蛋白质的营养价值与降解

蛋白质的营养价值

蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，含必需氨基酸种类多，比例高的蛋白质，营养价值高，反之营养价值低。

• 由于动物性蛋白所含必需氨基酸种类和比例与人体接近，故营养价值相对较高
• 多种营养价值较低的蛋白质混合使用，彼此之间必需氨基酸可以互相得到补充，从而提高蛋白质的营养价值
  • 如谷类蛋白质含含色氨酸较多而含赖氨酸较少，豆类则相反，两者混合食用可提高蛋白质的营养价值

蛋白质的降解

• 非 ATP 依赖途径（溶酶体途径）：选择性较差，主要降解外来的蛋白质、膜蛋白、胞内长寿蛋白质
• ATP 依赖依赖途径（泛素-蛋白酶体途径）：选择性较强，主要降解异常蛋白质、短寿蛋白质

氨基酸的一般代谢

脱氨基作用

氨基酸分解代谢的主要反应是脱氨基作用，可以通过多种方式如转氨基、氧化脱氨基及非氧化脱氨基等方式脱去氨基。

除了“让谷氨酸休息一下，舒（苏）服（脯、羟脯）了（赖）”，其他氨基酸均可转氨基给谷氨酸。

联合脱氨基

联合脱氨基是体内最重要的脱氨基方式。

转氨基作用

不同氨基酸与 α-酮酸之间的转氨基由专一的转氨酶催化，ALT/丙氨酸（Ala）转氨酶/GPT/谷丙（丙酮酸，Pyruvic acid）转氨酶（肝中含量较高）和 AST/天冬氨酸（Asp）转氨酶/GOT/谷草（草酰乙酸，Oxaloacetic acid）转氨酶（心肌中活性较高）较为重要，氨基转移酶的辅基均为磷酸吡哆醛（维生素 B₆ 的磷酸酯）。

$$\ce{谷氨酸 + 丙酮酸 <->[丙氨酸转氨酶(ALT)/谷丙转氨酶(GPT)][肝] α-酮戊二酸 + 丙氨酸} \\,.$$$$\ce{谷氨酸 + 草酰乙酸 <->[天冬氨酸转氨酶(AST)/谷草转氨酶(GOT)][心肌] α-酮戊二酸 + 天冬氨酸} \\,.$$

正常时，氨基转移酶主要存在于细胞内，血清中的活性较低。

L-谷氨酸氧化脱氨基

L-谷氨酸是哺乳类动物组织中唯一能以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸，反应由 L-谷氨酸脱氢酶催化，生成 α-酮戊二酸 和 NH₃。

L-谷氨酸脱氢酶是一种别构酶，ATP 与 GTP 是此酶的别构抑制剂，而 ADP 和 GDP 是别构激活剂。L-谷氨酸脱氢酶是唯一既能利用 NAD⁺ 又能利用 NADP⁺ 接受还原当量的酶。

氨基酸氧化酶催化脱氨基

在肝、肾组织中还存在一种 L-氨基酸氧化酶，以 FMN 或 FAD 为辅基，直接氧化成对应的 α-酮酸，并释放铵离子（NH₄⁺）

氨的代谢

血氨的来源

1. 氨基酸脱氨基作用
2. 肠道细菌作用：
   • 肠道内产生的氨如果遇到碱性环境则会增加 NH₃ 的吸收（H⁺ 出去中和碱性环境了，NH₄⁺ 就变成 NH₃）
   • 高血氨病人禁用碱性肥皂水灌肠
3. 肾小管分泌的氨：
   • 谷氨酰胺（肾脏产生的氨的主要来源）在肾脏被代谢成谷氨酸和氨
   • 如果碱性尿则不利于小管细胞中 NH₃ 的分泌，氨吸收入血
   • 肝硬化腹水的病人，不宜使用碱性利尿药

血氨的转运方式

1. 骨骼肌（主要）→ 肝：丙氨酸-葡萄糖循环
2. 脑（主要）、骨骼肌 → 肝、肾：谷氨酰胺
   • 过程：
     1. 谷氨酰胺合成：在谷氨酰胺合成酶的催化下合成谷氨酰胺，需要消耗能量（1 分子 ATP），不可逆；
     2. 谷氨酰胺水解：在谷氨酰胺酶的水解下，分解成谷氨酸及氨，也为不可逆反应。
   • 意义：
     • 谷氨酰胺是氨的储存和运输形式。
     • 谷氨酰胺是氨的解毒产物，氨中毒的病人可服用或输入谷氨酸盐，降低氨的浓度。
     • 谷氨酰胺还可以提供氨基使天冬氨酸转变为天冬酰胺，白血病细胞不能或很少能合成天冬酰胺，因此临床上使用天冬酰胺酶水解天冬酰胺为天冬氨酸，从而减少血中天冬酰胺达到治疗白血病的目的。

鸟氨酸循环是氨的主要代谢去路尿素循环鸟氨酸循环

• 2 个氮源：氨基甲酰磷酸（线粒体内）、天冬氨酸（线粒体外）
• 2 个耗能步骤，都是消耗 2 个高能磷酸键（共消耗 4 ATP）
• 2 个部位：线粒体内、细胞基质内
• 2 个关键酶：
  • 氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ（CPS-Ⅰ）：鸟氨酸循环启动的关键酶，催化乙酰 CoA 和谷氨酸合成 AGA。精氨酸是 AGA 合酶的别构激活剂。
  • 精氨酸代琥珀酸合成酶：启动以后的关键酶。

