生物化学 蛋白质消化吸收和氨基酸代谢

这是一篇关于生物化学 蛋白质消化吸收和氨基酸代谢的思维导图，蛋白质未经消化不易吸收，一般食物蛋白质水解成氨基酸及小肽后方能被吸收。

蛋白质的消化吸收 氨基酸代谢

• 氮平衡
  • 氮总平衡
    • 摄入氮量=排出氮量
      • 正常人
  • 氮正平衡
    • 摄入氮量>排出氮量
      • 儿童、孕妇、恢复期病人
  • 氮负平衡
    • 摄入氮量<排出氮量
      • 饥饿、严重烧伤、出血、消耗性疾病
• 蛋白质营养价值
  • 必需氨基酸
    • 9种
      • Arg在体内合成量不多，长期供应不足或需求量增加也会造成负氮平衡
  • 动物性蛋白质所含必需氨基酸种类、比例接近人体，营养价值高
  • 食物蛋白质的互补作用
    • 多种营养价值较低的蛋白质混合使用，彼此间必需氨基酸得到互相补充，提高蛋白质营养价值
      • 谷类蛋白质——Lys少、Trp多
      • 豆类蛋白质——Lys多、Trp少
• 蛋白质吸收
  • 胃中 蛋白质--->多肽+氨基酸
    • 胃蛋白酶
      • 特异性差
      • 凝乳作用
  • 小肠中 蛋白质--->寡肽+氨基酸
    • 内肽酶
      • 胰蛋白酶
      • 胰凝乳蛋白酶/糜蛋白酶
      • 弹性蛋白酶
    • 外肽酶
      • 羧肽酶
        • 羧肽酶A
          • 除Arg、Lys、Pro以外的AA残基组成的末端肽键
        • 羧肽酶B
          • 碱性氨基酸组成的末端肽键
      • 氨肽酶
        • 氨基末端逐步水解寡肽获得AA，直至二肽
• 蛋白质的腐败作用
  • 定义
    • 未被消化的蛋白质和未被消化的吸收产物在结肠下部受到肠道细菌的分解
    • 本质
      • 肠道细菌本身的代谢过程，无氧分解为主
  • 肠道细菌脱羧基--->胺
    • 酪胺
      • 升血压
    • 苯乙胺
    • 肝性脑病：肝功能受损，极易进入脑组织，被β-羟化酶转化为β-羟酪胺、苯乙醇胺（假神经递质），竞争性干扰儿茶酚胺功能，阻碍神经冲动传递，异常抑制大脑
    • 组胺
    • 尸胺
    • 降血压
  • 肠道细菌脱氨基--->氨
    • 氨的来源
      • 未被吸收的氨基酸在肠菌作用下脱氨基而生成
      • 血液中尿素渗入肠道，由肠菌尿素酶水解而生成氨
    • 氨的吸收
      • 氨的吸收部位主要在结肠
      • 可被吸收进入血液，肝中合成尿素
      • 肠道偏碱利于氨的吸收（NH3--->NH4+），降低肠道pH，可减少氨的吸收
• 蛋白质的降解
  • 降解速率
    • 半寿期
    • 关键酶的降解
  • 途径（真核生物）
    • ATP非依赖途径
      • 场所
        • 溶酶体
      • 组织蛋白酶
        • 选择性差
      • 底物
        • 细胞外来蛋白质
        • 膜蛋白
        • 胞内长寿命蛋白质
    • ATP依赖途径
      • 场所
        • 蛋白酶体
      • 蛋白酶体
        • 组成
          • 20S核心颗粒CP
          • 19S调节颗粒RP
      • 过程
        • 1||| 泛素化：泛素共价连接被选择降解的蛋白质，标记蛋白质（三种酶催化）
        • 2||| 蛋白酶体降解蛋白质，产生七~九肽，进一步经寡肽酶水解--->AA
      • 底物
        • 异常蛋白质
        • 短寿命蛋白质
• 氨基酸代谢库
  • 组成
    • 内源性氨基酸
      • 体内组织蛋白质降解产生的AA
      • 体内合成的非必需AA
    • 外源性氨基酸
      • 食物蛋白质经消化吸收的AA
  • 代谢分布
    • Ala、芳香族AA
      • 主要在肝分解
    • 支链AA
      • 主要在骨骼肌进行
• 寡肽酶
  • 氨肽酶
  • 二肽酶

