第七节 蛋白质的代谢
蛋白质在体内首先水解成为氨基酸，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，本节的重点是氨基酸在体内的分解代谢。
一、蛋白质的营养作用
（一）蛋白质的生理功能
蛋白质是组织细胞的主要成分，因此维持细胞、组织的生长、发育、更新、修补；以及运输、代谢调节、催化作用等功能；蛋白质也是能源物质，供给能量。
（二）氮平衡
蛋白质的含氮量平均约16%，食物中的含氮物质绝大多数是蛋白质，因此机体内蛋白质代谢的概况可根据氮平衡实验来确定。即测定尿与粪中的含氮量(排出氮)及摄入食物的含氮量(摄入氮)之间的关系，它反映人体蛋白质的合成与分解代谢概况。氮平衡有三种关系。
1.氮总平衡
摄入氮=排出氮,称为氮总平衡。它反映正常成人的蛋白质代谢情况,即氮的“收支”平衡。
2.氮正平衡
摄入氮＞排出氮,称。氮正平衡。它表示部分摄入的氮用于合成体内蛋白质。儿童、孕妇及恢复期病人属于此种情况。
3.氮负平衡
摄入氮＜排出氮。称氮负平衡。例如长期饥饿或消耗性疾病患者等。
（三）蛋白质的营养价值
人体内有8种氨基酸不能合成，必须由食物供给，称营养必需氨基酸，含有必需氨基酸种类多和数量足的蛋白质营养价值高，反之营养价值低。人体内有8种必需氨基酸即：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸（甲硫氨酸）。蛋白质的互补作用是指几种营养价值较低的食物蛋白质混合食用，相互补充必需氨基酸的种类和数量，从而提高蛋白质在体内的利用率。
二、氨基酸的一般代谢
体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸（外源氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸（内源氨基酸）以及体内其他各种来源的氨基酸，通过血液循环在各组织之间转运参与代谢，外源性与内源性的氨基酸共同构成“氨基酸代谢库”参与体内代谢。正常情况下，氨基酸来源和去路处于动态平衡。
（一）氨基酸的脱氨基作用
脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径。体内的氨基酸可通过多种方式脱去氨基,包括氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用及嘌呤核苷酸循环,其中联合脱氨基作用是氨基酸脱氨基的主要方式。
1．氧化脱氨基
α-氨基酸脱氨伴有氧化反应的过程，称为氧化脱氨基作用。催化氨基酸脱氨氧化的酶有两类：氨基酸氧化酶；即对L-氨基酸有专一性的L-氨基酸氧化酶和对D-氨基酸有专一性的D-氨基酸氧化酶，它们都是以FAD为辅酶的氧化脱氨酶。在有分子氧存在的情况下，氨基酸氧化酶也能催化辅酶的氧化，反应产生有毒性的过氧化氢（H2O2），可被过氧化氢酶降解。由于L-氨基酸氧化酶在体内分布不广泛，活性也不高，D-氨基酸氧化酶活性虽高，但体内缺少D-氨基酸，所以这两种氨基酸氧化酶在体内都不起主要作用。L-谷氨酸脱氢酶；它催化L-谷氨酸脱氨生成α-酮戊二酸，其辅酶是NAD+或NADP+。谷氨酸脱氢酶是由6个亚基组成的变构调节酶，GTP和ATP是它的变构抑制剂，GDP和ADP是它的变构激活剂，所以当机体能量水平低时，氨基酸的氧化分解速度增加。此酶分布广，特别是在肝、肾和脑中活性较强，肌肉中活性较低，其最适PH为7.6～8.0故在生理条件下可发挥较大的作用。
2．转氨作用
氨基酸的转氨基作用是指在转氨酶的催化下，α-氨基酸和α-酮酸之间发生的氨基转移反应。使原来的氨基酸转变成相应的酮酸，而原来的酮酸转变成相应的氨基酸。
转氨酶种类很多，在体内广泛分布，不同的氨基酸各有特异的转氨酶催化其转氨反应，其中较为重要并且分布最广泛的是天冬氨酸氨基转移酶（也称谷草转氨酶，GOT）和丙氨酸氨基转移酶（也称谷丙转氨酶，GPT）。
