10第九章氨基酸代谢

第九章氨基酸代谢氨基酸是蛋白质的基本组成单位。氨基酸的重要生理功能之一是作为合成蛋白质的原料。由于蛋白质在体内首先分解成为氨基酸而后再进一步代谢，所以氨基酸代谢是蛋白质分解代谢的中心内容。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢两方面，本章重点论述分解代谢。体内蛋白质的更新与氨基酸的分解均需要食物蛋白质来补充。为此，在讨论氨基酸代谢之前，首先叙述蛋白质的营养作用及蛋白质的消化、吸收问题。第一节蛋白质的生理功能和营养价值一、体内蛋白质具有多方面的重要功能（一）蛋白质维持组织细抱的生长、更新和修补蛋白质是组织细胞的主要成分。因此，参与构成各种组织细胞是蛋白质最重要的功能。机体只有不断地从膳食中摄取足够量的优质蛋白质，才能维持组织细胞生长、更新和修补的需要，这对于处于生长发育时期的儿童及康复期的病人尤为重要。（二）蛋白质参与体内多种三要的生理活动体内具有众多特殊功能的蛋白质，例如酶、蛋白质类激素、抗体和某些调节蛋白等。骨骼肌的收缩、物质的运输、血液的凝固等也均由蛋白质来实现。此外，氨基酸代谢过程还可产生胺类、神经递质、嘌呤和嘧啶等重要的含氮化合物。蛋白质和氨基酸的这些功能不能由糖和脂类代替。由此可见，蛋白质是整体生命活动的重要物质基础。（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ(4.1kcal）能量。一般来说，成人每日约18%的能量从蛋白质获得。但是，蛋白质的这种功能可由糖和脂肪代替。因此，供能是蛋白质的次要功能。二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮平衡（nitrogenbalance)是指每日氮的摄人量与排出量之间的关系。蛋白质的含氮量平均约为16%。摄人的氮主要来源于食物中的蛋白质，主要用于体内蛋白质的合成，而排出的氮主要来源于粪便和尿液中的含氮化合物，主要是蛋白质在体内分解代谢的终产物。因此，测定摄人食物中的含氮量和排泄物中的含氮量可以间接了解体内蛋白质合成与分解代谢的状况。人体氮平衡有三种情况，即氮的总平衡、氮的正平衡及氮的负平衡。氮的总平衡，即摄人氮量相等于排出氮量，反映体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡，即氮的“收支”平衡，见于正常成人；氮的正平衡，即摄人氮量大于排出氮量，反映体内蛋白质的合成大于分解，儿童、孕妇及恢复期的病人属于此种情况；氮的负平衡，即摄人氮量小于排出氮量，反映体内蛋白质的合成小于分解，见于饥饿、严重烧伤、出血及消耗性疾病患者。根据氮平衡实验计算，当成人食用不含蛋白质的膳食时，大约8天之后，每天排出的氮量逐渐趋于恒定，此时，每公斤体重每日排出的氮量约为53mg,故一位60公斤体重的成人每日蛋白质的最低分解量约为20go由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，不可能全部被利用，为了196第九章氨基酸代谢197维持氮的总平衡，成人每日蛋白质最低生理需要量为30-50g.要长期保持氮的总平衡，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g.三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值根据氮平衡实验证明，人体内有8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，称为营养必需氨基酸（nutritionallyessentialaminoacid），包括亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、绷氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。其余12种氨基酸体内可以合成，不必由食物供给，在营养上称为非必需氨基酸（non-essentialaminoacid）。精氨酸和组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能造成负氮平衡。因此，有人将这两种氨基酸也归为营养必需氨基酸。