接受还原当量的酶
    • （3）联合脱氨基
      • 通过转氨酶、L-谷氨酸脱氢酶的联合作用脱去氨基
        • 即（1）+（2）
      • 部位
        • 肝、肾组织
      • 机制
        • 1、氨基酸先与a-酮戊二酸进行转氨基作用，生成相应的a-酮酸及谷氨酸，
        • 2、然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶作用下，脱去氨基生成原来的a-酮戊二酸，并释放出氨
    • （4）氨基酸氧化酶脱氨基
      • 定义
        • 是指通过L-α-氨基酸通过L-氨基酸氧化酶，脱去氨基
        • L-氨基酸氧化酶属于黄素酶类，其辅基是FMN或FAD。
      • 部位
        • 肝（主要）、肾组织
      • 机制
        • 1、黄素蛋白可将氨基酸氧化成α-亚氨基酸，再加水分解成相应的α-酮酸，并释放出铵离子。
        • 2、分子氧再直接氧化还原型黄素蛋白形成过氧化氢(H2O2），H2O2被过氧化氢酶裂解为氧和H2O
    • (5）嘌呤核苷酸循环
      • 部位
        • 好发于肌肉组织（骨骼肌★、心肌），因为L-谷氨酸脱氢酶活性很弱，氨基酸很难通过联合脱氨基作用脱去氨基
      • 机制
        • 1、氨基酸经连续转氨基作用将氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨酸。
        • 2、天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸(IMP)反应生成腺苷酸代琥珀酸，后者裂解释放出延胡索酸，并生成AMP。
        • 3、AMP在腺苷酸脱氨酶催化下，脱去氨基，生成IMP，完成氨基酸的脱氨基作用
      • 实质
        • 嘌呤核苷酸循环是特殊类型的联合脱氨基作用
  • 4、氨基酸碳链骨架的转换或分解
    • （1）a-酮酸进一步代谢的途径
      • • NEAA：非必须氨基酸
    • (2）氨基酸生糖及生酮性质的分类
• 氨的代谢
  • 1、氨的来源和去路
  • 2、氨的转运
    • 转运的原因
      • 氨是有毒物质，各组织中产生的氨必须以无毒的方式经血液运至肝合成尿素，或运至肾以铵盐的形式排出体外
    • 转运的形式
      • (1）骨骼肌的氨——以丙氨酸的形式运输到肝
        • 丙氨酸（主要）+谷氨酰胺（次要）
      • (2)脑组织的氨——以谷氨酰胺的形式运输到肝、肾
        • 谷氨酰胺（唯一）
    • （1)肌中的氨以丙氨酸形式运至肝—丙氨酸-葡萄糖循环
      • 在骨骼肌
        • 氨基酸经转氨基作用将氨基转给丙酮酸，生成丙氨酸
      • 在血液
        • 无毒的丙氨酸经血液运送至肝
      • 在肝脏
        • 丙氨酸经联合脱氨基作用生成丙酮酸，并释放出NH3
        • 丙酮酸糖异为葡萄糖，运往肌肉；NH3用于尿素合成
      • 生理意义
        • 可使肌中的氨以无毒的丙氨酸形式运送到肝；肝又为肌提供了生成丙酮酸的葡萄糖
    • （2）脑、肌中的氨以谷氨酰胺形式运送至肝或肾
      • 临床氨中毒可服用谷氨酸盐降低氨浓度
    • 拓展：甲硫氨酸循环提供甲基；柠檬酸-丙酮酸循环使乙酰CoA出线粒体（产生NADPH）
  • 3、尿素的合成
    • 去路
      • 氨的主要代谢去路——在肝合成尿素
        • 占排氮量80%~90%
      • 少部分氨——在肾以铵盐形式随尿排出
    • 合成形式
      • 尿素循环，也称鸟氨酸循环、Krebs-Henseleit循环
    • （1）尿素合成的步骤
      • ①尿素合成的5步反应
        • 生成氨基甲酰磷酸
          • NH3、CO2、ATP缩合成氨基甲酰磷酸，由肝细胞Mt氨基 甲酰磷酸合成酶Ⅰ★催化
            • 酶Ⅱ位于胞质，是嘧啶核苷酸合成限速酶
            • 该酶受N-乙酰谷氨酸（AGA）别构激活
        • 生成瓜氨酸
          • 在线粒体内，经鸟氨酸氨基甲酰转移酶催化，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
        • 生成精氨酸代琥珀酸
          • 瓜氨酸在线粒体合成后，转运到胞质中，与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸。
          • 天冬氨酸提供尿素的第2个N
        • 生成精氨酸
          • 精氨酸代琥珀酸在裂解酶催化下，生成精氨酸与延胡索酸。
          • 产物精氨酸中保留了来自NH3、天冬氨酸分子的氮
        • 生成尿素
          • 精氨酸水解释放尿素，并再生成鸟氨酸。
          • 鸟氨酸经载体转运入线粒体，参与瓜氨酸的合成。尿素为代谢终产物
      • （2）尿素合成的调节
        • 膳食调节
          • 进食高蛋白质膳食
            • 蛋白质分解增多，尿素合成加快
          • 摄取低蛋白质膳食
            • 蛋白质分解减少，尿素合成减慢
        • N-乙酰谷氨酸（AGA）
          • AGA可别构激活氨基甲酰磷酸合成酶I，精氨酸是AGA合成酶的激活剂
          • 精氨酸浓度增高时，尿素合成增加
        • 关键酶
          • 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成关键酶，可调节尿素合成
    • （3）尿素生成障碍可引起高血氨症或氨中毒
      • 当肝功能严重受损、尿素合成相关酶的遗传性缺陷时，可导致尿素合成障碍，使血氨浓度升高，称为高血氨症