氨基酸分解

• 脱氨基
  • 转氨基作用
    • α-氨基酸的氨基转移给α-酮酸，α-酮酸--->α-氨基酸（可逆）
      • • 氨基酸-酮酸
          • Glu——α-酮戊二酸
          • Asp——草酰乙酸
          • Ala——丙酮酸
          • 谷丙转氨酶GPT=ALT（肝中活性最高） 谷草转氨酶GOT=AST（心肌中活性最高）
    • 氨基转移酶/转氨酶
      • 底物
        • 除Lys、Thr、Pro、羟脯氨酸，大多AA都可进行转氨基作用
        • 氨基酸侧链末端氨基（如鸟氨酸δ-氨基）也可脱去
      • 辅酶
        • 磷酸吡哆醛
          • 可形成中间产物：磷酸吡哆胺，传递氨基
      • 分布
        • 肝、心肌中含量最高
      • 病理
        • 某种原因导致细胞膜通透性↑或细胞破裂时，氨基转移酶大量释放入血，血清中氨基转移酶活性明显↑
  • 氧化脱氨基作用
    • L-Glu是哺乳动物组织内唯一以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸 L-Glu--->α-酮戊二酸+NH3
    • L-谷氨酸脱氢酶
      • 本质
        • 不需氧脱氢酶
      • 辅酶
        • NAD+/NADP+（唯一能利用两者的酶）
      • 分布
        • 脑、肝、肾
      • 别构调节
        • 激活剂
          • ADP/GDP
        • 抑制剂
          • ATP/GTP
  • 联合脱氨/转氨脱氨作用
    • 先转氨，后氧化脱氨
    • 大多数L-α氨基酸
  • 氨基酸氧化酶催化脱氨
    • 氨基酸--->α-亚氨基酸--加水->α-酮酸--->释放铵离子 O2--->H2O2--过氧化氢酶（主要存在于肝）->O2+H2O
    • 氨基酸氧化酶
      • 本质
        • 黄素酶类
      • 辅酶
        • FMN/FAD
      • 分布
        • 肝、肾
• 氨基酸碳链骨架可进行转换或分解
  • α-酮酸可彻底氧化分解并供能
    • TCA循环+生物氧化体系--->CO2+H2O
    • 氨基酸也是一种能源物质
  • α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸
  • α-酮酸可变成糖、脂质
    • 生糖氨基酸
      • Gly、Ser、Val、His、Arg 、Cys、Pro、Ala、Glu、Gln、Asp、Asn
    • 生酮氨基酸
      • Leu、Lys
    • 生糖兼生酮氨基酸
      • Thr、Ile、Phe、Tyr、Trp

氨的代谢

• 血氨来源
  • 氨基酸脱氨基作用、胺类分解
  • 肠道细菌作用（腐败）
    • 未被吸收的氨基酸在肠菌作用下脱氨基而生成
    • 血液中尿素渗入肠道，由肠菌尿素酶水解而生成氨
  • 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自Gln
    • Gln--谷氨酰胺酶->Glu+氨--->氨进入肾小管管腔结合H+--->NH4+，易于扩散入酸性尿，不易扩散入碱性尿（扩散入血）
      • 肝硬化产生腹水的病人，不宜使用碱性利尿，以免血氨升高
• 氨的去路
  • 肝中合成尿素（主要）
  • 脑、肌肉中合成Gln
  • 合成非必需AA、合成核苷酸
  • 转变为NH4+排入尿（较少）
• 转运方式
  • 丙氨酸-葡萄糖循环：骨骼肌--->肝
    • 肌肉中氨以丙氨酸转运到肝
    • 肝为肌肉提供GLU
  • 谷氨酰胺：脑、骨骼肌--->肝、肾
    • • 氨中毒，可服用/输入谷氨酸盐，降低氨浓度
    • 脑中解氨毒的一种重要方式
    • 氨的运输形式，也是氨的贮存、利用形式
• 主要去路（合成尿素）
  • 鸟氨酸循环/尿素循环/Krebs- Henseleit循环
    • 部位
      • 肝细胞 线粒体、胞质
    • 原料
      • NH3（提供第一个N）、Asp（提供第二个N）、CO2
      • ATP×3（4个高能磷酸键）
    • 中间产物
      • 鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸
    • 过程
      • 1||| CO2+NH3+2ATP--->氨基甲酰磷酸+2ADP
        • 线粒体中
        • 氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）
          • 关键酶
        • 需N-乙酰谷氨酸（AGA，别构激活剂）、Mg2+、ATP
      • 2||| 氨基甲酰磷酸+鸟氨酸--->瓜氨酸
        • 线粒体中
        • 鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）
      • 3||| 瓜氨酸+Asp--->精氨酸代琥珀酸
        • 胞质中
        • 精氨酸代琥珀酸合成酶
          • 关键酶
        • 需ATP×1（消耗2个高能磷酸键，ATP--->AMP+PPi）
      • 4||| 精氨酸代琥珀酸--->Arg+延胡索酸
        • 胞质中
        • 精氨酸代琥珀酸裂解酶
      • 5||| Arg--->尿素+鸟氨酸
        • 胞质中
        • 精氨酸酶
        • 鸟氨酸经线粒体内膜上载体进入线粒体，参与谷氨酸合成 尿素排出体外
  • 尿素生成的调节
    • 高蛋白质膳食增加尿素生成
    • 关键酶活性调节
      • CPS-I活性调节
        • 别构激活剂
          • AGA
            • 产生
              • 乙酰CoA+Glu--AGA合酶->AGA
              • Arg是AGA合酶的激活剂，促进鸟氨酸循环
      • 精氨酸代琥珀酸合成酶活性调节
        • 尿素循环酶系中活性最低的酶
  • 病理——尿素生成障碍
    • 肝功能严重损伤/尿素合成相关酶遗传性缺陷--->尿素合成障碍，血氨浓度↑--->高血氨症
    • 降血氨的常用方法
      • 给予谷氨酸、精氨酸
      • 肠道抑菌药
      • 酸性盐水灌肠
      • 限制蛋白质进食量

