15蛋白質(zhì)的消化吸收及代謝

1、第四節(jié) 蛋白質(zhì)的消化吸收及代謝 一、蛋白質(zhì)的消化 蛋白質(zhì)未經(jīng)消化不易吸收，有時(shí)某些抗原、毒素蛋白可少量通過粘膜細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生過敏、毒性反應(yīng)。一般情況下，食物蛋白質(zhì)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質(zhì)的酶，所以食物蛋白質(zhì)的消化從胃開始，但主要在小腸。 (一)胃內(nèi)消化 胃內(nèi)消化蛋白質(zhì)的酶是胃蛋白酶(pepsin)。胃蛋白酶是由胃粘膜主細(xì)胞合成并分泌的胃蛋白酶原(pepsinogen)經(jīng)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。胃蛋白酶的最適宜作用的 pH值為 1.52.5，對(duì)蛋白質(zhì)肽鍵作用的特異性較差，主要水解芳香族氨基酸、蛋氨酸或亮氨酸等殘基組成的

2、肽鍵。胃蛋白酶對(duì)乳中的酪蛋白(casein)有凝乳作用，這對(duì)嬰兒較為重要，因?yàn)槿橐耗扇閴K后在胃中停留時(shí)間延長，有利于充分消化。 (二)小腸內(nèi)消化 食物在胃內(nèi)停留時(shí)間較短，蛋白質(zhì)在胃內(nèi)消化很不完全，消化產(chǎn)物及未被消化的蛋白質(zhì)在小腸內(nèi)經(jīng)胰液及小腸粘膜細(xì)胞分泌的多種蛋白酶及肽酶的共同作用，進(jìn)一步水解為氨基酸。所以，小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位。蛋白質(zhì)在小腸內(nèi)消化主要依賴于胰腺分泌的各種蛋白酶，可分為兩類：內(nèi)肽酶(endopeptidase)可以水解蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的肽鍵，包括胰蛋白酶、糜蛋白酶和彈性蛋白酶；外肽酶(exopeptidase)可將肽鏈末端的氨基酸逐個(gè)水解，包括氨基肽酶(aminopept

3、idase)和羧基肽酶(carboxypeptidase)。 腸粘膜細(xì)胞的刷狀緣及細(xì)胞液中還存在一些寡肽酶(oligopeptidase)，例如，氨基肽酶及二肽酶(dipeptidase)等。氨基肽酶從肽鏈的末端逐個(gè)水解釋放出氨基酸，最后生成二肽。二肽再經(jīng)二肽酶水解，最終生成氨基酸。 二、蛋白質(zhì)的吸收 (一)氨基酸和寡肽的吸收 經(jīng)過小腸腔內(nèi)和膜的消化，蛋白質(zhì)被水解為可被吸收的氨基酸和 23 個(gè)氨基酸的小肽。過去認(rèn)為只有游離氨基酸才能被吸收，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn) 23 個(gè)氨基酸的小肽也可以被吸收。 (二)整蛋白的吸收 在低等動(dòng)物，吞噬是攝人大分子的基本方式。而在高等動(dòng)物，只有在胚胎動(dòng)物仍保持這種低級(jí)的原始機(jī)

4、制。例如，母乳中的抗體可通過腸粘膜細(xì)胞的吞噬作用傳遞給嬰兒。關(guān)于成年人對(duì)整蛋白吸收問題已有許多研究。有人將胰島素和胰蛋白酶抑制劑同時(shí)注入大鼠的隔離腸袢，發(fā)現(xiàn)可引起血糖降低，說明有一部分胰島素被吸收；人的血液中存在食物蛋白質(zhì)的抗體，這說明食物蛋白質(zhì)可進(jìn)入血液而起抗原的作用。但一般認(rèn)為，大分子蛋白質(zhì)的吸收是微量的，無任何營養(yǎng)學(xué)意義，只是應(yīng)當(dāng)注意腸內(nèi)細(xì)菌的毒素、食物抗原等可能會(huì)進(jìn)入血液成為致病因子。三、蛋白質(zhì)的代謝 (一)蛋白質(zhì)的分解與合成 1.蛋白質(zhì)的分解進(jìn)食正常膳食的正常人每日從尿中排出的氮約 12g。若攝人的膳食蛋白質(zhì)增多，隨尿排出的氮也增多；若減少，則隨尿排出的氮也減少。完全不攝入蛋白質(zhì)或禁

5、食一切食物時(shí)，每日仍隨尿排出氮 24g。這些事實(shí)證明，蛋白質(zhì)不斷在體內(nèi)分解成為含氮廢物，隨尿排出體外。 2.蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)在分解的同時(shí)也不斷在體內(nèi)合成，以補(bǔ)償分解。蛋白質(zhì)合成經(jīng)兩個(gè)步驟完成。第一步為轉(zhuǎn)錄(transcription)，即生物體合成 RNA 的過程，亦即將 DNA 的堿基序列抄錄成 RNA 堿基序列的過程；第二步為翻譯(translation)，是生物體合成 mRNA 后，mRNA 中的遺傳信息(DNA堿基順序)轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過程，是蛋白質(zhì)獲得遺傳信息進(jìn)行生物合成的過程。翻譯在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。成熟的 mRNA 穿過核膜進(jìn)入胞質(zhì)，在核糖體及 tRNA 等參與下，以各

