现代营养学原著第八版(已修订)

第5章蛋白质与氨基酸

J?ns Berzelius创造了“protein(蛋白质)”一词。1838年，荷兰化学家Geradus J.Mulder在“Bulletin des Sciences Physiques et Naturelles en Néerlande”的一篇论文中使用了该词语。目前对于蛋白质与氨基酸营养研究与认识的进展有相关著作予以专门叙述。Munro归纳了早期推荐的蛋白质膳食摄入量。本意只限于从总体角度有选择性地论述蛋白质与氨基酸代谢及相关营养作用的新进展，着重强调蛋白质和氨基酸与人类营养作用有关的内容。

蛋白质代谢和营养的基础——氨基酸的功能

蛋白质是细胞、组织中五大类生物大分子之一。其他四类生物大分子是DNA、RNA、多糖和脂类。蛋白质的基本构成单位是氨基酸，氨基酸是蛋白质营养与代谢的基本单位。

虽然自然界存在着数百种氨基酸，但只有20种左右氨基酸通过同源rRNA的转运和随后的mRNA密码子的识别而参与蛋白质的合成。对于某些特定的硒蛋白——谷胱甘肽过氧化物酶和2型碘化酪氨酸-5?脱碘酶等，存在着硒半胱氨酸的合成和向这些蛋白质的掺入。这涉及一个复杂的过程，包括丝氨酰-tRNA转化为硒半胱氨酰-tRNA，然后被密码子UGA识别。硒蛋氨酸也存在于机体蛋白质中，但它来源于植物性食物和一些补充剂如酵母等。最后，其他氨基酸，如羟脯氨酸、N-甲基组胺酸也存在于蛋白质中，这些特定氨基酸残基的“翻译”后修饰可使蛋白质具有特定的结构和功能特点：典型例子是在参与凝血和骨基质沉积的一些蛋白质中，谷氨酸残基的维生素K依赖的羧化反应。然而，最常见的20种氨基酸和少数其他一些不形成肽链形式的氨基酸，如鸟氨酸、牛磺酸，对于机体氮的节约、人体蛋白质和氨基酸的营养状况，有着更为直接的重要意义。

氨基酸除了是合成肽链的底物以外，还具有许多其他功能(其中一些见表5-1)。对其中许多的功能人们早就已经有了认识，但新近一项重要发现增进了人们对氨基酸促进某些特定蛋白质或球形蛋白质合成机制的了解。现在已经知道，氨基酸，尤其是支链氨基酸——亮氨酸，可以影响mRNA翻译的启动。这是一个复杂的过程，需要多步反应和十几个真核细胞启动子的参与。其中两步反应受到如下调控：启动子蛋氨酰-tRNA与核糖体40S亚基的结合；以及mRNA与43S启动前复合物的结合。亮氨酸似乎可以增加mRNA帽结合蛋白eIF4F的利用率，并通过激活核糖体蛋白S6激酶途径调节翻译。口服亮氨酸可激活该激酶，哺乳动物雷伯霉素靶目标(MTOR)使其磷酸化。然而，主要一点是，亮氨酸或许还有其他的氨基酸，都可以激活信号传递通路，从而改变球形蛋白质和特定蛋白质合成的起始速率。不过，仍需更多的研究以彻底了解在不同细胞中氨基酸诱导改变蛋白质合成及其正常的生理功能的作用机制，越来越多的证据表明，氨基酸可以在转录水平调节蛋白质的合成。由于阵列技术的应用，便得基因组谱筛查成为可能，因而很可能在较短时间内便可获得大量数据，从而更清楚地阐明单独一种氨基酸以及氨基酸结合其他营养素

