15第四节 蛋白质的消化吸收及代谢

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1、第四节 蛋白质的消化吸收及代谢一、蛋白质的消化蛋白质未经消化不易吸收，有时某些抗原、毒素蛋白可少量通过粘膜细胞进入体内，会 产生过敏、毒性反应。一般情况下，食物蛋白质水解成氨基酸及小肽后方能被吸收。由于唾 液中不含水解蛋白质的酶，所以食物蛋白质的消化从胃开始，但主要在小肠。(一)胃内消化胃内消化蛋白质的酶是胃蛋白酶(pepsin)。胃蛋白酶是由胃粘膜主细胞合成并分泌的胃 蛋白酶原(pepsinogen )经胃酸激活而生成的；胃蛋白酶也能再激活胃蛋白酶原生成新的胃蛋 白酶。胃蛋白酶的最适宜作用的pH值为1.52.5,对蛋白质肽键作用的特异性较差，主要 水解芳香族氨基酸、蛋氨酸或亮氨酸等残基组成的

2、肽键。胃蛋白酶对乳中的酪蛋白(casein) 有凝乳作用，这对婴儿较为重要，因为乳液凝成乳块后在胃中停留时间延长，有利于充分消 化。(二)小肠内消化 食物在胃内停留时间较短，蛋白质在胃内消化很不完全，消化产物及未被消化的蛋白质 在小肠内经胰液及小肠粘膜细胞分泌的多种蛋白酶及肽酶的共同作用，进一步水解为氨基 酸。所以，小肠是蛋白质消化的主要部位。蛋白质在小肠内消化主要依赖于胰腺分泌的各种 蛋白酶，可分为两类：内肽酶(endopeptidase)可以水解蛋白质分子内部的肽键，包括胰 蛋白酶、糜蛋白酶和弹性蛋白酶；外肽酶(exopeptidase)可将肽链末端的氨基酸逐个水解， 包括氨基肽酶(ami

3、nopeptidase)和羧基肽酶(carboxypeptidase)。肠粘膜细胞的刷状缘及细胞液中还存在一些寡肽酶(oligopeptidase)，例如，氨基肽酶 及二肽酶(dipeptidase )等。氨基肽酶从肽链的末端逐个水解释放出氨基酸，最后生成二肽。 二肽再经二肽酶水解，最终生成氨基酸。二、蛋白质的吸收(一)氨基酸和寡肽的吸收 经过小肠腔内和膜的消化，蛋白质被水解为可被吸收的氨基酸和 23 个氨基酸的 小肽。过去认为只有游离氨基酸才能被吸收，现在发现 23 个氨基酸的小肽也可以被吸收。(二)整蛋白的吸收 在低等动物，吞噬是摄人大分子的基本方式。而在高等动物，只有在胚胎动物仍保持这

4、种低级的原始机制。例如，母乳中的抗体可通过肠粘膜细胞的吞噬作用传递给婴儿。关于成 年人对整蛋白吸收问题已有许多研究。有人将胰岛素和胰蛋白酶抑制剂同时注入大鼠的隔离 肠袢，发现可引起血糖降低，说明有一部分胰岛素被吸收；人的血液中存在食物蛋白质的抗 体，这说明食物蛋白质可进入血液而起抗原的作用。但一般认为，大分子蛋白质的吸收是微 量的，无任何营养学意义，只是应当注意肠内细菌的毒素、食物抗原等可能会进入血液成为 致病因子。三、蛋白质的代谢(一)蛋白质的分解与合成1蛋白质的分解进食正常膳食的正常人每日从尿中排出的氮约12g。若摄人的膳食蛋白 质增多，随尿排出的氮也增多；若减少，则随尿排出的氮也减少。完

5、全不摄入蛋白质或禁食 一切食物时，每日仍随尿排出氮24g。这些事实证明，蛋白质不断在体内分解成为含氮废 物，随尿排出体外。2. 蛋白质的合成蛋白质在分解的同时也不断在体内合成，以补偿分解。蛋白质合成经两 个步骤完成。第一步为转录(transcription),即生物体合成RNA的过程，亦即将DNA的碱 基序列抄录成RNA碱基序列的过程;第二步为翻译(translation)，是生物体合成mRNA后， mRNA中的遗传信息(DNA碱基顺序)转变成蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，是蛋白质获 得遗传信息进行生物合成的过程。翻译在细胞内进行。成熟的 mRNA 穿过核膜进入胞质， 在核糖体及 tRNA 等

