蛋白質代謝指蛋白質在細胞內的代謝途徑。各種生物均含有水解蛋白質的蛋白酶或肽酶，這些酶的專一性不同，但均能破壞肽鍵，使各種蛋白質水解成其氨基酸成分的混合物。
第一節 概述
一、主要途徑
1. 蛋白質代謝以氨基酸爲核心，細胞內外液中所有遊離氨基酸稱爲遊離氨基酸庫，其含量不足氨基酸總量的1%，卻可反映機體氮代謝的概況。食物中的蛋白都要降解爲氨基酸才能被機體利用，體內蛋白也要先分解爲氨基酸才能繼續氧化分解或轉化。
2. 遊離氨基酸可合成自身蛋白，可氧化分解放出能量，可轉化爲糖類或脂類，也可合成其他生物活性物質。合成蛋白是主要用途，約佔75%，而蛋白質提供的能量約佔人體所需總能量的10-15%。蛋白質的代謝平衡稱氮平衡，一般每天排出5克氮，相當於30克蛋白質。
3. 氨基酸通過特殊代謝可合成體內重要的含氮化合物，如神經遞質、嘌呤、嘧啶、磷脂、卟啉、輔酶等。磷脂的合成需S-腺苷甲硫氨酸，氨基酸脫羧產生的胺類常有特殊作用，如5-羥色胺是神經遞質，缺少則易發生抑鬱、自殺;組胺與過敏反應有密切聯繫。
二、消化
外源蛋白有抗原性，需降解爲氨基酸才能被吸收利用。只有嬰兒可直接吸收乳汁中的抗體。
可分爲以下兩步：
1. 胃中的消化：胃分泌的鹽酸可使蛋白變性，容易消化，還可激活胃蛋白酶，保持其最適pH，並能殺菌。胃蛋白酶可自催化激活，分解蛋白產生蛋白腖。胃的消化作用很重要，但不是必須的，胃全切除的人仍可消化蛋白。
2. 腸是消化的主要場所。腸分泌的碳酸氫根可中和胃酸，爲胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等提供合適環境。腸激酶激活胰蛋白酶，再激活其他酶，所以胰蛋白酶起核心作用，胰液中有抑制其活性的小肽，防止在細胞中或導管中過早激活。外源蛋白在腸道分解爲氨基酸和小肽，經特異的氨基酸、小肽轉運系統進入腸上皮細胞，小肽再被氨肽酶、羧肽酶和二肽酶徹底水解，進入血液。所以飯後門靜脈中只有氨基酸。
三、內源蛋白的降解
1. 內源蛋白降解速度不同，一般代謝中關鍵酶半衰期短，如多胺合成的限速酶-鳥氨酸脫羧酶半衰期只有11分鐘，而血漿蛋白約爲10天，膠原爲1000天。體重70千克的成人每天約有400克蛋白更新，進入遊離氨基酸庫。
2. 內源蛋白主要在溶酶體降解，少量隨消化液進入消化道降解，某些細胞器也有蛋白酶活性。內源蛋白是選擇性降解，半衰期與其組成和結構有關。有人認爲N-末端組成對半衰期有重要影響(N-末端規則)，也有人提出半衰期短的蛋白都含有一個富含脯氨酸、穀氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的區域(PEST區域)。如研究清楚，就可能得到穩定的蛋白質產品。
四、氨基酸的吸收
食用蛋白質後15分鐘就有氨基酸進入血液，30到50分鐘達到最大。氨基酸的吸收與葡萄糖類似，有以下方式：
1. 需要載體的主動轉運，需要鈉，消耗離子梯度的勢能。已發現6種載體，運載不同側鏈種類的氨基酸。
2. 基團轉運，需要谷胱甘肽，每轉運一個氨基酸消耗3個ATP，而用載體轉運只需三分之一個。此途徑爲備用的旁路，一般無用。
