现代营养学：蛋白质代谢的重要成果

2.3.3.1　蛋白质的分解和合成

生物体内的各种蛋白质处于动态更新之中，蛋白质的更新包括蛋白质的分解代谢和蛋白质的合成代谢，在动物体内蛋白质的分解和合成同时进行，这种动态过程称为更新转换。

蛋白质的分解指的是蛋白质分解为氨基酸及氨基酸继续分解为含氮的代谢产物、二氧化碳和水并释放出能量的过程。进食正常膳食的正常人每日从尿中排出的氮约12 g。若膳食摄入的蛋白质增多，则随尿排出的氮也增多；若减少，则随尿排出的氮也减少。完全不摄入蛋白质或禁食一切食物时，每天仍随尿排出氮2～4 g。这说明蛋白质不断在体内分解成为含氮废物，随尿排出体外。

蛋白质的合成体系主要由信使核糖核酸（mRNA）、转运核糖核酸（tRNA）、核糖核蛋白体核酸（rRNA）和某些蛋白质因子共同组成。各种蛋白质的合成可以分为5个阶段：氨基酰-tRNA合成阶段；肽链合成起始阶段；肽链延长阶段；肽链合成终止阶段；肽链合成后加工阶段。当合成原料特别是必需氨基酸供给不足时，可引起蛋白质合成减缓或停止。

每日蛋白质合成的量取决于生长、合成各种酶和修补组织细胞的需要。各种组织细胞合成与分解的速率差异很大，如小肠黏膜每1～2天更新一次，而红细胞的寿命则约为120天；用给予人体标记15N氨基酸方法估计不同年龄组蛋白质合成的速率，得出体重约70 kg的成年男子每天蛋白质合成量＞200g（表1-2-3）。这个数量超过成人每天蛋白质需要量或摄入量若干倍，因而可以理解陈旧蛋白质分解产生的氨基酸仍能用于蛋白质的再合成。

表1-2-3　不同年龄组总蛋白质合成率

2.3.3.2　蛋白质平衡

从摄入到吸收的过程中，蛋白质分解加快而合成基本上保持不变，蛋白质分解随着蛋白质摄入量的增高而增加。当健康个体长期完全不摄入蛋白质时，每天排出蛋白质由1 g/kg下降到0.4 g/kg，这是机体在蛋白质摄入不足时的自身适应，这种适应过程是由于脂肪酸氧化及肝脏内氨基酸（包括必需氨基酸）的分解下调所致。在短暂饥饿状态时，蛋白质分解代谢后产生的必需氨基酸大约60%被重新利用，如果机体长期饥饿对必需氨基酸的利用率会增高到80%。但对于重症病人，如果完全不摄入蛋白质时，每天蛋白质排出可达到1～2 g/kg，导致肌肉组织蛋白质流失。这些重症病人（或其他病人）流失的氮比正常人多的原因主要是由于疾病所造成的代谢紊乱。最后，蛋白质大量流失会严重影响机体的肌肉、肠道、皮肤、免疫细胞、肝脏等很多器官和组织的功能。但是，目前还不能准确区别是蛋白质缺乏或是能量以及其他营养素缺乏所引起的功能紊乱。现有资料表明，当蛋白质或其他营养素等缺乏时发生的各系统功能紊乱中免疫系统受到的影响较小，这提示机体在饥饿过程中各器官功能的逐渐丧失受到某种调节机制的调控，但是这种适应机制可能在疾病状态时有所减弱。

单纯性营养不良成人在每天摄入1.5 g蛋白质的情况下，约可达到40%的正氮平衡，也就是说，增加的蛋白质摄入中约有75%留在体内。婴儿的情况也相近，这说明机体利用蛋白质合成瘦组织的效率在不同生理阶段是相似的。这一过程的机制还不十分清楚，但血浆中持续的高浓度氨基酸和胰岛素可能起到关键作用；这种合成过程也需要能量，因为蛋白质分解和合成速度在此过程中都有所增加，反映了机体重建的组织处于持续重构中。

2.3.3.3　氨基酸代谢

1.氨基酸的一般代谢　食物蛋白质经消化吸收，以氨基酸形式进入血液循环及全身各组织，组织蛋白质又经常降解为氨基酸，这两种来源的氨基酸（外源性和内源性）混合在一起，存在于细胞内液、血液和其他体液中，总称为氨基酸代谢库和氨基酸池（amino acid pool）。

游离氨基酸在体内代谢途径可以归纳为3种：①构成体内各种蛋白质和多肽，经过一段时间后，随着组织蛋白质的分解，又重入氨基酸池。一般来讲，组织蛋白质分解生成的内源性氨基酸中约85%可被再利用，以合成组织蛋白质。②进行分解代谢，其碳架形成CO2随呼吸排出，或转化为糖原和脂肪蓄积，其氨基形成尿素排出。③合成其他含氮化合物，如嘌呤、嘧啶、肌酸、肾上腺素，这些物质继续降解，不再返回氨基酸代谢池。

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。

2.个别氨基酸的代谢

（1）芳香氨基酸的代谢：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，这就是苯丙酮尿症（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，导致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-dihydroxyphenyl-alanine，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，对于帕金森病（Parkinson disease）病人，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，两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-羟色胺外，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。