尿素合成与嘧啶核苷酸从头合成对比

α-酮酸的代谢

1. 彻底氧化供能：进入三羧酸循环完全代谢。
2. 经过氨基化生成营养非必需氨基酸：α-酮戊二酸 → 谷氨酸；草酰乙酸 → 天冬氨酸；丙酮酸 → 丙氨酸
3. 可以转变为糖和脂质（非必需脂肪酸）：
   • 生酮氨基酸：“酮来两”：赖氨酸、亮氨酸
   • 生酮兼生糖氨基酸：“剑一亮，老苏本色”/“一本落色书”：异亮氨酸、酪氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸
   • 生糖氨基酸：其他

个别氨基酸的代谢

几种氨基酸衍生物

脱羧基作用

有些氨基酸可通过脱羧基作用生成相应的胺类。催化脱羧基反应的酶称为脱羧酶，氨基酸脱羧酶的辅酶也是磷酸吡哆醛。

1. 谷氨酸脱羧 → γ-氨基丁酸
2. 组氨酸脱羧 → 组胺（扩血管）
3. 色氨酸羟化 → 5-羟色氨酸 → 脱羧 → 5-羟色胺（缩血管）
4. 某些氨基酸脱羧生成多胺类物质：L-鸟氨酸脱羧 → 腐胺 → 亚精胺（精脒）→ 精胺
   • 精氨、亚精胺是调节细胞生长的重要物质，凡是生长旺盛的组织如胚胎、再生肝、肿瘤组织等多胺含量都有所增加
   • 目前临床上常测定病人血或尿中的多胺水平作为肿瘤辅助诊断及病情变化的生化指标之一

一碳单位代谢

维生素 B12 缺乏会导致 FH₄（叶酸也称为维生素 B₉、维生素 M）被甲基-FH₄ 占用，游离 FH₄ 减少（利用率降低），不能用于转变为甲酰基-FH₄ 合成 DNA。

几种常见物质的甲基化产物

含硫氨基酸的代谢甲硫氨酸半胱氨酸胱氨酸

甲硫氨酸代谢

甲硫氨酸循环

N⁵-CH₃-FH₄ 转甲基酶的辅酶是 VitB₁₂。

• 是体内甲基的直接供体：肌酸合成，磷脂酰胆碱合成，去甲肾转化为肾上腺素，γ-氨基丁酸 → 肉毒碱
• 多胺类物质（亚精胺、精胺）合成

肌酸合成

• 原料（三种氨基酸）：甘氨酸为骨架，精氨酸提供脒基，SAM（来源于甲硫氨酸）提供甲基
• 功能：在肌酸激酶催化下，接受 ATP 的高能磷酸键形成磷酸肌酸，作为能量的存储形式，在心肌、骨骼肌、脑组织中含量丰富
• 临床意义：MM 在骨骼肌，MB 在心肌，BB 主要在脑，心梗时血中 MB 型肌酸激酶的活性增高，作为心肌梗死的辅助诊断指标

半胱氨酸代谢胱氨酸

1. 半胱氨酸与胱氨酸可以互变，形成二硫键，对维持蛋白质（如巯基酶）空间构象稳定和功能有重要作用（谷胱甘肽）
2. 半胱氨酸可转变为牛磺酸，是结合胆汁酸的组成成分之一。
3. 可生成活性硫酸根（3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸，PAPS），参与肝脏生物转化（转化为硫酸酯）功能。
4. 半胱氨酸为生糖氨基酸，脱去巯基和氨基可生成丙酮酸。

芳香族氨基酸代谢

苯丙氨酸和酪氨酸代谢

• 苯丙氨酸羟化生成酪氨酸：
  • 苯丙氨酸羟化酶：主要存在于肝等组织，属单加氧酶，辅酶是四氢生物蝶呤，反应不可逆，故酪氨酸不能转变为苯丙氨酸。
  • 酪氨酸虽然不能转变为苯丙氨酸（属必需氨基酸），但补充酪氨酸可“节省”体内的苯丙氨酸
• 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：主要存在于肾上腺髓质和神经组织，也是以四氢生物蝶呤为辅酶的单加氧酶
  • 在肾上腺髓质，多巴胺（多巴脱羧形成）再羟化、甲基化生成去甲肾上腺素、肾上腺素

色氨酸代谢

• 生糖兼生酮氨基酸：色氨酸分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰 CoA
• 脱羧基作用：生成 5-羟色胺
• 还可在肝经色氨酸加氧酶催化，生成一碳单位和多种酸性中间代谢产物
• 少部分色氨酸还可转变成烟酸（VitPP），但合成量很少，不冒能满足机体的需要。

支链氨基酸分解代谢

• 代谢部位：支链氨基酸主要在骨骼肌代谢
• 代谢过程：
  1. 转氨基生成对应的 α-酮酸，
  2. 通过氧化脱羧生成对应的脂酰 CoA，
  3. 通过 β-氧化过程生成不同的产物（由于碳链长度不同）。
• 分类（根据 β-氧化的产物）：
  1. 缬氨酸：生糖（琥珀酰 CoA^3C）
  2. 亮氨酸：生酮（乙酰 CoA^2C）
  3. 异亮氨酸：生酮兼生糖（琥珀酰 CoA^3C + 乙酰 CoA^2C）