6、参与下，以各种氨基酸为原料完成蛋白质的生物合成。(二)氨基酸的分解代谢 氨基酸分解代谢的最主要反应是脱氨基作用。脱氨基方式有：氧化脱氨基、转氨 基、联 合脱氨基和非氧化脱氨基等，其中，以联合脱氨基最为重要。氨基酸脱氨基后生成的a-酮 酸进一步代谢：经氨基化生成非必需氨基酸；转变成碳水化合物及脂类；氧化供给能 量。氨基酸脱氨基作用产生的氨，在正常情况下主要在肝脏合成尿素而解毒；只有少部分氨 在肾脏以铵盐的形式由尿排出。体内氨基酸的主要功用是合成蛋白质和多肽。此外，也可以 转变成某些生理活性物质，如嘌呤、嘧啶、肾上腺素等。正常人尿中排出的氨基酸极少。各 种氨基酸在结构上具有共同特点，所以也有共同的

7、代谢途径；但不同的氨基酸由于结构的差 异，也各有其特殊的代谢方式。1. 个别氨基酸代谢氨基酸代谢除了一般代谢过程，有些氨基酸还有特殊代谢途径。 例如，氨基酸的脱羧基作用和一碳单位的代谢、含硫氨基酸、芳香氨基酸及支链氨基酸的代 谢等。(1) 脱氨基作用：氨基酸分解代谢的主要途径是脱氨基作用。但是，部分氨基酸也 可以进行脱羧基作用生成相应的胺。生成的胺类含量虽然不高，但具有重要生理意义。例如， 谷氨酸脱羧基生成的Y-氨基丁酸(Y-amino butyric acid, GABA)，在脑组织中含量较多，是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用；半胱氨酸脱羧基生成的牛磺酸在脑组织中 含量也颇高，对脑发育

8、和脑功能有重要作用；组氨酸脱羧基生成的组胺在体内分布广泛，在 乳腺、肺、肝、肌肉及胃粘膜中含量较高，组胺是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血 管的通透性；色氨酸脱羧基生成的5-羟色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)广泛分布体内各组 织，除神经组织外，还存在于胃肠道、血小板及乳腺细胞中，脑中的 5-羟色胺作为神经递 质，具有抑制作用，在外周组织中的 5-羟色胺有收缩血管的作用等。(2) 一碳单位的代谢：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一碳原子的基团， 称一碳单位。体内重要的一碳单位有：甲基(-CH3)、甲烯基(-CH2)、甲炔基(-CH=)、甲酰基 (-CHO)、亚

9、甲氨基(-CH=NH)等。一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸(tetrahydrofolic acid FH4)结合而转运和参加代谢。一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的代 谢。一碳单位的主要生理功能是作为合成嘌呤及嘧啶的原料，故在核酸的生物合成中占有重 要地位。(3) 含硫氨基酸的代谢：体内的含硫氨基酸有三种：蛋氨酸、半胱氨酸及胱氨酸。 这三种氨基酸的代谢是相互联系的，蛋氨酸可以转变为半胱氨酸和胱氨酸，半胱氨酸和胱氨 酸也可以互变，但半胱氨酸及胱氨酸不能转变为蛋氨酸，所以半胱氨酸及胱氨酸是非必需氨 基酸或条件必需氨基酸，而蛋氨酸则是必需氨基酸。(4) 芳香氨基酸的代谢：芳香氨基

10、酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。苯丙氨酸和 酪氨酸在结构上相似，在正常情况下苯丙氨酸的主要代谢途径是经苯丙氨酸羟化酶的作用生 成酪氨酸；当苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏时，苯丙氨酸不能正常转变成酪氨酸，体内的苯丙 氨酸蓄积，并可经转氨基作用生成苯丙酮酸，后者进一步转变成苯乙酸等衍生物，尿中出现 大量苯丙酮酸等代谢产物，称为苯丙酮尿症(phenyl ketonuria，PKU)，是一种先天性代谢性 疾病。苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，故患儿的智力发育障碍。对此种患儿的治疗 原则是早期发现，并适当控制膳食苯丙氨酸含量。酪氨酸经酪氨酸羟化酶的作用， 生成多巴3， 4-二羟苯丙氨酸(3， 4-dihy