对基因表达、蛋白质产物以及它们少间相互功能作用的调节机制。

蛋白质的降解速率同样也决定组织器官中蛋白质的含量。蛋白质降解或裂解的总体过程在机体功能中有许多必需的作用，例如，细胞生长、对不同生理条件的适应、清除异常或损坏的蛋白质、维持免疫系统的正常功能。所有细胞内蛋白质均可通过多种途径降解(图5-1)，细胞内蛋白质大多是通过能量依赖的、泛素-蛋白酶体途径降解。在该途径中，蛋白质在含有多个亚基的20S蛋白酶体内降解成小分子的肽和氨基酸，该蛋白酶体与一个大的19S调节颗粒结合形成26S复合物。该蛋白酶体可降解大约1%的细胞蛋白质。这一强有力的蛋白水解酶系统以一种有序的特有的循环咬-嚼机制有效地裂解肽键。禁食等许多条件可以激活泛素蛋白酶体途径。对全身蛋白质转化的研究显示，进食和增加蛋白质摄入量可以抑制蛋白质的降解，但是目前尚不清楚是哪一些器官和组织在其中起着最大的作用，也尚未测定出氨基酸、碳水化合物及其他产能物质在其中所起作用的相对大小。例如，单独口服氨基酸似乎并未改变股外侧肌中蛋白质的降解速度，而混合膳食可抑制前臂肌的蛋白质降解。因此，至少在肌肉中，可能是由于碳水化合物诱导的胰岛素利用率上升，以至氨基酸得以增强蛋白水解的抑制效应。接下来，胰岛素可能是通过降低泛素-蛋白酶体活性来抑制蛋白质水解。肠道可能是进食引起全身蛋白质降解速度减慢的重要场所。

图5-1哺乳动物细胞中不同的蛋白质水解途径的底物

由于在其他文献中可以见到，此处不再详述氨基酸的诸多其他功能及其机制。需要提及的两点是：①一些氨基酸的功能是复杂多变的，例如，谷氨酰胺的功能(表5-2)。正如Reeds的分析和表5-3所示，这些非蛋白原性质的功能与膳食摄入量和需要量有关。一些终末产物的合成途径能够明显影响氨基酸前体的总体利用(如在半胱氨酸、甘氨酸的利用中，肌酸酐的合成和甘氨酸或谷胱甘肽的合成)。②从营养学

角度，在实现它们作为蛋白质合成底物的过程中(例如神经递质的信号功能和解毒功能)，氨基酸经过转化，部分碳、氨通过分解代谢和尿液分泌而排出体外。因此，为了保持体内有充足的蛋白质和氨基酸，需要摄入足够预先形成的氨基酸以及可利用氨源，以便合成其他氨基酸和产生具有重要生理功能的含氨化合物。

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Rose最先根据对成年男性进行的一系列经典定性氮平衡实验，将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸。目前认为这种分类方法已不再适用。必须经膳食获得的氨基酸有色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苏氨酸、组氨酸，或更为严谨地讲，是前5种氨基酸的酮酸衍生物。最后3种氨基酸不能通过转氨基获得，必须由膳食供蛤。蛋白质中其他常见氨基酸可以由碳、氨供体合成。α-酮戊二酸、草酰乙酸及丙酮酸转氨基后分别生成谷氨酸、天冬氨酸和丙氨酸，甘氨酸是由丝氨酸通过丝氨酸羟甲基转移酶生成的，丝氨酸则由丙酮酸转化而来，精氨酸、脯氨酸是由谷氨酸和谷氨酰胺生成的。天冬酰胺是由谷氨酸和天冬氨酸生成的。酪氨酸、半胱氨酸分别来源于其必需氨基酸母体——苯丙氨酸和蛋氨酸。酪氨酸、半胱氨酸与谷氨酰胺、精氨酸可能还有甘氨酸、脯氨酸一起被称为条件必需氨基酸，因为在特定的生理、病理条件下，它们的合成速度不能满足细胞需要。因此，在研究严重烧伤代谢时发现，保持精氨酸的机体内稳态需要由膳食供给精氨酸；低出生体重儿不能合成足够的半胱氨酸和脯氨酸，可能还包括甘氨酸。

最近的研究发现，可能还需要预先形成的α-氨基氮源。此前一直认为，如果必需氨基酸摄入充分，则可能只需要非特异的氨源——可能是以一种简单混合物的形式，例如尿素和柠檬酰胺。然而从几方面原因来看，这个说法不足以解释保证机体充足蛋白质营养的需要。首先是关于尿素氮的利用。近来已经开始重视尿素氮在肠腔内水解的潜在重要作用(推测主要由大肠菌群酶活性的作用)和由此释放出来的氮对宿主体内氮稳态的重要作用。但是有学者对这一概念提出质疑，因为在其他研究中发现尿素的产生量随机体蛋白质摄入的增加而增加，二者呈线性相关，尿素水解产生的氮似乎又重新进入尿素合成途径。因此，即使在低蛋白摄入的情况下，仍不清楚尿素氮在多大程度上成为可利用的氮源，此外，正如Waterlow在文献中很清楚地概括的那样，体内尿素产生的短期和长期的调节机制以及保持体内蛋白质平衡的机制，仍存在着许多不确定性。

其次，一些生物可利用空气中的氮来合成 …… 此处隐藏：22329字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……