第二節 脫氨和脫羧
氨基酸失去氨基稱爲脫氨，是機體氨基酸分解代謝的第一步。絕大多數氨基酸先脫氨生成a-酮酸，再氧化或轉化爲其他物質。有氧化脫氨和非氧化脫氨兩類，前者普遍存在，後者存在於某些微生物。
一、氧化脫氨
(一)過程：氨基酸在氨基酸氧化酶催化下脫氫生成亞氨基酸，再水解生成酮酸和氨。脫下的氫由黃素蛋白傳遞給氧，生成過氧化氫，再分解爲水和氧。總反應如下：
2氨基酸+O2=2酮酸+2NH3
過氧化氫也可氧化酮酸生成脂肪酸和二氧化碳。
(二)有關酶
1. L-氨基酸氧化酶：可催化多數氨基酸，但甘氨酸、側鏈含羥基、羧基、氨基的氨基酸無效，需專門的酶。以FAD或FMN爲輔基，人的酶以FMN爲輔基。
2. D-氨基酸氧化酶：存在於肝、腎，以FAD爲輔基。
3. 氧化專一氨基酸的酶：如甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶、L-穀氨酸脫氫酶等。後者重要，分佈廣泛，活力高，受別構調節，能量不足時激活，加快氧化。以NAD或NADP爲輔酶，不需氧，通過呼吸鏈再生。在體外可用於合成味精。
二、非氧化脫氨
1. 還原脫氨：嚴格無氧時氫化酶催化生成羧酸和氨。
2. 水解脫氨：水解酶催化，生成a-羥酸和氨。
3. 脫水脫氨：絲氨酸和蘇氨酸在脫水酶催化下生成烯，重排成亞氨基酸，自發水解生成酮酸和氨。脫水酶以磷酸吡哆醛爲輔基。
4. 脫巰基脫氨：半胱氨酸在脫硫氫基酶催化下脫去硫化氫，重排、水解，生成丙酮酸和氨。
5. 氧化-還原脫氨：兩個氨基酸一個氧化，一個還原，脫去兩個氨，生成酮酸和脂肪酸。
三、脫酰胺作用
谷氨醯胺酶和天冬醯胺酶可催化脫酰胺，生成相應的氨基酸。此酶分佈廣泛，專一性強。
四、轉氨基作用
1. 定義：指a-氨基酸和酮酸之間氨基的轉移作用。氨基酸的a-氨基轉移到酮酸的'酮基上，生成酮酸，原來的酮酸形成相應的氨基酸。轉氨作用普遍存在，除甘氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和脯氨酸外都參與轉氨，對其分解及合成有重要作用。
2. 轉氨酶：種類很多，多需要穀氨酸，對另一個氨基酸要求不嚴，以活力最大的命名。其反應是可逆的，由濃度控制。都含磷酸吡哆醛，乒乓機制。吡哆醛還參與脫羧、脫水、脫硫化氫及消旋等反應。
五、聯合脫氨
指脫氨與轉氨聯合，是氨基酸降解的主要方式，有兩種方式：
1. 氨基酸先轉氨生成穀氨酸，再由穀氨酸脫氫酶脫去氨基。普遍存在。
2. 腺苷酸循環：氨基轉給穀氨酸，再生成天冬氨酸，與次黃嘌呤核苷一磷酸生成腺苷酸代琥珀酸，再裂解成腺苷酸和延胡索酸。腺苷酸水解成次黃嘌呤核苷酸，放出氨;延胡索酸水化、氧化再生草酰乙酸。此途徑主要存在於肌肉和腦，其腺苷酸脫氨酶活性較高。肝臟穀氨酸脫氫酶活力高，但90%轉化爲天冬氨酸。
六、脫羧
少數氨基酸先脫羧生成一級胺。此反應由脫羧酶催化，含磷酸吡哆醛，專一性強，每種酶只催化一種L-氨基酸。此酶在各種組織中普遍存在，生成的胺有重要生理作用，如腦中谷氨酸脫羧生成的g-氨基丁酸是神經遞質。
