營養師解析蛋白質與氨基酸相關知識
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營養師解析蛋白質與氨基酸相關知識
蛋白質(protein)是生命的物質基礎，是有機大分子，是構成細胞的基本有機物，是生命活動的主要承擔者。沒有蛋白質就沒有生命。氨基酸是蛋白質的基本組成單位。它是與生命及與各種形式的生命活動緊密聯系在一起的物質。機體中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質參與。蛋白質占人體重量的16%~20%，即一個60kg重的成年人其體內約有蛋白質9.6~12kg。人體內蛋白質的種類很多，性質、功能各異，但都是由20多種氨基酸(Amino acid)按不同比例組合而成的，并在體內不斷進行代謝與更新。
Q：蛋白質定義?
蛋白質是生命的基礎，是一類最重要的生物大分子，是構成細胞的主要成分。人體的蛋白質含量僅次于水，約占體重的1/5 ，每1g蛋白質徹底分解可釋放4kcal熱能，所以是三大產能營養素之一。
Q：蛋白質分類：
按蛋白質結構和組成的繁簡，將蛋白質分為兩大類。凡結構復雜，組成除氨基酸外還有其它成分者稱為結合蛋白質。凡結構比較簡單，單純由氨基酸組成的蛋白則稱為簡單蛋白質。
Q：蛋白質功能：
1)人體組織的構成成分
2)體內各種重要物質的組成成分
2) 供給熱能
3) 由20種氨基酸組成的二十肽
4) 蛋白質的一個最重要的生物功能是作為生物體新陳代謝的催化劑-酶
5) 許多蛋白質能調節其他蛋白質執行其生理功能的能力，這些蛋白質稱為調節蛋白如胰島素
6) 蛋白質另一重要功能是建造和維持生物體的結構這類蛋白質稱為結構蛋白，它們給細胞和組織提供強度和保護，如膠原蛋白
7) 蛋白質參與機體所有免疫反應和炎癥反應。如白介素、化學趨化因子、抗體等
8) 蛋白質作為受體可以與配基發生結合并通過信號分子蛋白進行傳遞，引起生物學作用。如胰島素受體及其信號蛋白
Q：蛋白質的食物來源有哪些?
含蛋白質數量豐富質量良好的食物有肉類，包括畜、禽、魚類。蛋白質含量一般為10%~20%;奶類、鮮奶1.5%~4%、奶粉25%~27%;蛋類12%~14%;干豆類20%~24%，其中大豆含量最高;硬果類，如花生、核桃、葵瓜子、蓮子含蛋白質15%~25%;谷類6%~10%;薯類2%~3%。
Q：蛋白質的能量共給分配?
一般蛋白質供給量成人占膳食總熱量10%~12%，兒童、青少年則以12%~14%。
Q：蛋白質的缺乏和過量對機體造成的傷害。
蛋白質的缺乏 ：
原因： 食物缺乏，偏食、素食或禁食造成的食物攝入不足 妊娠、哺乳，嬰兒生長發育 疾病引起的吸收不良或者分解亢進
危害： 抵抗力下降 器官損害，生長緩慢，體重下降，淡漠易怒，貧血 往往與能量缺乏共存，造成嚴重營養不良
蛋白質的過量：
原因：對蛋白質作用產生誤解因而造成的過量攝入
危害 ：引起胃腸道功能紊亂 、增加肝腎負擔 、增加尿鈣排出。
Q：氨基酸
氨基酸是構成蛋白質的基本單位，自然界中存在的成千上萬種蛋白質，歸根結底是由20種常見氨基酸的內在性質造成的。
Q：氨基酸分類
必需氨基酸，半必需氨基酸，非必需氨基酸
Q：必需氨基酸包括?
指人體不能合成或合成不能滿足人體需要，必需由食物蛋白供給，這些氨基酸稱為必需氨基酸。必需氨基酸需要量約為蛋白質需要量的20%～37%。共有8種分別是：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸
Q：半必需氨基酸?
指精氨酸和組氨酸，人體雖能夠合成精氨酸和組氨酸，但通常不能滿足正常的需要，因此，又被稱為半必需氨基酸或條件必需氨基酸，在幼兒生長期這兩種是必需氨基酸
Q：非必需氨基酸?
指人自己能合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。
Q：氨基酸的營養作用?