6、種氨基酸為原料完成蛋白質(zhì)的生物合成。 (二)氨基酸的分解代謝 氨基酸分解代謝的最主要反應(yīng)是脫氨基作用。脫氨基方式有：氧化脫氨基、轉(zhuǎn)氨基、聯(lián)合脫氨基和非氧化脫氨基等，其中，以聯(lián)合脫氨基最為重要。氨基酸脫氨基后生成的-酮酸進(jìn)一步代謝：經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸；轉(zhuǎn)變成碳水化合物及脂類；氧化供給能量。氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨，在正常情況下主要在肝臟合成尿素而解毒；只有少部分氨在腎臟以銨鹽的形式由尿排出。體內(nèi)氨基酸的主要功用是合成蛋白質(zhì)和多肽。此外，也可以轉(zhuǎn)變成某些生理活性物質(zhì)，如嘌呤、嘧啶、腎上腺素等。正常人尿中排出的氨基酸極少。各種氨基酸在結(jié)構(gòu)上具有共同特點(diǎn)，所以也有共同的代謝途徑；但不同的氨基酸由

7、于結(jié)構(gòu)的差異，也各有其特殊的代謝方式。 1.個(gè)別氨基酸代謝氨基酸代謝除了一般代謝過程，有些氨基酸還有特殊代謝途徑。例如，氨基酸的脫羧基作用和一碳單位的代謝、含硫氨基酸、芳香氨基酸及支鏈氨基酸的代謝等。 (1)脫氨基作用：氨基酸分解代謝的主要途徑是脫氨基作用。但是，部分氨基酸也可以進(jìn)行脫羧基作用生成相應(yīng)的胺。生成的胺類含量雖然不高，但具有重要生理意義。例如，谷氨酸脫羧基生成的-氨基丁酸(-amino butyric acid，GABA)，在腦組織中含量較多，是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對(duì)中樞神經(jīng)有抑制作用；半胱氨酸脫羧基生成的牛磺酸在腦組織中含量也頗高，對(duì)腦發(fā)育和腦功能有重要作用；組氨酸脫羧基生成的組胺在

8、體內(nèi)分布廣泛，在乳腺、肺、肝、肌肉及胃粘膜中含量較高，組胺是一種強(qiáng)烈的血管舒張劑，并能增加毛細(xì)血管的通透性；色氨酸脫羧基生成的 5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)廣泛分布體內(nèi)各組織，除神經(jīng)組織外，還存在于胃腸道、血小板及乳腺細(xì)胞中，腦中的 5-羥色胺作為神經(jīng)遞質(zhì)，具有抑制作用，在外周組織中的 5-羥色胺有收縮血管的作用等。 (2)一碳單位的代謝：某些氨基酸在分解代謝過程中可以產(chǎn)生含有一碳原子的基團(tuán)，稱一碳單位。體內(nèi)重要的一碳單位有：甲基(-CH3)、甲烯基(-CH2)、甲炔基(-CH=)、甲酰基(-CHO)、亞甲氨基(-CH=NH)等。一碳單位不能游離存在，常與四氫

9、葉酸(tetrahydrofolic acid FH4)結(jié)合而轉(zhuǎn)運(yùn)和參加代謝。一碳單位主要來源于絲氨酸、甘氨酸、組氨酸及色氨酸的代謝。一碳單位的主要生理功能是作為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)含硫氨基酸的代謝：體內(nèi)的含硫氨基酸有三種：蛋氨酸、半胱氨酸及胱氨酸。這三種氨基酸的代謝是相互聯(lián)系的，蛋氨酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘腚装彼岷碗装彼?，半胱氨酸和胱氨酸也可以互變，但半胱氨酸及胱氨酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍彼?，所以半胱氨酸及胱氨酸是非必需氨基酸或條件必需氨基酸，而蛋氨酸則是必需氨基酸。 (4)芳香氨基酸的代謝：芳香氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。苯丙氨酸和酪氨酸在結(jié)構(gòu)上相似，在正

10、常情況下苯丙氨酸的主要代謝途徑是經(jīng)苯丙氨酸羥化酶的作用生成酪氨酸；當(dāng)苯丙氨酸羥化酶先天性缺乏時(shí)，苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變成酪氨酸，體內(nèi)的苯丙氨酸蓄積，并可經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成苯丙酮酸，后者進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成苯乙酸等衍生物，尿中出現(xiàn)大量苯丙酮酸等代謝產(chǎn)物，稱為苯丙酮尿癥(phenyl ketonuria，PKU)，是一種先天性代謝性疾病。苯丙酮酸的堆積對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒性，故患兒的智力發(fā)育障礙。對(duì)此種患兒的治療原則是早期發(fā)現(xiàn)，并適當(dāng)控制膳食苯丙氨酸含量。 酪氨酸經(jīng)酪氨酸羥化酶的作用，生成多巴3，4-二羥苯丙氨酸(3，4-dihydroxypheny-lalanine，doba)；再經(jīng)多巴脫羧酶的作用生成多巴胺

