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1、氨 基 酸 代 谢（一） Metabolism of Amino Acids 基因工程研究所 刘 玥 l蛋白质的营养作用 l蛋白质的消化、吸收与腐败 l氨基酸的一般代谢 l氨的代谢 l个别氨基酸的代谢 氨基酸的脱氨基作用 -酮酸的代谢 第一节 蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein 一、蛋白质营养的重要性 1. 结构蛋白 蛋白质约占人体重量的16.3， 维持细胞、组织的生长、更新和修补。 2. 功能蛋白 参与多种重要的生理活动。催化（ 酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉） 、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等 。 3. 氧化供能 每克蛋白质在体内氧
2、化分解可释 放17.19kJ (4.1 kcal)的能量，人体每日 18%能量由蛋白质提供。 蛋白质是生命的物质基础 二、蛋白质的需要量和营养价值 （一）氮平衡(nitrogen balance) 摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮 量之间的关系，可反映体内蛋白质代谢的概况。 1. 氮的总平衡：摄入氮 = 排出氮 正常成人 2. 氮的正平衡：摄入氮排出氮 婴幼儿、青少年、孕妇、乳母、疾病康复期 3. 氮的负平衡：摄入氮排出氮 饥饿、营养不良、消耗性疾病、大面积烧伤、 大量失血 蛋白质主要由氨基酸组成,目前，奶粉中蛋白 质含量的测定主要采用“凯氏定氮法”，该方法只能测出含 氮量,不能鉴定饲
3、料中有无违规化学物质。奶粉含氮量一般不 超过30% ,而三聚氰胺含氮量为66%左右，所以,添加三聚氰胺 的饲料理论上可以测出较高的蛋白质含量。三聚氰胺作为一 种白色结晶粉末，没有什么气味和味道，掺杂后不易被发现 。在植物蛋白粉和饲料中使测试蛋白质含量增加一个百分点 ，用三聚氰胺的花费只有真实蛋白原料的1/5。 （二）生理需要量 体内蛋白质不断更新，即使不进食蛋白质， 机体每日约分解20g蛋白质，由于食物蛋白质和人 体蛋白质有质的差异，且蛋白质利用率不能达到 百分之百，因此要进食大于20蛋白质/日。 成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国 营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。 孕妇、乳
4、母、脑力劳动或强体力劳动者，蛋白 质的需要量须增加。 （三）蛋白质的营养价值 蛋白质的含量： 蛋白质的消化率：受机体状况、食物的影响 蛋白质的利用率：食物蛋白质的氨基酸组成 是否与人体蛋白质接近，所含营养必需氨基酸的 种类、数量 必需氨基酸(essential amino acid) 指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供 给的氨基酸，共有8种：写（缬氨酸） 一（异亮氨 酸） 两（亮氨酸） 本（苯丙氨酸）单（蛋氨酸） 色（色氨酸）书（苏氨酸）来（赖氨酸）。 缺乏会引起氮的负平衡 n其余12种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。 蛋白质的营养价值(nutrition value) 蛋白
5、质所含必需氨基酸的的数量、种 类、比例越接近人体蛋白质，其利用率越 高，营养价值越高。 动物蛋白质的营养价值高于植物蛋白 质，易为人体所利用。 某些食物的营养价值 食物营营养价值值食物 营营养价值值食物营营养价值值 鸡鸡蛋94大米77大豆(熟)64 牛奶85小麦67大豆(生)57 猪肉74玉米60花生59 牛肉76小米57红红薯72 羊肉69高粱56马铃马铃 薯67 鱼鱼83白菜76 蛋白质的互补作用 指营养价值较低的蛋白质混合食用，其 必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。 食物名称单独食用生物价 混合食用所占比例（%） 小麦6737 31 小米57324046 大豆6416208 豌豆48
6、15 玉米6040 牛肉干7615 混合食用生物价747389 为了使食物蛋白质的互补作用能 充分发挥，我们可以采取以下方法： l食物的生物学属性愈远愈好。 l塔配的食物种类愈多愈好。 l各类食物要同时食用，荤素搭配， 粮菜兼食、糖豆混合、粗粮细作 第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败 Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins 蛋白质消化的生理意义 由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、 毒性反应。 一、蛋白质的消化 （一）胃中的消化 胃蛋白酶（ pepsin） （二）小肠中的消化 胰酶 （三）小肠粘膜细胞内
7、氨基肽酶（ oligopeptidase）和二肽酶（dipeptidase） 消化过程： 1、胃内消化 胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键 的作用特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸 、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为 短肽及少量氨基酸。 胃蛋白酶有凝乳作用，使乳汁在胃内停留时间 延长，利于乳汁中蛋白质的消化 胃蛋白酶原 胃蛋白酶 + 多肽碎片 胃酸、胃蛋白酶 (pepsinogen) (pepsin) 2、小肠是蛋白质消化的主要部位。 n胰酶的消化作用 胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为 7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。 内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链
8、内部的一些肽键，如胰蛋白酶、 糜蛋白酶、弹性蛋白酶。 外肽酶(exopeptidase) 自肽链的末段开始，每次水解一个氨基酸残基 ，如羧基肽酶(A、B) 、氨基肽酶。 n小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用 主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例 如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶 (dipeptidase)等,氨基肽酶从氨基末端逐步水解 寡肽，最后生成二肽，二肽再经二肽酶的水解， 最终产生氨基酸。 u蛋白水解酶作用示意图 氨基酸 二肽酶 氨基肽酶内肽酶 氨基酸 + NHNH 羧基肽酶 56 n 肠液中酶原的激活 胰蛋白酶 (trypsin) 肠激酶 (entero