1) 蛋白質的消化：蛋白質在人體內并不能直接被利用，而是通過變成氨基酸小分子后被利用的(<1kd)。
2) 起氮平衡作用： 食入過量蛋白質，超出機體調節能力，平衡機制就會被破壞。停止蛋白質攝入，體內組織蛋白依然分解，持續出現負氮平衡。
3) 轉變為糖或脂肪 ：氨基酸分解代謝產物可再合成新的氨基酸，或轉變為糖或脂肪，或進入三羧循環氧化分解成CO2和H2O，并放出能量。
4) 產生一碳單位 ：某些氨基酸分解代謝過程中產生含有一個碳原子的基團。能生成一碳單位的氨基酸有：絲氨酸、色氨酸、組氨酸、甘氨酸。一碳單位的主要生理功能是作為DNA的合成原料。(紅細胞)
5) 參與構成酶等 ：參與構成酶、激素。酶的化學本質多是蛋白質。
氨基酸和蛋白質的知識
蛋白質（protein）是生命的物質基礎，人體的每個組織：毛發、皮膚、肌肉、骨骼、內臟、大腦、血液、神經、內分泌等都是由蛋白質組成的，人體中估計有10萬種以上的蛋白質。
蛋白質主要由碳C、氫H、氧O、氮N四種元素組成，一般蛋白質可能還會含有硫S、磷P、鐵Fe、鋅Zn、銅Cu、硼B、錳Mn、碘I、鉬Mo等。這些元素在蛋白質中的組成百分比約為：碳50%、氫7%、氧23%、氮16%、硫0~3% 其他微量。
一、氨基酸
蛋白質是由氨基酸組成的。氨基酸（amino acid）含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH）的一類有機化合物的通稱, 是蛋白質的基本組成單位。生物體內的各種蛋白質是由20種基本氨基酸構成的。
二、蛋白質的結構
蛋白質由氨基酸組成，具有一級、二級、三級、四級結構，蛋白質分子的結構決定了它的功能。
一級結構（primary structure)：氨基酸殘基在蛋白質肽鏈中的排列順序稱為蛋白質的一級結構，每種蛋白質都有唯一而確切的氨基酸序列。生物使用20種氨基酸作原料，在細胞質中的核糖體上，將氨基酸分子互相連接成肽鏈。一個氨基酸分子的氨基和另一個氨基酸分子的羧基，脫去一分子水而連接起來，這種結合方式叫做脫水縮合。
二級結構（secondary structure）：蛋白質分子中肽鏈并非直鏈狀，而是按一定的規律卷曲（如α-螺旋結構）或折疊（如β-折疊結構）形成特定的空間結構，這是蛋白質的二級結構。蛋白質的二級結構主要依靠肽鏈中氨基酸殘基亞氨基（—NH—）上的氫原子和羰基上的氧原子之間形成的氫鍵而實現的。
三級結構（tertiarystructure）：在二級結構的基礎上，肽鏈還按照一定的空間結構進一步形成更復雜的三級結構。肌紅蛋白，血紅蛋白等正是通過這種結構使其表面的空穴恰好容納一個血紅素分子。
四級結構（quaternarystructure）：具有三級結構的多肽鏈按一定空間排列方式結合在一起形成的聚集體結構稱為蛋白質的四級結構。如血紅蛋白由4個具有三級結構的多肽鏈構成，其中兩個是α-鏈，另兩個是β-鏈，其四級結構近似橢球形狀。
三、常見的蛋白質種類
(1)血紅蛋白（hemoglobin）：是由含有血紅素輔基的4個亞基組成的結合蛋白。血紅蛋白負責將氧由肺運輸到外周組織，它的氧飽和曲線為S型。
(2)肌紅蛋白（myoglobin）：是由一條肽鏈和一個血紅素輔基組成的結合蛋白，是肌肉內儲存氧的蛋白質，它的氧飽和曲線為雙曲線型。
(3)纖維蛋白（fibrousprotein）：一類主要的不溶于水的蛋白質，通常都含有呈現相同二級結構的多肽鏈許多纖維蛋白結合緊密，并為單個細胞或整個生物體提供機械強度，起著保護或結構上的作用。