11、(dopamine)。多巴胺是腦中的一種神經(jīng)遞質(zhì)，帕金森病(Parkinsondisease)患者，多巴胺生成減少。多巴胺在腎上腺髓質(zhì)中可再被羥化，生成去甲腎上腺素(norepinephrine)，再經(jīng) N-基轉(zhuǎn)移酶催化，由活性甲硫氨酸提供甲基，轉(zhuǎn)變成腎上腺素(epinephrine)。多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素統(tǒng)稱為兒茶酚胺(catecholamine)。 酪氨酸的另一條代謝途徑是經(jīng)酪氨酸酶合成黑色素，當(dāng)人體缺乏酪氨酸酶時(shí)，黑色素合成障礙，皮膚、毛發(fā)等發(fā)白，稱白化病(albinism)。酪氨酸還可經(jīng)酪氨酸轉(zhuǎn)移酶的作用生成對(duì)羥苯丙酮酸，再經(jīng)尿黑酸等中間產(chǎn)物進(jìn)一步變成延胡索酸和乙酰乙酸，二者

12、分別參加碳水化合物和脂肪代謝。當(dāng)體內(nèi)尿黑酸酶先天性缺乏時(shí)，尿黑酸分解受阻，可出現(xiàn)尿黑酸尿癥。 色氨酸除經(jīng)代謝轉(zhuǎn)變成 5-色胺外，本身還可分解代謝生成犬尿酸、丙氨酸與乙酰輔酶 A。此外，色氨酸分解還可以產(chǎn)生煙酸，這是體內(nèi)合成維生素的特例。 (5)支鏈氨基酸的代謝：支鏈氨基酸(branch chain amino acid，BCAA)包括亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，它們都是必需氨基酸。這三種氨基酸在開始階段經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成各自相應(yīng)的-酸；然后再經(jīng)過若干代謝步驟，纈氨酸分解生成琥珀酸輔酶 A；亮氨酸和異亮氨酸生成乙酰輔酶 A 及乙酰乙酰輔酶 A。所以，這三種氨基酸分別是生糖氨基酸、生酮氨基酸及生糖兼生

13、酮氨基酸。支鏈氨基酸的分解代謝主要在骨骼肌中進(jìn)行，而其他氨基酸多在肝臟代謝，這對(duì)外科手術(shù)、創(chuàng)傷應(yīng)激等狀態(tài)下肌肉蛋白質(zhì)的合成與分解具有特殊重要作用。支鏈氨基酸可以作為合成肌肉蛋白質(zhì)的原料；可被肌肉用作能源物質(zhì)氧化供能；還發(fā)現(xiàn)亮氨酸可以刺激蛋白質(zhì)合成，并抑制分解，在臨床營養(yǎng)中有重要意義。 2.氨基酸代謝的調(diào)節(jié)必需氨基酸的分解代謝主要受下列四種因素的影響。 (1)膳食中蛋白質(zhì)的氨基酸模式與機(jī)體氨基酸需要相符的程度：這直接反映某種蛋白質(zhì)在生長過程(如生長、哺乳)中的利用率，并且是造成膳食蛋白質(zhì)生物價(jià)不同的主要因素。對(duì)這種因素變異的適應(yīng)，要求機(jī)體單獨(dú)調(diào)節(jié)個(gè)別必需氨基酸的分解代謝。 (2)個(gè)體總氮攝人量與

14、總氮需要量的接近程度：此因素一般影響氨基酸的代謝，并反映對(duì)尿素合成的適應(yīng)性。 (3)必需和非必需氨基酸之間的平衡：膳食必需氨基酸占蛋白質(zhì)貯存所需氨基酸總量的45，以及占維持所需氨基酸總量的 30，其他則由非必需氨基酸組成。雖然非必需氨基酸在膳食中可有可無，但機(jī)體對(duì)這些氨基酸仍有代謝上的需要，如果膳食不提供這些非必需氨基酸，則必須由內(nèi)源合成來提供。如果食物中必需氨基酸與非必需氨基酸之間不平衡，則需要分解必需氨基酸提供氮，來合成非必需氨基酸。 (4)能量攝人要與能量需要匹配：機(jī)體最終必須維持 ATP 的合成，氨基酸的分解也是機(jī)體能量供應(yīng)的一部分。最明顯的例子是禁食時(shí)的氮平衡約為 150mg(kgd)和膳食中蛋白質(zhì)為零時(shí)的氮平衡約為 50mg(kgd