第三節 氮的排泄
氨對機體有毒，特別是對腦。血液中1%的氨即可使神經中毒。水生動物可直接排氨，陸生動物排溶解度較小的尿素，卵生動物排不溶的尿酸。
一、氨的轉運
(一)谷氨醯胺合成酶將氨與穀氨酸合成谷氨醯胺，消耗一個ATP。谷氨醯胺中性無毒，容易通過細胞膜，進入血液運到肝臟後被谷氨醯胺酶分解，放出氨。
(二)肌肉通過葡萄糖-丙氨酸循環轉運氨。氨經穀氨酸轉給丙氨酸，運到肝後再轉氨生成穀氨酸。丙酮酸異生爲葡萄糖返回肌肉。這樣肌肉活動產生的丙酮酸和氨都得到處理，一舉兩得。
二、尿素的生成
1. 在線粒體中氨甲酰磷酸合成酶I將氨和CO2合成氨甲酰磷酸，消耗2個ATP。N-乙酰穀氨酸是此酶的正調節物。酶II在細胞質，與核苷酸的合成有關。
2. 氨甲酰磷酸與鳥氨酸形成瓜氨酸和磷酸，由鳥氨酸轉氨甲酰酶催化，需鎂離子。
3. 瓜氨酸出線粒體，進入細胞質，與天冬氨酸生成精氨琥珀酸。精氨琥珀酸合成酶需鎂離子，消耗1個ATP的兩個高能鍵。
4. 精氨琥珀酸裂解酶催化其裂解，生成精氨酸和延胡索酸。
5. 精氨酸酶催化水解生成鳥氨酸和尿素。
6. 總反應爲：
NH4++CO2+3ATP+Asp+2H2O=尿素+延胡索酸+2ADP+2Pi+AMP+Ppi
共除去2分子氨和1分子CO2，消耗4個高能鍵。前兩步在線粒體中進行，可避免氨進入血液引起神經中毒。此途徑稱爲尿素循環或鳥氨酸循環，缺乏有關酶會中毒死亡。
三、其他途徑
爬蟲和鳥排泄不溶的尿酸，可保持水，但耗能高。具體見核酸代謝。此外，蜘蛛排鳥嘌呤，某些魚排氧化三甲胺，高等植物合成谷氨醯胺和天冬醯胺，儲存體內。
第四節 碳架氧化
20種氨基酸分別以5種物質進入三羧酸循環：丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、賴氨酸和色氨酸生成乙酰輔酶A，精氨酸、組氨酸、谷氨醯胺、脯氨酸和穀氨酸生成a-酮戊二酸，甲硫氨酸、異亮氨酸、纈氨酸生成琥珀酰輔酶A;苯丙氨酸和酪氨酸還生成延胡索酸;天冬氨酸和天冬醯胺生成草酰乙酸。分解主要在肝和腎進行，某些中間物可轉化爲糖、酮體及生物活性物質，見下節。氨基酸脫羧形成胺後不能進入三羧酸循環。
一、乙酰輔酶A途徑
(一)由丙酮酸生成乙酰輔酶A
1. 丙氨酸：由谷丙轉氨酶轉氨生成丙酮酸
2. 絲氨酸：脫水脫氨生成丙酮酸，由絲氨酸脫水酶催化，含磷酸吡哆醛。
3. 甘氨酸：可接受羥甲基，轉變成絲氨酸。由絲氨酸轉羥甲基酶催化，以磷酸吡哆醛爲輔基，甲烯基四氫葉酸爲供體，需錳。此途徑主要作爲絲氨酸的合成途徑，甘氨酸的分解主要是作爲一碳單位供體，由甘氨酸裂解酶裂解生成甲烯基四氫葉酸和二氧化碳及氨，次要途徑是氧化脫氨生成乙醛酸，再氧化成甲酸或草酸。甘氨酸與谷胱甘肽、肌酸、膽鹼、嘌呤、卟啉的合成都有關係。
4. 蘇氨酸：由蘇氨酸醛縮酶裂解成甘氨酸和乙醛，乙醛可氧化成乙酸再生成乙酰輔酶A。也可脫水生成a-酮丁酸，或脫去脫羧形成氨基丙酮。
5. 半胱氨酸：可轉氨生成b-巰基丙酮酸，再由轉硫酶脫去硫化氫生成丙酮酸。也可先氧化成半胱氨酸亞磺酸，再轉氨、脫去亞硫酸形成丙酮酸。產生的硫化氫要氧化成亞硫酸，再氧化成硫酸，由尿排出。