转氨酶催化可逆反应，平衡常数约为1.0左右，说明催化反应可以向两个方向进行，所以，转氨基作用既参与氨基酸的分解代谢，也是体内非必需氨基酸合成的重要途径。转氨酶以磷酸吡哆醛（维生素B6）为辅酶，氨基酸和磷酸吡哆醛形成醛亚胺，经双键移位、水解放出相应的酮酸和磷酸吡哆胺；磷酸吡哆胺和酮酸反应形成醛亚胺，再经双键移位、水解放出磷酸吡哆醛，并形成相应的氨基酸。
体内各组织器官中转氨酶的活性差异大，正常时转氨酶主要分布在细胞内，特别是肝脏和心肌，而血清中上述两种酶活性低。若因疾病使细胞膜通透性增加、组织坏死或细胞破裂等。可有大量转氨酶从细胞内释放入血，结果使血清转氨酶活性增高。如心肌梗死患者，血清异常GOT增高；肝脏病人，尤其是急性传染性肝炎、血清GOT和GPT异常的升高。故转氨酶活性测定可作为临床的辅助诊断和预后的参考指标，新药研究中，有关治疗肝脏疾病的药物，或涉及在肝脏解毒的药物等，也常测定转氨酶的活性作为重要的观察指标。
3．联合脱氨基作用
由两种（以上）酶的联合催化作用，使氨基酸的α-氨基脱下并产生游离NH3和相应α-酮酸 的过程，称为联合脱氨作用。这是体内氨基酸的脱氨基地主要方式。联合脱氨作用有以下两种类型：转氨作用偶联氧化脱氨；在肝、肾等组织中，氨基酸首先与α－酮戊二酸在转氨酶催化下生成相应的α－酮酸和谷氨酸，谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶作用下生成α－酮戊二酸和NH3，大多数氨基酸都可以进行脱氨基作用。上述联合脱氨基作用是可逆的，所以也是体内合成非必需氨基酸的主要途径。嘌呤核苷酸循环；由于骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脱氢酶的活性弱,难于进行联合脱氨基作用,在肌肉中氨基酸可以通过嘌呤核苷酸循环进行脱氨基作用。即氨基酸首先通过连续的转氨基作用，将氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨酸，天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸生成腺苷酸代琥珀酸，后者经裂解生成AMP并释放延胡索酸。AMP在腺苷酸脱氨酶催化下脱去氨基生成次黄嘌呤核苷酸。次黄嘌呤核苷酸再参加第二次循环，故将此中联合脱氨基作用称为嘌呤核苷酸循环。
（二）α－酮酸代谢
氨基酸脱氨基后生成的α酮酸主要代谢途径有三：(1)通过转氨基作用合成非必需氨基酸。(2)转变成糖、脂类。体内能转变成糖的氨基酸称生糖氨基酸；能转变成酮体的称生酮氨基酸；二者兼备的称生糖兼生酮氨基酸。大多数氨基酸为生糖氨基酸。(3)氧化供能。
（三）氨的代谢
正常情况下血氨的来源与去路保持动态平衡，但氨是一种有毒物质，实验证明氨是强烈的神经毒物。正常人血浆中氨的浓度不超过0.1mg/100ml，某些原因使血氨增高，可引起脑功能紊乱。体内氨的来源：组织中氨基酸脱氨基作用，是体内氨的主要来源；肠道吸收的氨；有两个来源，腐败作用产生的氨，肠道尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨。NH3比NH4+易吸收，临床上对高血氨病人采用弱酸性液做结肠透析，禁止用碱性液灌肠，是为了减少氨的吸收。肾小管上皮细胞分泌的氨，主要来自谷氨酰胺的水解；胺类、嘌呤、嘧啶等含氮物质的分解亦可以产生小部分氨。氨的去路：尿素合成；谷氨酰胺的生成；参与合成某些重要的含氮化合物及以铵盐形式由尿排出。
1.氨的运输
氨对机体是有毒的，在血液中主要以无毒的丙氨酸及谷氨酰胺两种形式运输：丙氨酸—葡萄糖循环;肌肉中的氨基酸经转氨基将氨基转移给丙酮酸生成丙氨酸，经血液到肝脏。在肝中脱去氨基，用于合成尿素。生成的酮酸可转成葡萄糖随血液到达肌肉组织，经糖分解途径生成丙酮酸，再加氨基生成丙氨酸，称为丙氨酸—葡萄糖循环。该循环使肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝脏，以进行进一步代谢，肝又为肌肉提供了生成丙酮酸的葡萄糖，供肌肉活动能量的需要。谷氨酰胺的运氨作用；谷氨酰胺是脑、肌肉等组织向肝脏或肾脏运输氨的另一种形式。氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的作用下合成谷氨酰胺，进血液输送到肝或肾，再经谷氨酰胺酶水解为谷氨酸及氨，在肝可合成尿素，在肾则以铵盐形式由尿排出。谷氨酰胺的生成不仅是氨的解毒重要方式，也是氨的运输和储存形式。故临床上对肝性脑病患者服用或输入谷氨酸盐以降低血氨的浓度。
