蛋白质消化吸收和氨基酸代谢

大学生物化学第八章蛋白质消化吸收和氨基酸代谢笔记，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、个别氨基酸的代谢等内容。

第八章 蛋白质消化吸收和氨基酸代谢 172

• 第一节 蛋白质的营养价值与消化、吸收 172
  • 一、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述 172
  • 二、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值 172
    • 氮平衡实验证明， 人体内有9 种氨基酸不能合成。这些体内需要而不能自身合成， 必须由食物提供的氨基酸， 在营养学上称为必需氨基酸（ essential amino acid) ， 包括亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和组氨酸。其余11 种氨基酸体内可以合成， 不必由食物供给， 在营养学上称为非必需氨基酸（ non-essential amimo acid）。 精氨酸虽然能够在人体内合成， 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营养必需氨基酸。 蛋白质的营养价值（ nutrition value ） 是指食物蛋白质在体内的利用率。蛋白质营养价值的高低主要取决于食物蛋白质中必需氨基酸的种类和比例。一般来说， 含必需氨基酸种类多、比例高的蛋白质， 其营养价值高； 反之营养价值低。由于动物性蛋白质所含必需氨基酸的种类和比例与人体需要相近， 故营养价值相对较高。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互相补充， 从而提高蛋白质的营养价值， 这种作用称为食物蛋白质的互补作用。例如谷类蛋白质含赖氨酸较少含色氨酸较多， 而豆类蛋白质含赖氨酸较多含色氨酸较少， 将两者混合食用即可提高蛋白质的营养价值。在某些疾病情况下， 为保证病人氨基酸的需要， 可输人氨基酸混合液， 以防止病情恶化。
    • 必需氨基酸记忆口决：笨蛋来宿舍晾一晾鞋：苯丙氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸
  • 三、外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收 173
    • （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
        • 胰酶是小肠水解的主要蛋白酶。最适pH是7.0
        • 内肽酶和羧肽酶都是以酶原形式由胰腺细胞分泌
    • （二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收（Na+依赖型主动转运 ）
  • 四、未消化吸收的蛋白质在结肠下段发生腐败 174
    • 食物中的蛋白质绝大部分都被彻底消化并吸收。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， 称为蛋白质的腐败作用（ putrefaction ） 。实际上， 腐败作用是肠道细菌本身的代谢过程， 以无氧分解为主。腐败作用的某些产物对人体具有一定的营养作用， 如维生素及脂肪酸等。但大多数产物对人体是有害的， 例如胺类（ amine ） 、氨(ammonia) 、酚类(phenol) 、吲哚(indole)及硫化氢等。生成的腐败产物主要随粪便排出体外， 也有少量经门静脉吸收进人体内， 大多在肝经过生物转化作用后排出体外。
    • （ 一） 肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类
      • 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。例如组氨酸、赖氨酸、色氨酸、酪氨酸及苯丙氨酸通过脱羧基作用分别生成组胺、尸胺、色胺、酪胺及苯乙胺。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。这些毒性物质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， 酪胺和苯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。因其结构类似于儿茶酚胺， 故被称为假神经递质（ false neurotransmitter)。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， 使大脑发生异常抑制， 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
    • （三）腐败作用产生其他有害物质
• 第二节 氨基酸的一般代谢 175
  • 一、体内蛋白质分解生成氨基酸 175
    • （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
        • 溶酶体含有多种蛋白酶，称为组织蛋白酶（cathepsin）。主要降解细胞外来蛋白质、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
        • 首先泛素与被选择降解的蛋白质形成共价连接，使后者得以标记，然后蛋白酶体将其降解。范素的这种标记作用称为泛素化
  • 二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库 177
  • 三、氨基酸分解代谢首先脱氨基 177本章重点：三种氨基酸的代谢
    • （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
        • 转氨基作用（transamination） 是在氨基转移酶（aminotransferase） 的催化下， 可逆地将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。
        • 体内存在着多种氨基转移酶， 不同氨基酸与α-酮酸之间的转氨基作用只能由专一的氨基转移酶催化。在各种氨基转移酶中， 以L-谷氨酸和α-酮酸的氨基转移酶最为重要 。例如丙氨酸转氨酶（ALT）亦称谷丙转氨酶（GPT）和天冬氨酸转氨酶（AST）亦称谷草转氨酶（GOT)
      • 2.氨基转移酶具有相同的辅酶和作用机制
        • 辅酶都是磷酸吡哆醛
        • 转氨基作用的生理意义 转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式， 也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。 注意： 通过此种方式井未产生游离的氨。