9、kinase) 胰蛋白酶原 弹性蛋白酶 (elastase) 弹性蛋 白酶原 糜蛋白酶 (chymotrypsin) 糜蛋白 酶原 羧基肽酶(A或B) (carboxypeptidase) 羧基肽酶原 (A或B) 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 酶原还可视为酶的贮存形式。 酶原激活的意义 二、氨基酸的吸收 l吸收部位：主要在小肠中进行 l吸收形式：氨基酸、二肽、三肽 l吸收机制：耗能的、需要载体的主动吸收 过程 （1）肠粘膜细胞膜上的氨基酸吸收载体 （2）g-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 （1）氨基酸通过主动转运过程被吸 收 n 吸收部位：主
10、要在小肠 n 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 n 吸收机制：耗能的主动吸收过程 n 氨基酸吸收载体 载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP 供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排 出细胞。 七种转运蛋白 (transporter) 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 氨基酸转运蛋白 二肽转运蛋白 三肽转运蛋白 （2） -谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 -谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程： 谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成 谷氨酸 5-氧脯 氨酸酶 ATP ADP+Pi 半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) 半胱氨酸甘
11、氨酸 肽酶 -谷氨 酰环化 转移酶 氨基酸 5-氧脯氨酸 -谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰 半胱氨酸 合成酶 ADP+Pi ATP 谷胱甘肽 合成酶 ATP ADP+Pi 细胞外 -谷 氨酰 基转 移酶 细胞膜 谷胱甘肽 GSH 细胞内 -谷氨酰 氨基酸 氨基酸 -谷氨酰基循环过程 三、蛋白质的腐败作用 消化过程中，有一小部分蛋白质不 被消化（约占食物蛋白的5），也有一小部分氨 基酸不被吸收，肠道细菌体内的多种酶对这部分 蛋白质氨基酸所起的作用，称为蛋白质的腐败作 用（putrefaction）。 腐败作用的产物大多有害，如胺、氨 、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及 维生素等可被机体利用的物质。
12、 （一）胺类(amines)的生成 蛋白质 氨基酸胺类 蛋白酶 脱羧基作用 组氨酸组胺 赖氨酸尸胺 色氨酸 5羟色胺 酪氨酸酪胺 假神经递质(false neurotransmitter) 酪氨和苯乙胺分别被羟化为-羟酪胺和苯乙醇 胺，与神经递质（如儿茶酚胺）结构相似可取代正 常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。 苯乙胺苯乙醇胺 -羟酪胺酪胺 HO HO CHOHCH2NH2 HO HO CHCH2NH2 Noradrenaline 去甲肾上腺素 Dopamine 多巴胺 Catecholamine 儿茶酚胺 CHOHCH2NH2 HO CHOHCH2NH2 Phenylethanolam
13、ine 苯乙醇胺 Octopamine 羟苯乙醇胺 False Neurotransmitter 假神经递质 （二） 氨的生成 未被吸收的氨基酸 渗入肠道的尿素 氨 (ammonia ) 肠道细菌 脱氨基作用 尿素酶 降低肠道pH，NH3转变为NH4+以铵盐形式排出， 可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。 有毒 （三）其它有害物质的生成 酪氨酸 苯酚 半胱氨酸 硫化氢 色氨酸 吲哚、甲基吲哚 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。 l长期便秘，肠道腐败产物吸收较多，对人体不 利。 l肠梗阻患者肠道不通畅，造成肠内容物在肠腔 内
14、长时间停留，腐败产物增多，大量有害物质吸收 入血，若同时伴有肝功低下，解毒不全，则会出现 头昏、头痛、甚至血压波动等中毒症状。 第三节 体内蛋白质的降解 一、体内蛋白质的转换更新 成人体内的蛋白质每天约有1%2%被降解， 主要是肌肉蛋白质。 蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%80%被 重新利用合成新的蛋白质。 蛋白质的半寿期(half-life) t1/2 蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间 蛋白质转换(protein turnover) 体内蛋白质降解与合成的动态平衡 意义：1. 清除异常或损伤蛋白质 2. 某些调节蛋白质的转换可直接影响代 谢过程与生理功能 真核细胞的蛋白质的降解有两条途径
15、： 1. 不依赖ATP的过程 在溶酶体内进行 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解细胞外来源的 蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白质； 2. 依赖ATP和泛素（ubiquitin, Ub）的过程 在蛋白酶体中进行 主要降解异常蛋白和短寿命的蛋白质 Aaron Ciechanover Avram Hershko Irwin Rose “for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation” The Nobel Prize in Chemistry 2004 泛素 76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守 1. 泛素化(ubiquitination) 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接， 并使其激活。 2. 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解 泛素介导的蛋白质降解过程 蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解 异常蛋白质和短寿命蛋白质。 26S蛋白 酶体 1个