2.尿素的生成
正常情况下，氨在体内主要的去路是在肝脏合成尿素，只有少部分在肾以铵盐形式由尿排出。尿素在肝细胞经鸟氨酸循环合成。使有毒的氨合成无毒的尿素,随尿液排出体外。尿素合成可分为以下四步反应：（1）氨基甲酰磷酸的合成：氨与CO2在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）催化下生成氨基甲酰磷酸，反应在线粒体内进行，消耗2分子ATP，氨基甲酰磷酸合成酶的变构激活剂是Ｎ－乙酰谷氨酸（2）瓜氨酸合成：氨基甲酰磷酸和鸟氨酸缩合成瓜氨酸，瓜氨酸通过线粒体膜到达胞液。（3）精氨酸的生成：在胞液中，瓜氨酸与天冬氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶催化下，缩合成精氨酸代琥珀酸，后者裂解为精氨酸和延胡索酸；消耗1分子ATP（2个高能磷酸）。精氨酸胍基中的一个氮原子由天冬氨酸提供，生成的延胡索酸转变草酰乙酸，后者又与谷氨酸经转氨基反应生成天冬氨酸。谷氨酸的氨基可来自体内多种氨基酸，由此可见，多种氨基酸的氨基也可通过天冬氨酸的形式直接参与尿素的合成。（4）尿素的生成；精氨酸在胞液中由精氨酸酶催化，水解生成尿素和鸟氨酸，鸟氨酸再进入线粒体参与瓜氨酸的合成，如此反复循环，尿素不断合成，所以尿素合成又称鸟氨酸循环。见图5－20
图5-20 尿素合成途径
尿素生成受多种因素的调节，以保证及时、充分地解除氨毒。氨基甲酰磷酸的生成是尿素合成的重要步骤，Ｎ－乙酰谷氨酸是CPS-Ⅰ的别构激活剂，它由乙酰辅酶A和谷氨酸通过Ｎ－乙酰谷氨酸合成酶催化而生成，精氨酸是Ｎ－乙酰谷氨酸合成酶的激活剂。2分子的NH3和1分子CO2通过鸟氨酸循环生成1分子的尿素，其中第二分子的NH3以天冬氨酸的形式参与合成。尿素合成是一个耗能过程，合成1分子尿素需消耗4个高能键。
肝脏受损时血氨浓度升高称高氨血症。高氨血症引起脑功能障碍称肝性脑病。临床上，应用谷氨酸、精氨酸和鸟氨酸等，增加尿素合成。或用抗菌素药物抑制氨的来源。
| 案例5-7 患者，女性，47岁，农民。患慢性肝炎10余年，近半年食欲不振加剧，厌油腻，腹胀，乏力服保肝药治疗，三天前呕血约150ml，黑便3次而后精神异常，烦躁不安，尿少，今晨意识不清入院。 体检检查：体温37.4℃，脉搏106次/分，呼吸20次/分，血压14/9kpa,神志不清、幻觉，巩膜轻度黄疸，双瞳孔正常大小，腱反射减弱，心电检测无异常，立即使用甘露醇250ml静脉滴注及输液，约3小时后患者清醒。醒后检查其记忆力、判断力和计算力等均为正常。 实验室检查：血清胆红素42μmol/L,ALT140U/L,血氨150μmol/,BUN12.5mmol/L，血清总蛋白54g/L,A24g/L,G30g/L,A/G<1. 诊断：肝硬化并发肝性脑病 问题讨论： 1. 该病的发病机制是什么？ 2. 从生化角度探讨肝昏迷治疗的原则。 |
（四）氨基酸脱羧基作用
体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的胺类。催化这些反应的是氨基酸脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。
1.谷氨酸脱羧生成γ－氨基丁酸 谷氨酸在谷氨酸脱羧酶催化生成γ－氨基丁酸。
2.组氨酸脱羧生成组胺 组氨酸在组氨酸脱羧酶催化生成组胺。
3.色氨酸脱羧生成5-羟色胺 色氨酸在色氨酸脱羧酶催化生成5-羟色胺。
4.多胺生成 鸟氨酸在脱羧酶催化下，生成精脒和精胺，它们是多胺化合物。多胺化合物是调节细胞生长的重要物质。
体内20多种氨基酸，由于化学结构上的共性表现出共同的代谢规律。但是氨基酸R基各异，每种氨基酸又各有其代谢特点，这些氨基酸通过某些特殊途径生成一些具有生理意义含氮化合物。
（安徽中医学院 汪远金）
