蛋白质的消化吸收和氨基酸代谢

《生物化学与分子生物学》之蛋白质的消化吸收与氨基酸代谢知识总结，包括蛋白质的生理功能与营养作用、蛋白质的消化、吸收和降解、氨基酸的一般代谢、氨的代谢等内容。

蛋白质的消化吸收和氨基酸代谢

• 蛋白质的生理功能与营养作用
  • 生理功能
    • 维持细胞组织的生长、更新、修补
    • 参与体内生理活动
    • 作为能源物质氧化供能
  • 营养价值
    • 营养必需氨基酸
      • 甲组携来一本亮色书
        • • 甲硫、组、缬、赖、异亮、苯丙、亮、色、苏氨酸
    • 蛋白质的营养价值
      • 营养价值
        • 食物蛋白质在体内的利用率，主要取决于蛋白质中必需氨基酸的种类和比例
      • 互补作用
        • 多种营养价值较低的蛋白质混合食用，彼此间必需氨基酸得以互补
• 蛋白质的消化、吸收和降解
  • 消化和吸收
    • 食物蛋白经胃蛋白酶作用→少量氨基酸+多肽在小肠经多种蛋白酶及肽酶作用→氨基酸、寡肽经寡肽酶→氨基酸经过载体蛋白主动转运被吸收（三联体：载体蛋白+氨基酸或寡肽+钠离子）
    • 腐败作用
      • 肠道细菌对蛋白质的分解
        • 有利产物：维生素和脂肪酸等；有害产物：胺类、氨、酚类、吲哚、硫化氢等
        • 脱羧基作用产生胺类物质
          • • 组胺和尸胺-降低血压；酪胺-升高血压；
          • 酪胺和苯乙胺经羟基化作用：β-羟酪胺和苯乙醇胺（类似儿茶酚胺）→假神经递质
        • 脱氨基作用产生氨
          • 吸收入血最终在肝形成尿素
  • 体内降解
    • 在溶酶体非ATP依赖途径
      • 溶酶体含组织蛋白酶，主要降解外来蛋白质、膜蛋白、胞内长寿蛋白
    • 在蛋白酶体ATP依赖途径
      • 蛋白酶体在胞核与胞质，经泛素化作用，主要降解异常蛋白、短寿蛋白
• 氨基酸的一般代谢
  • 氨基酸代谢库
    • 外源性氨基酸：食物蛋白质的消化吸收；内源性氨基酸：体内组织蛋白质的降解
  • 脱氨基作用
    • 转氨基作用
      • 氨基酸（除外脯、赖、羟脯、苏氨酸：夫赖抢辅助则输）在转氨酶作用下将氨基转移给α-酮酸生成相应的α-酮酸和另一种氨基酸。
      • 转氨酶的辅基都是磷酸吡哆醛（Vit B6），以L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要，例如肝组织-谷丙转氨酶（GPT，ALT）、心肌组织-谷草转氨酶（GOT、AST）
    • L-谷氨酸氧化脱氨基
      • L-谷氨酸是体内唯一能以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸，该反应经L-谷氨酸脱氢酶催化完成，L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨。
      • L-谷氨酸脱氢酶：属于不需氧脱氢酶，辅酶是NAD+或NADP+→是体内唯一既能利用NAD+又能利用NADP+接受还原当量的酶。
    • 联合脱氨基
      • 通过转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的联合作用真正实现脱氨基，又叫转氨脱氨作用，主要在肝肾进行。
    • 氨基酸氧化酶脱氨基
      • 氨基酸在氧化酶的催化下被氧化成α-亚氨基酸，再加水分解成相应的α-酮酸，并释放铵根离子。
      • L-氨基酸氧化酶属黄素酶类，辅基为FMN或FAD，与过氧化氢酶联合作用。
    • 嘌呤核苷酸循环
      • 肌肉组织（骨骼肌、心肌）由于L－谷氨酸脱氢酶的活性很低，很难通过联合脱氨作用脱氨，主要通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。
      • 氨基酸通过连续转氨基作用把氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与IMP（在腺苷酸带琥珀酸合成酶催化下）反应生成腺苷酸带琥珀酸→裂解释放延胡索酸并生成AMP。
  • 氨基酸碳链骨架进行转换或分解
    • 脱氨基后生成的α-酮酸的三条代谢途径
      • 彻底氧化分解提供能量
        • 三羧酸循环和生物氧化体系
      • 经氨基化生成营养非必需氨基酸
        • 丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸转变成丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸
      • 转变成糖和脂质
        • 生酮氨基酸：亮、赖氨酸；生糖氨基酸：异亮、苯丙、酪、色、苏氨酸（一本老色书）；其余为生糖兼生酮氨基酸。转变过程中间产物有乙酰CoA等→脂质
• 氨的代谢
  • 氨的来源
    • 氨基酸脱氨基（主要）、胺类分解（胺氧化酶催化）；肠道细菌腐败作用；肾小管上皮细胞分泌氨（主要来自谷氨酰胺）
  • 氨的转运
    • 丙氨酸-葡萄糖循环
      • 骨骼肌中丙酮酸→丙氨酸入血后运往肝→联合脱氨生成丙酮酸并释放氨→丙酮酸经糖异生变成葡萄糖→经血液运往肌肉，经糖酵解变成丙酮酸→丙氨酸。
    • 通过谷氨酰胺途径
      • 在脑和骨骼肌等，氨与谷氨酸合成谷氨酰胺经血液运往肝或肾，再分解成谷氨酸及氨。谷氨酰胺的意义：既是氨的解毒产物，又是氨的储存及运输形式。
  • 氨的主要代谢去路
    • 鸟氨酸循环（尿素循环）：Krebs提出
