第二節(jié)　蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)（protein）是生命活動(dòng)的最主要的載體，更是功能執(zhí)行者。因此，蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)最重要的生物大分子之一。生命體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其蛋白質(zhì)種類和功能也越繁多。具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，不僅是生物體的重要結(jié)構(gòu)物質(zhì)之一，而且承擔(dān)著各種生物學(xué)功能，是生物體的重要組成成分和生命活動(dòng)的基本物質(zhì)基礎(chǔ)，也是生物體含量最豐富的生物大分子（biomacromolecule）。蛋白質(zhì)元素組成相似，主要有碳、氫、氧、氮和硫。有些蛋白質(zhì)還含有少量磷或者金屬元素等。各種蛋白質(zhì)含氮量很接近，平均16%?？梢酝ㄟ^測定生物樣品的含氮量推算蛋白質(zhì)大致含量。

一、蛋白質(zhì)的定義

人體內(nèi)所有蛋白質(zhì)都是以20種氨基酸（amino acid，AA）為原料合成的多聚體，因此氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而言，由10個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽（oligopeptide），50個(gè)氨基酸殘基以下稱為多肽（polypeptide），而把氨基酸殘基數(shù)50個(gè)以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。

二、氨基酸的定義及分類

氨基酸是指含有氨基的羧基，是組成蛋白質(zhì)的基本單位，由蛋白質(zhì)受酸、堿或蛋白酶作用水解后得到。構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸其結(jié)構(gòu)有一個(gè)共同點(diǎn)，即在鏈接羧基的α碳原子上還有1個(gè)氨基，故稱為α-氨基酸。

（一）必需氨基酸與非必需氨基酸

氨基酸可以分為必需氨基酸（essential amino acids，EAA）和非必需氨基酸（nonessential amino acids，NEAA）兩類。EAA是指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供應(yīng)的氨基酸。20種氨基酸中共有8種EAA，這8種氨基酸為：異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸和纈氨酸。這些氨基酸只能從食物蛋白質(zhì)中獲取。其余12種氨基酸均可以在人體內(nèi)合成，稱為營養(yǎng)非必需氨基酸（nutritionally nonessential amino acid）。非必需氨基酸中的一些氨基酸在體內(nèi)的合成率很低，當(dāng)機(jī)體需要量增加時(shí)則需體外補(bǔ)充，稱為條件必需氨基酸。如組氨酸和精氨酸雖能在體內(nèi)合成，但合成量不多，需從食物中補(bǔ)充；酪氨酸對于早產(chǎn)兒以及足月兒都是必需的；在患肝病時(shí)，半胱氨酸也是一種條件必需氨基酸。

（二）支鏈氨基酸

支鏈氨基酸（branched-chain amino acids，BCAA）是指α-碳上含有分支脂肪烴鏈的中性氨基酸，包括亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸三種，均屬于必需氨基酸范圍。不同組織對各種氨基酸代謝的差別很大。一般說來，肝是體內(nèi)分解及轉(zhuǎn)變各種氨基酸最強(qiáng)的器官，幾乎大多數(shù)氨基酸都要在肝中進(jìn)行氧化分解。而支鏈氨基酸是唯一不被肝吸收的氨基酸，外周組織是支鏈氨基酸代謝的主要場所。支鏈氨基酸主要通過骨骼肌氧化，支鏈氨基酸的氧化給骨骼肌葡萄糖-丙氨酸循環(huán)和肌肉谷氨酰胺合成提供能源和氮源。支鏈氨基酸可以與芳香氨基酸競爭通過血-腦脊液屏障，在肝性腦病時(shí)有利于腦內(nèi)氨基酸譜失衡的糾正。機(jī)體在應(yīng)激狀態(tài)下，支鏈氨基酸成為肌肉的能源物質(zhì)，補(bǔ)充支鏈氨基酸將有利于代謝。

（三）芳香族氨基酸

凡含有芳香環(huán)的氨基酸都屬于芳香族氨基酸（aromatic amino acids，AAA），包括苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）和色氨酸（tryptophan）。

三、蛋白質(zhì)的消化吸收

食物中蛋白質(zhì)的消化是從胃內(nèi)開始的，主要消化過程在小腸。食物可刺激胃黏膜分泌促胃液素，促胃液素則促進(jìn)胃黏膜壁細(xì)胞分泌鹽酸、主細(xì)胞分泌胃蛋白酶原。胃蛋白酶原在鹽酸或胃蛋白酶的自身催化下，生成有活性的胃蛋白酶。胃蛋白酶只能將蛋白部分降解，主要產(chǎn)物是多肽。蛋白質(zhì)經(jīng)消化分解為氨基酸后，幾乎全部被小腸吸收。胰和腸黏膜細(xì)胞分泌的各種蛋白酶和胰酶在小腸內(nèi)將蛋白質(zhì)進(jìn)一步水解成氨基酸和寡肽。胰腺細(xì)胞所產(chǎn)生的各種蛋白酶和胰酶都是以無活性的酶原形式分泌，這些酶原進(jìn)入十二指腸后被腸激酶激活，而十二指腸黏膜細(xì)胞分泌的腸激酶則被膽汁激活。食物蛋白經(jīng)胃液和胰液中蛋白酶的消化后，所得到的產(chǎn)物僅有1/3是氨基酸，其余2/3是寡肽。氨基酸和寡肽在小腸通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制被吸收。小腸黏膜上皮細(xì)胞存在吸收二肽或三肽的寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。肽的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)吸收效率可能比氨基酸更高，肽吸收入細(xì)胞甚至先于游離氨基酸。腸道黏膜對寡肽的吸收在蛋白質(zhì)的吸收中占有重要或可能是主要的地位。