(4)球蛋白（globularprotein）：緊湊的，近似球形的，含有折疊緊密的多肽鏈的一類蛋白質，許多都溶于水。典形的球蛋白含有能特異的識別其它化合物的凹陷或裂隙部位。
(5)角蛋白（keratin）：由處于α-螺旋或β-折疊構象的平行的多肽鏈組成不溶于水的起著保護或結構作用蛋白質。
(6)膠原蛋白（collagen）：是動物結締組織最豐富的一種蛋白質，它是由原膠原蛋白分子組成。原膠原蛋白是一種具有右手超螺旋結構的蛋白。每個原膠原分子都是由3條特殊的左手螺旋（螺距0.95nm，每一圈含有3.3個殘基）的多肽鏈右手旋轉形成的。
(7)伴娘蛋白（chaperone）：與一種新合成的多肽鏈形成復合物并協助它正確折疊成具有生物功能構向的蛋白質。伴娘蛋白可以防止不正確折疊中間體的形成和沒有組裝的蛋白亞基的不正確聚集，協助多肽鏈跨膜轉運以及大的多亞基蛋白質的組裝和解體。
四、蛋白質的消化和吸收
蛋白質在胃和小腸中被分解為氨基酸，通過消化道粘膜進入血液或淋巴液。
五、氨基酸的運輸
氨基酸隨血液分布到各個組織器官，任其選用，合成各種特異性的組織蛋白質。在正常情況下，氨基酸進入血液中與其輸出速度幾乎相等，所以正常人血液中氨基酸含量相當恒定。如以氨基氮計，每百毫升血漿中含量為4～6毫克，每百毫升血球中含量為6.5～9.6毫克。飽餐蛋白質后，大量氨基酸被吸收，血中氨基酸水平暫時升高，經過6～7小時后，含量又恢復正常。說明體內氨基酸代謝處于動態平衡，以血液氨基酸為其平衡樞紐，肝臟是血液氨基酸的重要調節器。因此，食物蛋白質經消化分解為氨基酸后被人體所吸收，抗體利用這些氨基酸再合成自身的蛋白質。人體對蛋白質的需要實際上是對氨基酸的需要。
六、蛋白質的合成
氨基酸在核糖體內可根據mRNA可再次合成蛋白質。具體過程如下：
1.起始：mRNA在細胞核合成過后通過核孔進入細胞質基質，與核糖體結合，攜帶甲硫氨酸的的tRNA、通過與堿基AUG的互補配對進入位點1。
2.進位：根據位點2上密碼子引導，相應的氨基酸的tRNA進入位點2，稱為進位。
3.轉肽：轉肽酶催化催化位點1上甲硫氨酸與位點2上tRNA攜帶的氨基酸發生脫水縮回，是位點2上tRNA鏈接一個二肽。
4.移位：核糖體向后移動三個堿基的位置，原來位點2變成位點1，新的位點2空出來了，繼續進行進位轉肽和移位，不但重復這三步，每循環一次，多肽鏈上就多一個氨基酸，多肽鏈就延伸一點。
5.結束:直到位點2上的密碼子是UAA、UAG、或UGA這三種終止密碼子，因為沒有對應的tRNA及氨基酸與終止密碼子結合，多肽鏈的延伸到此為止。
七、氨基酸脫氨
脫氨基作用是指氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成酮酸的過程。這是氨基酸在體內分解的主要方式。酮酸后續主要有以下用途：
1.氧化生成CO2和水
2.轉變生成糖和酮體
3.生成非必需氨基酸
參與人體蛋白質合成的氨基酸共有20種，它們的結構不同，脫氨基的方式也不同，主要有氧化脫氨、轉氨、聯合脫氨和非氧化脫氨等，以聯合脫氨基最為重要。
八、尿的排泄
氨基酸在脫去氨基的過程產生氨，因為氨對人有毒，需要將氨排除體外。在肝臟中氨和二氧化碳、水、天冬氨酸等合成尿素,這個過程叫尿素循環，又稱為鳥氨酸循環。尿素在肝臟產生后融入血液（人體內的濃度在每升2.5至7.5微摩爾之間），最后通過腎臟過濾后形成尿液排出體外,少量尿素由汗液排出。
哺乳動物的尿液除水外主要是尿素CO(NH2)2還有少量尿酸C5H4N4O3，鳥類和爬行類的尿液除水外主要是尿酸C5H4N4O3。
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