蛋白质代谢全通路图 | 从消化到排泄

循证营养科学 · 交互教育图解

蛋白质在体内的
完整代谢旅程

点击各模块卡片了解详细机制——从食物蛋白质的水解，到氨基酸的多种命运：参与合成、转化为能量、转变为葡萄糖，或以脂肪形式储存。

胃 / 小肠

肝脏

肾脏 / 尿液排泄

脂肪组织

肌肉 / 全身组织

生糖通路

生酮通路

脂肪生成

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代谢通路总览

点击下方各模块卡片查看详细机制

详解各代谢环节

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消化与吸收

Digestion & Absorption

胃中酸性水解 → 小肠中酶解 → 刷状缘吸收…

消化步骤

1 胃中：胃酸（pH 1.5–2）使蛋白质变性，胃蛋白酶将蛋白质切割为多肽。

2 小肠腔：胰腺分泌胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶，进一步水解为二肽、三肽和游离氨基酸。

3 刷状缘：肠黏膜上皮的氨基肽酶完成最终水解。游离氨基酸由 SLC转运体主动转运进入肠上皮细胞。

4 门静脉：氨基酸经毛细血管进入门静脉，输送到肝脏。小肽（二/三肽）经 PepT1转运体转运，在胞内被肽酶水解。

吸收效率

完整膳食蛋白质消化率可达 85–99%（动物蛋白通常高于植物蛋白）。二肽/三肽吸收速度快于游离氨基酸，这也是水解蛋白产品的理论基础。

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氨基酸转运与分配

Amino Acid Transport

肝脏优先摄取，支链氨基酸直接到达肌肉…

肝脏首过效应

门静脉中的氨基酸到达肝脏后，肝脏代谢绝大多数氨基酸（合成血浆蛋白、糖异生、尿素循环等）。但支链氨基酸（BCAA） ——亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸——因 肝细胞 BCAA 转氨酶（BCAT）活性极低，几乎绕过肝脏直接流入体循环，成为 肌肉的主要氨基酸来源。

组织利用

→ 肌肉：BCAA 进入骨骼肌，在 BCAA转氨酶（BCAT）催化下脱氨，氨基转移给 α-酮戊二酸，生成谷氨酸，再合成谷氨酰胺（Gln）释放入血。

→ 大脑：血脑屏障有专属转运体（LAT1），竞争性摄取大型中性氨基酸，影响神经递质前体供应（色氨酸→5-HT，酪氨酸→多巴胺）。

→ 肝脏-肌肉循环：丙氨酸循环——肌肉将丙酮酸氨基化为丙氨酸释放入血，肝脏摄取丙氨酸脱氨后进行糖异生，并将葡萄糖回供肌肉。

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脱氨基作用（肝脏）

Deamination in Liver

转氨基作用（ALT/AST）→ 氧化脱氨基（GDH）→ NH₃释放…

两步脱氨机制

I 转氨基作用（Transamination）：氨基酸将氨基转移给 α-酮戊二酸，生成谷氨酸（Glutamate）+ 相应 α-酮酸（碳骨架）。关键酶：ALT（丙氨酸转氨酶）、AST（天冬氨酸转氨酶）。辅酶：磷酸吡哆醛（维生素B₆）。

II 氧化脱氨基（Oxidative Deamination）：谷氨酸在谷氨酸脱氢酶（GDH）催化下氧化脱氨，重新生成 α-酮戊二酸 + NH₃。辅酶 NAD⁺/NADP⁺。NH₃ 毒性强，需立即进入尿素循环处理。

碳骨架（α-酮酸）去向

脱氨后的碳骨架进入 TCA 循环中间体（丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA），具体去向是连续调节的代谢倾向，取决于身体当时的能量状态与激素信号：
• 日常 / 最主要：直接在 TCA 循环氧化供能（→ ATP）；
• 能量不足：生糖氨基酸 → 糖异生（→ 葡萄糖）；生酮氨基酸 → 酮体；
• 能量过剩 + 胰岛素信号较强（进食/高碳水状态）：碳骨架更易转向乙酰CoA → 脂肪酸合成（DNL）→ TG。
注："生糖 / 生酮 / 兼性"分类描述的是该氨基酸碳骨架的入口位置，而非其实际命运。

临床意义

血清 ALT/AST 升高是肝细胞损伤的标志——肝细胞破裂后这些转氨酶释放入血。常作为肝功能指标检测。

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尿素循环

Urea Cycle (Krebs–Henseleit)