（2）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3种氨基酸在开始阶段经转氨基作用生成各自相应的α-酮酸；然后再经过若干代谢步骤，缬氨酸分解生成琥珀酸辅酶A；亮氨酸和异亮氨酸生成乙酰辅酶A及乙酰乙酰辅酶A。所以，这3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的重要作用。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，在临床营养学中有重要意义。(www.xing528.com)

3.氨基酸浓度的调节　血浆游离氨基酸是氨基酸在各组织间转运的主要形式。肝脏通过维持血浆氨基酸的浓度，调整不同摄入量和组织需要量之间的平衡。正常成人血浆游离氨基酸总浓度为350～650 mg/L，昼夜周期性相差约30%，个别氨基酸昼夜差一般不大于50%。

血浆氨基酸受肝脏调节，但当氨基酸摄入量超过代谢限度时，血浆氨基酸的浓度会急剧上升。如分别给断乳大鼠和成年大鼠喂饲含不同量色氨酸的饲料，当色氨酸含量超过生长或维持需要的最大量时，血浆色氨酸浓度增高。这种方法曾用于测定人体必需氨基酸的需要量，如测得成人色氨酸的需要量为3 mg/kg体重。

血浆氨基酸浓度也受膳食糖的影响。在进食糖后，胰岛素的分泌增多。在胰岛素的作用下，大多数氨基酸进入肌肉，而使血浆中的浓度下降，其中以支链氨基酸的下降最为明显。

4.氨基酸代谢的主要器官

（1）肝脏：摄食蛋白质后，门静脉血中氨基酸的浓度和模式均有改变，但体循环血中氨基酸的变化不大。这是由于肝脏是必需氨基酸（支链氨基酸除外）进行分解代谢的主要场所，肝脏能控制吸收的氨基酸，并能按照机体的需要调节其代谢速率。大量进食氨基酸后，多余的氨基酸大部分由肝脏降解为尿素，小部分在肝脏用于合成蛋白质。如Elwyn给狗大量肉食（140 g）后，摄入的氨基酸约57%降解为尿素，14%合成肝脏蛋白，6%合成血浆蛋白，其余23%进入体循环。

氨基酸进入肝脏过多时，可以通过酶的作用加以控制。正常情况下，肝脏中分解氨基酸的酶含量相对较少，大量供给氨基酸时，酶的含量适应性地增加，使超过身体需要量的氨基酸分解破坏。肝脏中蛋白质的合成量，取决于氨基酸摄入量和氨基酸的模式。这可从核蛋白体的合成反映出来。当氨基酸摄入量很少或不平衡时，多核蛋白体解聚为低核蛋白体和单核蛋白体，核糖核酸分解；氨基酸摄入量充足和比例适宜时则相反。

（2）骨骼肌：肌肉是支链氨基酸代谢的主要场所，在肌肉氨基酸代谢中，胰岛素起着重要的调节作用。它能促进氨基酸，特别是支链氨基酸进入肌肉组织，促进肌肉蛋白的合成，并减缓其分解。肾上腺皮质激素和胰岛素的作用则相反。

2.3.3.4　氮平衡

组织蛋白的分解代谢和合成代谢处于动态平衡，这种平衡可用氮平衡表示。氮平衡（nitrogen balance）反映机体摄入氮和排出氮的关系。其关系式如下：

式中：B为氮平衡；I为摄入氮；U为尿氮；F为粪氮；S为皮肤等排出氮。

如果机体摄入和排出的氮量大致相等，B等于或接近零（一般认为摄入氮超过排出氮5%较为安全），称为零氮平衡；儿童在生长发育时期，有一部分蛋白质在体内储留，B为正数，称为正氮平衡；衰老、短暂的饥饿或某些消耗性疾病，排出氮量大于摄入氮量，B为负数，称为负氮平衡。

摄入氮可根据膳食蛋白质摄入量计算。成年人体内氮代谢的最终产物主要随尿排出，汗液和脱落的皮屑中含有少量含氮化合物，还有微量的氮随毛发、鼻涕、月经、精液等丢失。肠道中未被吸收的含氮化合物从粪便排出。尿中主要的含氮化合物有尿素、氨、尿酸和肌酸酐，其量随蛋白质的摄入而异。普通膳食时，尿中排出的尿素氮占机体排出总氮量的80%以上；低蛋白膳食时，尿素氮降低；饥饿时，机体内氨氮增高，但尿肌酸酐的排出量与膳食蛋白质的含量无关。也就是说，机体能根据蛋白质摄入量的高低调控代谢水平，以维持氮平衡。但是，这种调节能力是有限度的。如果蛋白质摄入量超过维持氮平衡的水平，会使肾脏负担加重；反之，如果蛋白质摄入量过低或完全不摄入蛋白质，则组织蛋白质分解，身体逐渐消瘦（表1-2-4）。

表1-2-4　成人不同膳食摄入水平时每日尿氮排出量（g）

注：括号内数据为占尿总氮的%。

氮的摄入量和排出量可用实验方法测得，但影响结果准确性的因素很多。在测定中，由于食物未完全消化，摄入量的计算往往偏高；由于样品丢失或忽略不计，排出量的计算往往偏低。两者误差的总和可使摄入量和排出量相差10%～15%。氮平衡也受到能量摄入量的影响，机体有节约蛋白质的功能，当能量供给量低于需要量时，摄入的蛋白质被作为能量的来源所占的比例增加。氮平衡还受生长激素、睾酮、皮质类固醇和甲状腺素等激素的影响。这些激素有促进蛋白质合成的作用，或促进蛋白质分解、抑制合成的作用。