四、蛋白質(zhì)的代謝

體內(nèi)的任何一種蛋白質(zhì)都不會(huì)長期存在而不被降解，只是不同蛋白質(zhì)的降解速率不同，因而細(xì)胞內(nèi)有長壽蛋白質(zhì)和短壽蛋白質(zhì)。在人體生命活動(dòng)中，蛋白質(zhì)被不斷地降解和重新合成。因此，機(jī)體氨基酸代謝庫包含由蛋白質(zhì)降解所產(chǎn)生的氨基酸。

細(xì)胞內(nèi)存在著一些酶與腸道消化食物蛋白質(zhì)的酶相似，如內(nèi)肽酶、氨基肽酶和羧基肽酶。這些酶不能任意水解細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)。機(jī)體內(nèi)由兩條蛋白質(zhì)降解途徑：一條是溶酶體蛋白水解酶的降解途徑，即細(xì)胞內(nèi)的自噬系統(tǒng)；另一條是胞質(zhì)內(nèi)依賴ATP和泛素的蛋白酶體降解途徑。近年來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的自噬由分子伴侶介導(dǎo)。分子伴侶介導(dǎo)的自噬是指胞質(zhì)內(nèi)的蛋白先被特定的分子伴侶識別和結(jié)合，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中，被溶酶體酶消化。此種自噬方式可通過分子伴侶和自噬底物蛋白的特異性識別而實(shí)現(xiàn)一定的選擇性。細(xì)胞內(nèi)異常和短壽蛋白質(zhì)主要由泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）負(fù)責(zé)。蛋白質(zhì)的泛素化是真核生物的一種重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式，其最主要的生物學(xué)功能為蛋白質(zhì)降解的標(biāo)簽。泛素化的蛋白可被26S蛋白酶體識別而降解，蛋白質(zhì)的泛素化過程由一系列酶促反應(yīng)（E1→E2→E3）精細(xì)調(diào)節(jié)，其主要過程是將泛素通過異肽鍵連接到底物的賴氨酸殘基上，然后泛素E1活化酶借助ATP供能，將泛素的C端活化，接著活化的泛素被轉(zhuǎn)移至E2轉(zhuǎn)移酶上，E3連接酶負(fù)責(zé)將活化的泛素轉(zhuǎn)移至目標(biāo)蛋白，使需要被降解的蛋白泛素化，繼而被蛋白酶體識別而降解。

五、氨基酸的分解代謝

（一）氨基酸的腸內(nèi)代謝

小腸吸收的食物氨基酸并不能全部進(jìn)入門脈循環(huán)供腸外組織利用，飲食中約30%～50%不能進(jìn)入門靜脈循環(huán)。在機(jī)體首過代謝中，它們會(huì)不同程度地被PDV組織（胃、小腸、結(jié)腸、胰和脾等實(shí)體組織的總稱）截留，而截留的大部分必需氨基酸被腸道組織在細(xì)胞內(nèi)通過不同途徑代謝。他們不僅是腸黏膜的能量物質(zhì)，而且還是腸道組織合成蛋白質(zhì)、氨基酸、谷胱甘肽和多胺等含氮物質(zhì)的底物，所以小腸氨基酸代謝對于維持腸黏膜細(xì)胞數(shù)量、吸收能力和防御功能，以及細(xì)菌屏障和免疫反應(yīng)是必需的。

（二）氨基酸的腸外代謝

體內(nèi)氨基酸的分解主要是通過脫氨基作用，生成氨及相應(yīng)的α-酮酸，開始分解過程。α-酮酸在體內(nèi)的代謝主要由3條途徑。

1.經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用的逆反應(yīng)再合成氨基酸　在氨基轉(zhuǎn)移酶的催化下，α-氨基酸的氨基首先轉(zhuǎn)移至α-酮戊二酸，生成L-谷氨酸。在L-谷氨酸脫氫酶的催化下，L-谷氨酸進(jìn)行氧化脫氨作用，生成氨和α-酮戊二酸。由于該過程可逆，因此也是體內(nèi)合成營養(yǎng)非必需氨基酸的重要途徑。

2.轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惢蛑悺】赡苻D(zhuǎn)變成糖的氨基酸稱為生糖氨基酸；可能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸稱為生酮氨基酸；既可以轉(zhuǎn)變成糖又能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸稱為生糖兼生酮氨基酸。

3.通過三羧酸循環(huán)氧化生成二氧化碳與水并提供能量。

六、氮平衡

氨基酸的攝入和消耗的狀態(tài)可用氮平衡（nitrogen balance）來描述。正常人每天所進(jìn)食物中的蛋白質(zhì)含氮量和排出的氮量往往是相等的，這種收支相等的情況稱為氮平衡。食物中的含氮物質(zhì)絕大部分是蛋白質(zhì)，即氨基酸。機(jī)體通過尿與糞中的含氮量（排出量）及攝入食物的含氮量（攝入量）可以反映體內(nèi)氨基酸的代謝狀況。氮的總平衡，即機(jī)體攝入氮=排除氮。氮的收支平衡是正常成人的氨基酸代謝狀態(tài)。在正常口服飲食情況下，氮排出量=尿素氮+4g。4g代表經(jīng)皮膚（約0.5g）、糞便的丟失（1～1.5g）和氮等尿中未測定的蛋白質(zhì)分解終產(chǎn)物（約2g）。腸外營養(yǎng)治療療法時(shí)，可簡單地應(yīng)用下列公式計(jì)算：氮平衡（g/d）=氮攝入量-[尿素氮（g/d）+3]。