个别氨基酸的代谢

• 一碳单位
  • 定义
    • 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
      • 甲基、亚甲基、次甲基、甲酰基、亚氨甲基
        • • 可互相转变，但N5-甲基四氢叶酸的生成不可逆
  • 运载体
    • 四氢叶酸FH4 （叶酸--->二氢叶酸--->四氢叶酸，二氢叶酸还原酶两次催化，各消耗一个NADPH）
  • 来源
    • Ser、Trp、His、Gly分解代谢
    • Thr--->Gly--->分解代谢
  • 去路（功能）
    • 参与嘌呤、嘧啶合成，联系氨基酸代谢和核苷酸代谢
  • 临床
    • 一碳单位代谢障碍/FH4不足--->巨幼红细胞性贫血
    • 磺胺类药物抑制二氢叶酸合成从而抑菌
    • 甲氨蝶呤——叶酸类似物，抑制FH4合成，抗肿瘤
• 氨基酸脱羧基作用
  • Glu--->γ-氨基丁酸（GABA）
    • L-谷氨酸脱羧酶
      • 脑、肾中活性较高
    • GABA
      • 脑组织中活性较高，抑制性神经递质
  • His--->组胺
    • 组氨酸脱羧酶
    • 组胺
      • 血管扩张剂；收缩平滑肌，引起支气管痉挛导致哮喘；促进胃酸、胃蛋白酶原分泌
  • L-半胱氨酸--->磺基丙氨酸--->牛磺酸
    • 磺基丙氨酸脱羧酶
    • 牛磺酸
      • 结合胆汁酸组成成分之一
  • Trp--->5-羟色氨酸--->5-羟色胺
    • 色氨酸羟化酶、5-羟色氨酸脱羧酶
    • 5-羟色胺
      • 胃肠、血小板、乳腺细胞中，在外周强烈缩血管 脑组织中，抑制性神经递质
      • 单胺氧化酶催化5-羟色胺生成5-羟色醛，进一步氧化生成5-羟吲哚乙酸，随尿排出
  • 鸟氨酸--->腐胺--->亚精胺--->精胺
    • 鸟氨酸脱羧酶
      • 生长旺盛组织，鸟氨酸脱羧酶、多胺（含多个氨基的化合物）含量较高
      • 多胺合成关键酶
    • 亚精胺、精胺
      • 调节细胞生长的重要物质
• 含硫氨基酸代谢
  • Met参与甲基转移反应——甲硫氨酸循环
    • 过程
      • • S-腺苷甲硫氨酸（SAM）
      • • N5-CH3-FH4转甲基酶/甲硫氨酸合成酶
          • 辅酶：Vit B12
        • N5-CH3-FH4可看作体内甲基间接供体
    • 肌酸合成
      • 部位
        • 主要：肝
      • 形成
        • Gly为骨架，Arg提供脒基，SAM提供甲基
        • 肌酸激酶CK催化，肌酸接受ATP的高能磷酸键--->磷酸肌酸
          • CK同工酶
            • MM
              • 主要在骨骼肌
            • MB
              • 主要在心肌
              • 心肌梗死诊断指标之一
            • BB
              • 主要在脑
      • 去路
        • 肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酐
          • 肾功能障碍，肌酐排出受阻，故血中肌酐浓度测定有助于肾功能不全的诊断
    • 病理
      • Vit B12缺乏：FH4上所连甲基不能转移给同型半胱氨酸，影响Met合成和FH4再生，影响细胞分裂--->巨幼红细胞贫血
      • 血液中同型半胱氨酸↑--->动脉粥样硬化、冠心病发生的独立危险因素
  • Cys与多种生理活性物质的生成有关
    • Cys与胱氨酸
      • 两Cys可形成胱氨酸（二硫键），对维持蛋白质空间构象的稳定及其功能有重要作用
      • 巯基酶
        • 琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶
          • 芥子气、重金属盐等，可抑制巯基酶活性 还原性GSH可保护巯基酶的巯基，有重要生理功能
    • L-半胱氨酸--->磺基丙氨酸--->牛磺酸
      • 磺基丙氨酸脱羧酶
      • 牛磺酸
        • 结合胆汁酸组成成分之一
    • Cys与活性硫酸根
      • • PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体，形成硫酸酯
          • 类固醇激素可形成硫酸酯而被灭活
          • 一些外源性酚类化合物可形成硫酸酯被排出体外
          • 参与硫酸角质素、硫酸软骨素中硫酸化氨基糖的合成
• 芳香族氨基酸代谢
  • Phe的代谢
    • • 苯丙氨酸羟化酶
        • 本质
          • 单加氧酶
        • 辅酶
          • 四氢生物喋呤
        • 分布
          • 主要存在于肝等组织
    • Phe--->苯丙酮酸
      • 转氨基作用
    • 病理
      • 苯丙酮尿症PKU
        • 先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷，不能将Phe羟化为Tyr，故Phe经转氨基作用生成苯丙酮酸，大量苯丙酮酸及其部分代谢产物由尿排出
        • 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
  • Tyr的代谢
    • Tyr--->3, 4-二羟苯丙氨酸/多巴（DOPA）
      • 多巴胺
        • 多巴胺：一种神经递质
        • 病理
          • 帕金森病：脑内多巴胺生成减少
      • NE--->E
        • 部位
          • 肾上腺髓质、神经组织
        • 酶
          • 酪氨酸羟化酶
            • 本质
              • 单加氧酶
            • 辅酶
              • 四氢生物喋呤
            • 调节
              • 终产物负反馈调节
            • 意义
              • 生成儿茶酚胺关键酶
    • Tyr--->多巴--->吲哚醌--->黑色素
      • 部位
        • 黑色素细胞
      • 酶
        • 酪氨酸酶
      • 病理
        • 白化病：先天性Tyr酶缺乏，皮肤毛发发白，对阳光敏感，易患皮肤癌
    • Tyr--->对羟苯丙酮酸--->尿黑酸等--->延胡索酸、乙酰乙酸--->糖代谢、脂质代谢
      • 酶
        • 酪氨酸转氨酶
      • 病理
        • 尿黑酸尿症：尿黑酸分解受阻
  • Trp代谢
    • Trp--->5-羟色氨酸--->5-羟色胺
      • 色氨酸羟化酶、5-羟色氨酸脱羧酶
      • 5-羟色胺
        • 胃肠、血小板、乳腺细胞中，在外周强烈缩血管 脑组织中，抑制性神经递质
        • 单胺氧化酶催化5-羟色胺生成5-羟色醛，进一步氧化生成5-羟吲哚乙酸，随尿排出
    • Trp--->一碳单位
      • 部位
        • 肝
      • 酶
        • 色氨酸加氧酶
    • Trp--->丙酮酸+乙酰乙酰CoA
    • Trp--->维生素 PP/烟酸（较少）
• 支链氨基酸代谢
• 体内硫酸根去路
  • 以无机盐形式随尿排出
  • 由ATP活化生成活性硫酸根PAPS