      • ①肝细胞线粒体：NH3、CO2和ATP在CPS-I的催化下缩合生成氨基甲酰磷酸。CPS-I为关键酶。需要N-乙酰谷氨酸（AGA）别构激活。
      • ②氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸→在线粒体合成后即被转运到胞质中。
      • ③瓜氨酸与天冬氨酸（提供第二个N）在精氨酸代琥珀酸合成酶（关键酶）的催化下生成精氨酸代琥珀酸。
      • ④精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸与延胡索酸；延胡索酸经系列转化可重新生成天冬氨酸。
      • ⑤精氨酸水解释放尿素并生成鸟氨酸；鸟氨酸经线粒体内膜载体转运再进入线粒体
    • 尿素合成的调节
      • ①高蛋白质膳食增加尿素生成②精氨酸浓度升高，AGA合成增加，尿素合成增加③精氨酸代琥珀酸合成酶的活性最低，可调节合成速度
    • 尿素生成障碍
      • 高血氨症：肝功严重受损，血氨浓度升高。脑中氨的增加使脑细胞中的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。
• 氨基酸的脱羧基作用
  • 脱羧基作用
    • 氨基酸在脱羧酶（辅酶是磷酸吡哆醛）催化下生成胺类物质→经胺氧化酶催化生成醛、氨和过氧化氢；醛可继续氧化成羧酸，再氧化成二氧化碳和水。
  • 谷氨酸脱羧
    • 经L-谷氨酸脱羧酶催化生成γ-氨基丁酸（GABA）→抑制性神经递质
  • 组氨酸脱羧
    • 组胺主要存在于肥大细胞，强烈的血管扩张剂，增加毛细血管通透性，使平滑肌收缩引起支气管痉挛导致哮喘，还能促进胃蛋白酶原及胃酸的分泌。
  • 色氨酸脱羧
    • 色氨酸→5-羟色氨酸→5-羟色胺：脑中是抑制性神经递质；外周：强烈的血管收缩
  • 某些氨基酸脱羧产生多胺类物质
    • 鸟氨酸经鸟氨酸脱羧酶（关键酶）催化生成腐胺→亚精胺和精胺：调节细胞生长。
• 一碳单位的定义和载体、来源、意义
  • 定义和载体
    • 某些氨基酸经分解代谢产生的含有一个碳原子的有机基团，包括甲基、亚甲基、次甲基、甲酰基、亚氨甲基等。四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体，结合在其N5、N10位上：①N5结合甲基或亚氨甲基②N5和N10结合亚甲基或次甲基③N5或N10结合甲酰基
  • 来源
    • 主要来自甘、丝、组、色氨酸（钢丝阻塞），苏氨酸间接转变成甘氨酸也可产生。
  • 意义
    • 参与嘌呤和嘧啶的合成：①N10-CHO-FH4与N5，N10=CH-FH4分别为嘌呤碱基合成提供C2与C8　②N5，N10－CH2－FH4为脱氧胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基
    • ①一碳单位代谢障碍或FH4不足→巨幼细胞贫血　②磺胺类药物能抑制某些细菌合成二氢叶酸，进而抑制细菌繁殖　③应用叶酸类似物如甲氨蝶呤等可抑制FH4的生成→抑制核酸合成，抗肿瘤
• 含硫氨基酸的代谢
  • 甲硫氨酸循环
    • 甲硫氨酸通过各种转甲基作用可生成肾上腺素、肉碱、胆碱、肌酸等含甲基的生理活性物质。
    • 甲硫氨酸循环：甲硫氨酸→S－腺苷甲硫氨酸（SAM）：活性甲硫氨酸，甲基直接供体→去甲基，S－腺苷同型半胱氨酸→去腺苷，同型半胱氨酸→接受N5－CH3－FH4提供的甲基重新变成甲硫氨酸，由甲硫氨酸合成酶催化，辅酶是维生素B12。
  • 肌酸代谢
    • 肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基合成。在肌酸激酶催化下，肌酸接受ATP的高能磷酸基形成磷酸肌酸－能量的储存形式。肌酸和磷酸肌酸的终末代谢产物是肌酐，随尿排出。
    • 肌酸激酶３种同工酶：MM：骨骼肌；MB：心肌；BB：脑
  • 半胱氨酸代谢
    • ①半胱氨酸含有巯基，具有还原性，参与形成的GSH能保护机体免受氧化。②半胱氨酸转变成牛磺酸－结合胆汁酸的组成成分之一。③半胱氨酸可形成活性硫酸根（PAPS）
• 芳香族氨基酸的代谢
  • 苯丙氨酸羟化生成酪氨酸
    • 该反应由苯丙氨酸羟化酶（属单加氧酶，辅酶是四氢生物喋呤）催化；少量苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸。
    • 苯丙酮尿症PKU：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，大量的苯丙酮酸及其部分代谢产物由尿排出。
  • 酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解
    • 酪氨酸羟化酶
      • 多巴→多巴胺→去甲肾上腺素→肾上腺素
    • 酪氨酸酶（酶缺陷→白化病）
      • 多巴→多巴醌→吲哚醌→黑色素
    • 酪氨酸转氨酶
      • 对羟苯丙酮酸→尿黑酸→（经尿黑酸氧化酶作用）延胡索酸+乙酰乙酸
  • 色氨酸分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA，少部分还可转变成烟酸
• 支链氨基酸的分解
  • 缬氨酸
    • 琥珀酰CoA
  • 亮氨酸
    • 乙酰CoA和乙酰乙酰CoA
  • 异亮氨酸
    • 琥珀酰CoA和乙酰CoA
  • ①转氨基生成相应的α-酮酸②通过氧化脱羧生成相应的脂酰CoA③通过β-氧化过程产生不同中间产物参与三羧酸循环
• 精氨酸在一氧化氮合酶催化下生成NO