      • 临床表现
        • 正常血氨：47～65μmol/L
        • 呕吐、厌食、间歇性共济失调、嗜睡、甚至昏迷
      • 机制
        • ①脑细胞能量代谢障碍——氨进入脑组织，可与脑中α-酮戊二酸结合生成谷氨酸。（三羧酸循环障碍）引起大脑功能障碍，严重时发生昏迷，称为肝性脑病
        • ②脑水肿—谷氨酸、谷氨酰胺↑，渗透压↑，导致脑水肿
• 四、个别氨基酸代谢
  • 1、氨基酸的脱羧基作用
    • 概念
      • 有些氨基酸可通过脱羧基作用生成相应的胺类
    • 脱羧酶
      • 催化脱羧基反应的酶，称为脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛（B6）
    • 胺
      • 体内胺类含量虽然不高，但具有重要的生理功能
      • 胺的分解
        • 1、体内存在胺氧化酶，可将胺氧化成相应的醛、NH3和H2O2
        • 2、醛类可氧化成羧酸，羧酸再氧化成CO2、H2O、随尿排出
  • 2、一碳单位代谢
    • 一碳单位
      • 指某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的化学基团
      • 如甲基(-CH3)、甲炔（-CH2-)、甲烯(-CH=)、甲酰基(-CHO)、亚氨甲基(-CH=NH)等。
      • 一碳单位不能游离存在，其载体为FH4（四氢叶酸）
    • CO、CO2
      • 是一个含C原子的分子，可以单独存在，不是一碳单位
    • 生理功能
      • 作为嘌呤、嘧啶的合成原料，（用于核酸合成，是氨基酸代谢和核苷酸代谢联系的纽带）
    • 产生一碳单位的氨基酸
      • 丝氨酸、色氨酸、组氨酸、甘氨酸（运载体：FH4四氢叶酸）
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  • 3、含硫氨基酸
    • （1）含硫氨基酸互变
      • 包括：半胱氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）
        • 留帮光蛋
      • 互变
        • • 甲硫氨酸（蛋氨酸）是必需氨基酸
    • （2）甲硫氨酸循环（甲基转移）
      • 甲基供体
        • 甲基间接供体：N5-CH3-FH4→甲硫氨酸→甲基直接供体：S-腺苷甲硫氨酸（SAM）
      • N5-CH3-FH4为循环提供甲基：同型半胱氨酸→甲硫氨酸
      • • 生理意义：提供甲基
        • 磷脂酰乙醇胺→磷脂酰胆碱：脑→卵
      • 转甲基酶
        • 转甲基酶也称甲硫氨酸合成酶，其辅酶是VitB12
        • 巨幼贫
          • VitB12缺乏时，甲基转移不能实现，FH4的再生也受到影响，核酸合成障碍，导致巨幼细胞性贫血
        • 冠心病
          • 同型半胱氨酸在血中浓度升高，可能是动脉粥样硬化、冠心病发生的独立危险因素
    • （3）肌酸的合成—甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基
      • 由精氨酸提供脒基，甘氨酸提供骨架，SAM提供甲基合成，肝是合成肌酸的主要器官
      • 磷酸肌酸
        • 磷酸肌酸是能量储存和利用的重要化合物
        • 合成
          • 肌酸接受ATP的高能磷酸基形成磷酸肌酸
        • 分布
          • 磷酸肌酸在心肌、骨骼肌、脑组织中含量丰富
      • 终产物
        • 肌酸、磷酸肌酸的代谢终产物都是肌酐，随尿排出（反映肾功能）
    • （4）胱氨酸、半胱氨酸代谢
      • ④胱氨酸、半胱氨酸代谢的总结
      • ①胱氨酸和半胱氨酸可以互变
        • 两者互变
          • 两个Cys的巯基脱氢氧化生成二硫键，形成Cys-Cys
        • 二硫键
          • 二硫键对维持蛋白质空间构象的稳定性具有重要作用
          • 芥子气、重金属盐能与巯基酶（含二硫键的酶）的巯基结合而抑制酶活性
          • 还原型谷胱甘肽能保护酶的巯基，具有重要的生理功能
      • ②半胱氨酸可转变生成牛磺酸
        • 生化过程
          • Cys首先氧化成磺基丙氨酸，经脱羧酶催化成牛磺酸
        • 牛磺酸
          • 是结合胆汁酸的组成成分之一
      • ③半胱氨酸可生成活性硫酸根（PAPS)
        • 硫酸根
          • 所有含硫氨基酸氧化分解均可产生硫酸根，但以Cys为主
        • Cys脱去巯基和氨基，可生成丙酮酸、氨、H2S
        • 去路
          • H2S经氧化生成H2SO4
          • 硫酸根
            • 一部分以无机盐的形式随尿排出
            • 另一部分由ATP活化生成活性硫酸根（PAPS，3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸），参与转化
    • 拓展：血红素的合成原料——甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe2+
  • 4、芳香族氨基酸的代谢
    • （1）苯丙氨酸和酪氨酸代谢
      • • 主路径受阻，次要代谢亢进
      • • 四氢生物蝶呤为辅酶
    • （2)色氨酸代谢
      • 生成5-羟色胺
        • 色氨酸经羟化、脱羧生成5-HT
      • 生成一碳单位
        • 可分解产生一碳单位、丙酮酸、乙酰乙酰CoA
      • 是生糖兼生酮氨基酸
        • 可异生为葡萄糖
      • 可转变生成烟酸
        • 合成维生素的特例，但量很少—VitPP