    • （二）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， 脱下的氨进一步代谢后排出体外。 L-谷氨酸脱氢酶还是唯一既能利用NAD+又能利用NADP+接受还原当量的酶。 转氨基作用只是把氨基酸分子中的氨基转移给α-酮戊二酸或其他α-酮酸， 并没有真正实现脱氨基。若氨基转移酶与L-谷氨酸脱氢酶协同作用， 首先通过转氨基作用使其他氨基酸的氨基转移至α-酮戊二酸生成L-谷氨酸， 然后L-谷氨酸再脱氨基， 就可以使氨基酸脱氨生成NH3 。这种方式需要氨基转移酶与L-谷氨酸脱氢酶联合作用， 即转氨基作用与L-谷氨酸的氧化脱氨基作用偶联进行， 被称作转氨脱氨作用，又称联合脱氨作用。
    • （三）氨基酸通过氨基酸氧化酶催化脱去氨基（了解）
  • 四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解 180
    • （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-酮酸可转变成糖和脂质
• 第三节 氨的代谢 181
  • 体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，形成血氨。正常生理情况下，血氨水平在47～65umol/L。
  • 一、血氨有三个重要来源 181
    • （一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨
      • 氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源
    • （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
  • 二、氨在血液中以丙氨酸和谷氨酰胺的形式转运 181
    • （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或肾
      • 谷氨酰胺既是氨的解毒产物，又是氨的储存及运输形式
  • 三、氨的主要代谢去路是在肝内合成尿素 182
    • （一）尿素是通过鸟氨酸循环合成的
    • （二）肝中鸟氨酸循环的反应步骤
    • （三）尿素合成受膳食蛋白质和两种关键酶的调节
      • 关键酶
        • 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ），此酶只能在N-乙酰谷氨酸（AGA）存在下才能被激活。CPS-Ⅰ和AGA都在线粒体中。
        • 精氨酸代琥珀酸合成酶
    • （四）尿素生成障碍可引起高血氨症或氨中毒
      • 在正常生理情况下， 血氨的来源与去路保持动态平衡， 而氨在肝中合成尿素是维持这种平衡的关键。当某种原因， 例如肝功能严重损伤或尿素合成相关酶遗传性缺陷时， 都可导致尿素合成发生障碍， 血氨浓度升高， 称为高血氨症（ hyperammonemia) 。常见的临床症状包括呕吐、厌食、间歇性共济失调、嗜睡甚至昏迷等。高血氨的毒性作用机制尚不完全清楚。一般认为， ①氨进入脑组织， 可与脑中的α-酮戊二酸结合生成谷氨酸， 氨也可与脑中的谷氨酸进一步结合生成谷氨酰胺。高血氨时， 脑中氨的增加可使脑细胞中的α-酮戊二酸减少， 导致三羧酸循环减弱， ATP 生成减少， 引起大脑功能障碍， 严重时可发生昏迷（ 称为肝性脑病） 。②另一种可能性是谷氨酸、谷氨酰胺增多， 渗透压增大引起脑水肿所致。
• 第四节 个别氨基酸的代谢 186
  • 一、氨基酸脱羧基作用需要脱羧酶催化 186
    • 有些氨基酸可通过脱羧基作用生成相应的胺类。氨基酸脱羧酶的辅酶都是磷酸吡哆醛
    • （一）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。
    • （二）组氨酸脱羧生成组胺
      • 组胺是一种强烈的血管扩张剂，并能增加毛细血管的通透性
    • （三）色氨酸经过羟化后脱羧生成5-羟色胺
    • （四）某些氨基酸脱羧基可产生多胺类物质
  • 二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位 187
    • （一）四氢叶酸作为一碳单位的载体参与一碳单位的代谢
      • 一碳单位（one carbon unit）是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有机基团。一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合被转运并参与代谢，四氢叶酸是一碳单位的运载体。
    • （二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变
      • 一碳单位主要来自丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢
    • （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 189
    • （一）甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关
      • 1.甲硫氨酸参与甲硫氨酸循环有关
        • SAM是体内最重要的甲基直接供体
      • 2.甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基
    • （二）半胱氨酸与多种生理活性物质的生成有关
      • 1.半胱氨酸与胱氨酸可以互变
      • 2.半胱氨酸可转变成牛磺酸
      • 3.半胱氨酸可生成活性硫酸根
        • PAPS是活性硫酸根，是体内硫酸基的供体
  • 四、芳香族氨基酸代谢需要加氧酶催化 191
    • （一）笨丙氨酸和酪氨酸代谢既有联系又有区别
      • 1.笨丙氨酸羟化成酪氨酸
        • 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（ 苯乳酸及苯乙酸等） 由尿排出， 称为苯丙酮尿症（ phenylketonuria,PKU) 。苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性， 导致脑发育障碍， 患儿智力低下。治疗原则是早期发现， 并适当控制膳食中苯丙氨酸的含量。
      • 2.酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解
        • 多巴胺、去甲肾上腺素及肾上腺素统称为儿茶酚胺
        • 酪氨酸代谢的另一条途径是合成黑色素。 先天性酪氨酸酶缺乏的病人， 因不能合成黑色素， 皮肤毛发等发白， 称为白化病
        • 当体内尿黑酸分解代谢的酶先天性缺陷时， 尿黑酸的分解受阻， 可出现尿黑酸尿症。
  • 五、支链氨基酸的分解有相似的代谢过程 193
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