蛋白质的营养价值（nutritionvalue)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，故营养价值高。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而含色氨酸较多，而豆类蛋白质含赖氨酸较多而含色氨酸较少，两者混合食用即可提高蛋白质的营养价值。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。第二节蛋白质的消化、吸收与腐败一、外源性蛋白质消化成寡胜和氨基酸后被吸收（一）在胃和肠道蛋白质被消化成称寡肽和氨基酸食物蛋白质的消化由胃开始，但主要在小肠进行。食物蛋白质的消化、吸收是体内氨基酸的主要来源。同时，消化过程还可消除食物蛋白质的抗原性，避免引起过敏、毒性反应。．（1）蛋白质在胃中被水解成多肽和氮甚酸食物蛋白质进人胃后经胃蛋白酶（pepsin)作用水解生成多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶由胃蛋白酶原(pepsinogen)经盐酸激活生成。胃蛋白酶原由胃黏膜主细胞分泌。胃蛋白酶也能激活胃蛋白酶原转变成胃蛋白酶，称为自身激活作用(sutocatalysis）。胃蛋白酶的最适pH为1.5-2.5，酸性的胃液可使蛋白质变性，有利于蛋白质的水解。胃蛋白酶对肽键的特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸及蛋氨酸和亮氨酸等所形成的肤键。胃蛋白酶还具有凝乳作用，可使乳汁中的酪蛋白（casein)与Ca2＋形成乳凝块，使乳汁在胃中的停留时间延长，有利于乳汁中蛋白质的消化。2.蛋白质在小肠被水解成小肚和橄甚酸食物在胃中的停留时间较短，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。在小肠中，未经消化或消化不完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，进一步水解成寡肤和氨基酸。胰液中的蛋白酶基本上分为两大类，即内肽酶（endopeptidase)和外肽酶(exopeptidase）。内肤酶可以特异地水解蛋白质内部的一些肽键，而外肽酶则特异地水解蛋白质或多肽末端的肚键。内肽酶包括胰蛋白酶（trypsin)、腆凝乳蛋白酶（chymotrypoin)和弹性蛋白酶（elastase），这些酶对不同氨基酸组成的肽键有一定的专一性。胰蛋白酶水解由碱性氨基酸的羧基组成的肤键，胰凝乳蛋白酶水解由芳香族氨基酸的氮基组成的肽键，而弹性蛋白酶主要水解由脂肪族氨基酸的羧基组成的肤键。外肽酶主要包括放基肽酶和氨基肽酶。胰液中的外肽酶主要是羧基肽酶，又可分为羧和酶A(carboxylpeptidaseA)fA羧基肽酶B,它们自肽链的羧基末端开始，每次水198第二篇物质代谢及其调节解脱去一个氨基酸，它们对不同氨基酸组成的肽键也有一定的专一性，前者主要水解除脯氨酸、精氨酸、赖氨酸以外的多种氨基酸组成的羧基末端肽键，而后者主要水解由碱性氨基酸组成的羧基末端肽键（图9-1）。无论是内肽酶还是外肽酶，都是以酶原的形式由胰腺细胞分泌，进人十二指肠后胰蛋白酶原由肠激酶（enterokinase）激活。肠激酶由十二指肠黏膜细胞分泌，也属于一种蛋白水解酶，特异地作用于胰蛋白酶原，从其氨基末端水解掉1分子的六肽，生成有活性的胰蛋白酶。然后胰蛋白酶又将糜蛋白酶原，弹性蛋白酶原和羧基肽酶原激活。胰蛋白酶的自身激活作用较弱（图9-2）。由于胰液中各种蛋白酶均以酶原的形式存在，同时胰液中又存在胰蛋白酶抑制剂，这样能保护胰腺组织免受蛋白酶的自身消化。蛋白质经胃液和胰液中蛋白酶的消化，产物中仅有1/3为氮基酸，其余2/3为寡肽。寡肽的水解主要在小肠黏膜细胞内进行。小肠黏膜细胞存在两种寡肽酶（oligopeptidase），氨基肽酶（aminopeptidase）和二肽酶（dipeptidase）。氨基肽酶从氨基末端逐步水解寡肽生成二肽，二肽再经二肽酶水解，最终生成氨基酸。（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。1.通过转运蛋白宪成氨基酸和小肽的吸收小肠黏膜细胞膜上存在转运氨基酸和小肽的载体蛋白（carrierprotein），能与氨基酸或寡肽和Na+形成三联体，将氨基酸或寡肽和Na+转运入细胞，Na+则借钠泵排出细胞外，并消耗ATP。