总结

• AA去路
  • Glu
    • α-酮戊二酸
      • 转氨基、氧化脱氨、氨基酸氧化酶
    • GABA
      • 脱羧基
  • His
    • 组胺
      • 脱羧基
  • Met
    • S-腺苷甲硫氨酸（SAM）--->肌酸
      • Met循环
  • 鸟氨酸
    • 腐胺--->亚精胺--->精胺
      • 鸟氨酸脱羧酶是关键酶
  • Cys
    • 磺基丙氨酸--->牛磺酸
      • 先氧化后脱羧
    • 胱氨酸
      • 氧化
    • SO4 2- +ATP--->PAPS
      • 氧化分解产生硫酸根
  • Phe
    • 苯丙酮酸--->苯乙酸
      • 转氨基
    • Tyr
      • 羟化
  • Tyr
    • 多巴--->多巴胺
      • 儿茶酚胺
        • 羟化
      • 黑色素
        • Tyr酶
    • 对羟苯丙酮酸--->尿黑酸--->延胡索酸、乙酰乙酸
      • 转氨基
  • Trp
    • 5-羟色氨酸--->5-羟色胺
      • 脱羧基
    • 一碳单位
      • 氧化
    • 丙酮酸+乙酰乙酰CoA
    • 维生素PP/烟酸
  • Val
    • 琥珀酰CoA
  • Leu
    • 乙酰CoA
  • Ile
    • 乙酰CoA、琥珀酰CoA