(二)由乙酰乙酰輔酶A生成乙酰輔酶A
1. 苯丙氨酸：由苯丙氨酸-4-單加氧酶催化生成酪氨酸，消耗一個NADPH。
2. 酪氨酸：先轉氨生成4-羥苯丙酮酸，再氧化、脫羧、開環，裂解成延胡索酸和乙酰乙酸。延胡索酸進入三羧酸循環，乙酰乙酸由琥珀酰輔酶A活化生成乙酰乙酰輔酶A，硫解形成兩個乙酰輔酶A。
3. 亮氨酸：先轉氨、脫羧生成異戊酰輔酶A，再脫氫、末端羧化、加水生成羥甲基戊二酰輔酶A(HMG CoA)，裂解成乙酰乙酸和乙酰輔酶A。
4. 賴氨酸：先由兩條途徑生成L-a-氨基己二酸半醛，其一是與a-酮戊二酸縮合成酵母氨酸，再放出穀氨酸;其二是先脫去a氨基再環化、開環，將氨基轉移到a位。生成半醛後氧化成酸，轉氨生成a-酮己二酸，脫羧生成戊二酰輔酶A，脫氫、脫羧形成巴豆酰輔酶A，最後水化、脫氫成乙酰乙酰輔酶A。
5. 色氨酸：較複雜，先氧化，依次脫去甲醛、丙氨酸，最後形成a-酮己二酸，生成乙酰乙酰輔酶A。其11個碳原子共生成一個乙酰乙酰輔酶A，一個，4個二氧化碳和一個甲酸。
二、a-酮戊二酸途徑
由精氨酸、組氨酸、谷氨醯胺、脯氨酸和穀氨酸5種。
1. 精氨酸：由精氨酸酶水解成鳥氨酸和尿素，再轉氨生成穀氨酸g半醛，由脫氫酶氧化成穀氨酸，轉氨或脫氨形成。a-酮戊二酸。
2. 組氨酸：組氨酸分解酶脫去氨基形成尿刊酸，再水合、開環生成N-甲亞氨基穀氨酸，穀氨酸轉甲亞氨酶催化轉給四氫葉酸，形成穀氨酸。
3. 谷氨醯胺：可由谷氨醯胺酶水解;可將酰胺轉給a-酮戊二酸，生成兩個穀氨酸;也可轉到a-酮戊二酸的g-羧基上，形成的g-酮谷酰胺酸可水解生成a-酮戊二酸。
4. 脯氨酸：先由脯氨酸氧化酶形成雙鍵，再加水開環形成穀氨酸g半醛，用NAD氧化成穀氨酸。
三、琥珀酰輔酶A途徑
有甲硫氨酸、異亮氨酸和纈氨酸。
1. 甲硫氨酸：與ATP生成S-腺苷甲硫氨酸，轉甲基後水解，生成高半胱氨酸，在胱硫醚-b-合成酶催化下與絲氨酸合成胱硫醚，胱硫醚-g-分解酶催化脫去半胱氨酸和氨基，生成a-酮丁酸，脫羧成丙酰輔酶A，丙酰輔酶A羧化酶催化生成D-甲基丙二酰輔酶A，消旋酶生成L-型，變位生成琥珀酰輔酶A。
2. 異亮氨酸：轉氨，脫羧生成a-甲基丁酰輔酶A，經b-氧化生成乙酰輔酶A和丙酰輔酶A，最後生成琥珀酰輔酶A。
3. 纈氨酸：轉氨，脫羧形成異丁酰輔酶A，脫氫、水化後再水解，生成b-羥異丁酸，脫氫生成甲基丙二酸半醛，氧化爲甲基丙二酰輔酶A，再變位生成琥珀酰輔酶A。
四、延胡索酸途徑
苯丙氨酸和酪氨酸的部分碳鍊形成延胡索酸，另一部分爲乙酰乙酸。
五、草酰乙酸途徑
天冬醯胺酶催化生成天冬氨酸，再轉氨生成草酰乙酸，進入三羧酸循環。天冬醯胺酶可控制白血病。
六、生糖氨基酸和生酮氨基酸
生成乙酰乙酰輔酶A的苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、賴氨酸和色氨酸稱爲生酮氨基酸;其他氨基酸稱爲生糖氨基酸。苯丙氨酸和酪氨酸既生糖又生酮。因爲丙酮酸可生成乙酰輔酶A，再生酮，所以二者的界限並不是非常嚴格的。
第五節 氨基酸衍生物