NH₃ → 氨甲酰磷酸 → 瓜氨酸 → 精氨琥珀酸 → 精氨酸 → 尿素…

五步反应要点

1 线粒体内：NH₃ + CO₂ + 2ATP → 氨甲酰磷酸，由 CPS-I 催化，变构激活剂：N-乙酰谷氨酸。

2 氨甲酰磷酸 + 鸟氨酸 → 瓜氨酸，由 OTC（鸟氨酸转氨甲酰酶）催化（X-连锁遗传病常见位点）。

3 细胞质：瓜氨酸 + 天冬氨酸 + ATP → 精氨琥珀酸，由 ASS（精氨琥珀酸合成酶）；天冬氨酸提供第二个氮原子。

4 精氨琥珀酸 → 精氨酸 + 延胡索酸，由 ASL；延胡索酸进入TCA循环。

5 精氨酸 → 尿素 + 鸟氨酸，由精氨酸酶1；鸟氨酸重新进入线粒体循环，尿素经肾脏排泄。

能耗与调控

每合成1分子尿素消耗 4个高能磷酸键（3ATP等效）。高蛋白摄入时尿素循环酶表达上调；饥饿和高蛋白饮食均可增加尿素合成速率。

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糖异生

Gluconeogenesis

生糖氨基酸 → 丙酮酸/草酰乙酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸 → 葡萄糖…

⚠️ 前提：糖异生是碳骨架在 能量不足 / 低碳水化合物 状态下才显著激活的通路；日常状态下，氨基酸碳骨架以 直接氧化供能（TCA → ATP） 为主。

生糖氨基酸（13种纯生糖 + 5种兼性 = 共18种可生糖）

中间体入口	氨基酸
→ 丙酮酸	丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸*
→ 草酰乙酸	天冬氨酸天冬酰胺
→ α-酮戊二酸	谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸
→ 琥珀酰CoA	甲硫氨酸缬氨酸异亮氨酸* 苏氨酸
→ 延胡索酸	苯丙氨酸* 酪氨酸*

* 同时为生酮氨基酸（兼性）

关键限速步骤

① 草酰乙酸 → PEP，由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK），需GTP。

② 果糖-1,6-二磷酸 → 果糖-6-磷酸，由 FBPase-1（胰高血糖素通过降低果糖-2,6-二磷酸 解除对 FBPase-1 的抑制）。

③ 葡萄糖-6-磷酸 → 葡萄糖，由葡萄糖-6-磷酸酶（仅在肝脏和肾脏表达）→ 释放入血液。

生理意义

禁食/低糖状态下，糖皮质激素促进肌肉蛋白降解，游离氨基酸为肝脏糖异生提供底物，维持血糖稳态。高蛋白低碳水化合物饮食时，糖异生活跃，这也是生酮/阿特金斯饮食的代谢基础之一。

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脂肪生成（超量蛋白质）

Lipogenesis from Amino Acids

生酮氨基酸 → 乙酰CoA → 脂肪酸合成 → 甘油三酯 → 脂肪储存…

⚠️ 这是代谢倾向，不是开关：在 能量充足/过剩 且 胰岛素信号较强 的进食状态下（饱食、高碳水餐后），碳骨架更容易流向乙酰CoA → 脂肪酸合成（DNL）→ TG → 脂肪储存；通量随两者强度连续上升，并非"两个条件同时打勾才会发生"的二元开关。能量不足或 AMPK 激活时，DNL 通量被压制。

生酮氨基酸（纯生酮）

代谢产物	氨基酸
→ 乙酰CoA / 乙酰乙酰CoA	亮氨酸 ★ 赖氨酸 ★ 异亮氨酸苏氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸

★ 亮氨酸、赖氨酸是唯二纯生酮氨基酸 | 橙色=兼性（同时生糖）

脂肪生成通路（超量时激活）

1 脱氨后的碳骨架（尤其乙酰CoA）在 能量充足 且 胰岛素水平高 时，不进入β-氧化，而是进入 脂肪酸合成（从头合成，De novo lipogenesis）。

2 乙酰CoA羧化酶（ACC）将乙酰CoA → 丙二酰CoA（限速步骤，胰岛素激活 ACC）。丙二酰CoA 既是脂肪酸合成底物，又是肉碱棕榈酰转移酶 CPT-1 的变构抑制剂，把代谢闸门同时拨向"合成、不氧化"。

3 脂肪酸合成酶（FAS）以丙二酰CoA为底物延链，每个循环加2个碳，生成 软脂酸（16C），消耗NADPH（来自磷酸戊糖途径）。

4 软脂酸酯化为 甘油三酯（TG），以 VLDL 形式由肝脏分泌入血，或直接在肝内蓄积→ 脂肪肝风险。VLDL 到达脂肪组织后经 LPL 水解，脂肪酸重新酯化储存。