由于氨基酸结构的差异，转运氨基酸第九章氨基酸代谢199的载体蛋白也不相同。已知体内至少有7种转运蛋白（transporter），参与氨基酸和寡肽的吸收。这些转运蛋白包括中性氨基酸转运蛋白、酸性氨基酸转运蛋白、碱性氨基酸转运蛋白、亚氨基酸转运蛋白、β一氨基酸转运蛋白、二肽转运蛋白及三肽转运蛋白。当某些氨基酸共用同一载体时，由于这些氨基酸在结构上有一定的相似性，它们在吸收过程中将彼此竞争。氨基酸通过转运蛋白的吸收过程不仅存在于小肠黏膜细胞，也存在于肾小管细胞和肌细胞等细胞膜上。2.通过γ一谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收小肠黏膜细胞、肾小管细胞和脑组织吸收氨基酸还可通过γ一谷氨酰基循环（y-glutamylcycle)进行。此循环由Meister提出，故又称Meister循环。其反应过程是首先由谷胱甘肽对氨基酸进行转运，然后再进行谷胱甘肽的合成，由此构成一个循环（图9-3）。催化上述反应的各种酶，除γ-谷氨酰基转移酶（y-glutamyltransferase）位于细胞膜外，其余的酶均存在于胞质中。在这些酶中，γ一谷氨酰基转移酶是关键酶。二、未消化吸收蛋白质在大肠下段发生腐致作用食物中的蛋白质，大约95%的被消化吸收。未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸，在大肠下部受大肠杆菌的分解，此分解作用称为腐败作用（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。腐败作用的产物，有些对人体具有一定的营养作用，例如维生素及脂肪酸等，而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。（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生氨类未被消化的蛋白质经肠道细菌蛋白酶的作用水解生成氨基酸，氨基酸在细菌氨基酸脱羧酶200第二篇物质代谢及其调节的作用下，脱去羧基生成有毒的胺类。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。这些腐败产物大多有毒性，例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。这些有毒物质通常经肝代谢转化为无毒形式排出体外。酪胺和苯乙胺若不能在肝内及时转化，易进人脑组织，分别经β一羟化酶作用，转化为β一羟酪胺和苯乙醇胺，其结构类似于儿茶酚胺，故称为假神经递质（falseneurotransmitter）。假神经递质增多时，可竞争性地干扰儿茶酚胺，阻碍神经冲动传递，使大脑发生异常抑制，这可能是肝昏迷发生的原因之一。（二）肠道细菌通过脱氨基作用产生氨未被吸收的氨基酸在肠道细菌的作用下，通过脱氨基作用生成氨，这是肠道氨的重要来源之一。另一来源是血液中的尿素渗人肠道，经肠菌尿素酶的水解而生成氨。这些氨均可被吸收进人血液，在肝中合成尿素。降低肠道的pH值，可减少氨的吸收。（三）腐败作用产生其他有害物质除了胺类和氨以外，通过腐败作用还可产生其他有害物质，例如苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氢等。正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。第三节氨基酸的一般代谢一、体内蛋白质分解生成氨基酸体内的蛋白质处于不断合成与降解的动态平衡。成人体内的蛋白质每天约有1%-2%被降解，其中主要是骨骼肌中的蛋白质。蛋白质降解所产生的氨基酸，大约70%一80%又被重新利用合成新的蛋白质。（一）蛋白质以不同的速率进行降解不同的蛋白质降解速率不同。蛋白质的降解速率随生理需要而变化，若以高的平均速率降解，标志此组织正在进行主要结构的重建，例如妊娠中的子宫组织或严重饥饿造成的骨骼肌蛋白质的降解。蛋白质降解的速率用半寿期（half-life,t/2）表示，半寿期是指将其浓度减少到开始值的50%所带要的时间。肝中蛋白质的t1/2短的低于30分钟，长的超过150小时，但肝中大部分蛋白质的t1/2为1一8天。人血浆蛋白质的t1/2约为10天，结缔组织中一些蛋白质的t1/2可达180天以上，眼