11、droxypheny-lalanine, doba)；再经多巴脱羧酶的作用生成多巴胺(dopamine)。多巴胺 是脑中的一种神经递质，帕金森病(Parkinson disease)患者，多巴胺生成减少。多巴胺在肾 上腺髓质中可再被羟化，生成去甲肾上腺素(norepinephrine),再经N-基转移酶催化，由活 性甲硫氨酸提供甲基，转变成肾上腺素(epinephrine)。多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素统 称为儿茶酚胺(catecholamine)。酪氨酸的另一条代谢途径是经酪氨酸酶合成黑色素，当人体缺乏酪氨酸酶时，黑 色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称白化病(albinism)。酪氨酸还可

12、经酪氨酸转移酶的作 用生成对羟苯丙酮酸，再经尿黑酸等中间产物进一步变成延胡索酸和乙酰乙酸，二者分别参 加碳水化合物和脂肪代谢。当体内尿黑酸酶先天性缺乏时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸 尿症。 色氨酸除经代谢转变成 5-色胺外，本身还可分解代谢生成犬尿酸、丙氨酸与乙酰辅 酶A。此外，色氨酸分解还可以产生烟酸，这是体内合成维生素的特例。(5)支链氨基酸的代谢：支链氨基酸(branch chain amino acid， BCAA)包括亮氨酸、 异亮氨酸和缬氨酸，它们都是必需氨基酸。这三种氨基酸在开始阶段经转氨基作用生成各自 相应的a-酸；然后再经过若干代谢步骤，缬氨酸分解生成琥珀酸辅酶A；亮氨酸和

13、异亮氨 酸生成乙酰辅酶A及乙酰乙酰辅酶A。所以，这三种氨基酸分别是生糖氨基酸、生酮氨基 酸及生糖兼生酮氨基酸。支链氨基酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行，而其他氨基酸多在肝 脏代谢，这对外科手术、创伤应激等状态下肌肉蛋白质的合成与分解具有特殊重要作用。支 链氨基酸可以作为合成肌肉蛋白质的原料；可被肌肉用作能源物质氧化供能；还发现亮氨酸 可以刺激蛋白质合成，并抑制分解，在临床营养中有重要意义。2. 氨基酸代谢的调节必需氨基酸的分解代谢主要受下列四种因素的影响。(1) 膳食中蛋白质的氨基酸模式与机体氨基酸需要相符的程度：这直接反映某种蛋 白质在生长过程(如生长、哺乳)中的利用率，并且是造成膳食蛋白质生

14、物价不同的主要因素。 对这种因素变异的适应，要求机体单独调节个别必需氨基酸的分解代谢。(2) 个体总氮摄人量与总氮需要量的接近程度：此因素一般影响氨基酸的代谢，并 反映对尿素合成的适应性。(3) 必需和非必需氨基酸之间的平衡：膳食必需氨基酸占蛋白质贮存所需氨基酸总 量的 45，以及占维持所需氨基酸总量的 30，其他则由非必需氨基酸组成。虽然非必需 氨基酸在膳食中可有可无，但机体对这些氨基酸仍有代谢上的需要，如果膳食不提供这些非 必需氨基酸，则必须由内源合成来提供。如果食物中必需氨基酸与非必需氨基酸之间不平衡， 则需要分解必需氨基酸提供氮，来合成非必需氨基酸。(4) 能量摄人要与能量需要匹配：机

15、体最终必须维持 ATP 的合成，氨基酸的分解也 是机体能量供应的一部分。最明显的例子是禁食时的氮平衡约为150mg/(kg d)和膳食 中蛋白质为零时的氮平衡约为50mg/(kgd)差别。此外，非蛋白质能量摄入量的变化对 总的氨基酸分解代谢有迅速和显著的影响。同样，在营养上的变异会影响全面的氨基酸分解 代谢。3. 氨基酸代谢的器官特异性氨基酸代谢的主要部位是小肠、肝、肌肉和肾。全身的谷氨 酰胺和肠道(膳食)中的谷氨酸主要在小肠中代谢。肝脏对调节来自门静脉血的氨基酸并 将其分配到身体其他部位的量和比例起重要作用。肝脏是惟一能够分解所有氨基酸的器官， 尽管肝分解支链氨基酸比分解其他必需氨基酸慢，但仍有部分支链氨基酸在肝脏分解代谢。