关键调节因素 & 重要补充

蛋白质转脂肪是一种 代谢倾向，不是二元开关——在 能量充足/过剩 + 胰岛素信号较强 的进食状态下，DNL 通量明显上升；单纯高蛋白但能量不过剩时，碳骨架主要走氧化供能，DNL 通量较低。

⚠ 补充：人体脂肪堆积也并非主要来自蛋白质 DNL——膳食脂肪 / 循环中现成脂肪酸的直接摄取与酯化，才是脂肪组织扩张的主要来源。蛋白质碳骨架"可以"成为脂肪原料，但实际通量取决于总热量平衡、胰岛素环境，以及"氧化供能 vs 储能"之间的竞争。

蛋白质摄入超量时发生了什么？

⚠ 超量

蛋白质摄入超过合成需求后的三条代谢命运

通路 A

→ 糖异生（生糖氨基酸）

Ala / Gln / Asp → 丙酮酸/草酰乙酸 → 葡萄糖

脱氨后进入TCA中间体 → PEPCK催化 → 糖异生

血糖升高 → 胰岛素分泌 ↑

若不被消耗，葡萄糖转化为糖原或进一步脂肪生成

通路 B

→ 脂肪生成（生酮氨基酸）

Leu / Lys → 乙酰CoA → 脂肪酸 → TG

能量过剩时，乙酰CoA不进TCA，转入DNL（从头脂肪酸合成）

VLDL → 脂肪组织

肝脏分泌VLDL → LPL水解 → 脂肪细胞储存

通路 C

→ 含氮废物排泄

氨基（−NH₂） → NH₃ → 尿素循环 → 尿素 ↑

高蛋白摄入 → BUN（血尿素氮）升高 → 尿液尿素排泄增加

嘌呤分解 → 尿酸 ↑

核酸代谢副产物；过高则痛风风险↑

肌酸磷酸 → 肌酐（稳定）

肌酐生成量与肌肉量正相关，由肾脏稳定滤过排泄

尿液中的含氮废物

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三种主要含氮排泄产物

均由肾脏过滤后经尿液排出体外

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尿素

CO(NH₂)₂

氨基酸脱氨后经肝脏尿素循环合成，占尿液含氮量约 80%。BUN（血尿素氮）是肾功能和蛋白质代谢的重要指标。高蛋白饮食者尿素排泄量显著增加，需保证充足水分摄入以维持肾脏清除效率。

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尿酸

C₅H₄N₄O₃

嘌呤（腺嘌呤、鸟嘌呤）最终分解产物，经 黄嘌呤氧化酶 催化生成。血尿酸超过饱和点可析出尿酸钠结晶，沉积在关节→ 痛风；沉积在肾脏→ 肾结石风险。高嘌呤食物（红肉、内脏、海鲜）会增加尿酸生成。

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肌酐

C₄H₇N₃O

磷酸肌酸的非酶促分解产物，每天产生量与 肌肉质量高度相关，速率相对恒定。肌酐主要经肾小球滤过，伴 少量肾小管主动分泌（≈10–15%），因此肌酐清除率会略高估真实 GFR，但仍是临床评估肾小球滤过率的常用内源指标。血肌酐升高提示肾功能受损。

氨基酸代谢分类参考表

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20种标准氨基酸的代谢命运分类

根据脱氨后碳骨架的去向分类

纯生糖仅转化为葡萄糖

纯生酮仅转化为酮体/脂肪酸

兼性同时生糖和生酮

分类	氨基酸（共20种）	中间代谢物	记忆口诀
纯生糖 13种	丙氨酸精氨酸天冬氨酸天冬酰胺半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺甘氨酸组氨酸甲硫氨酸脯氨酸丝氨酸缬氨酸	丙酮酸草酰乙酸 α-酮戊二酸琥珀酰CoA 延胡索酸	除亮氨酸、赖氨酸外，其余18种均可生糖（其中5种兼性）
纯生酮 2种	亮氨酸 ★ 赖氨酸 ★	乙酰CoA 乙酰乙酰CoA	记忆：亮赖（亮氨酸+赖氨酸）二者均为必需氨基酸
兼性 5种	异亮氨酸苯丙氨酸色氨酸酪氨酸苏氨酸	乙酰CoA + TCA中间体	记忆：异苯色酪苏（芳香族+支链各1种）

蛋白质在体内的完整代谢旅程