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《中国营养科学全书》基础营养-蛋白质(全)
编辑于2020-10-28 08:49:53蛋白质
蛋白质性质
组成
生物体内含量最丰富的大分子,约占人体固体成分的45%,细胞中达细胞干重的70%以上
主要元素组成:C,H,O,N,S;有些含有少量的P,Fe,Zn,I,Mn,Cu,Co,Mo等
蛋白质平均含N量16%,含氮量*6.25=蛋白质含量
分类
化学组成分类
单纯蛋白质
清蛋白与球蛋白
广泛存在于动植物组织及体液中
谷蛋白与醇溶谷蛋白
共存于谷类种子中,重要植物蛋白,醇溶谷蛋白含有大量Gln(40%),谷蛋白含有丰富的Glu,Arg,Pro
鱼精蛋白和组蛋白
碱性,分子量小,结构简单。含有大量Arg,His。鱼精蛋白不含S
硬蛋白
溶解度小,性质稳定,不易被消化液消化的蛋白质
结合蛋白质
核蛋白
由单纯蛋白质和核酸结合,普遍存在于动植物细胞核中
糖蛋白
以糖的衍生物为辅基的结合蛋白质,广泛存在于自然界
脂蛋白
由单纯蛋白质与脂类(如卵磷脂,胆固醇等)结合成的蛋白质
磷蛋白
由单纯蛋白质和含磷酸辅基结合而成的物质,磷酸是以酯键与含羟基氨基酸结合
色蛋白
由单纯蛋白质和色素结合的物质
形状分类
纤维状蛋白质
多为结构蛋白质,是组织结构不可缺少的蛋白质,由长的氨基酸肽链连接成为纤维状或卷曲成盘状结构,称为各种组织的支柱
球蛋白质
形状近似于球形或椭圆形,多数可溶于水或盐溶液,许多为具有生理活性蛋白质,如酶,转运蛋白,蛋白类激素与免疫球蛋白,补体等
营养价值分类
完全蛋白质
所含必需氨基酸种类齐全,数量充足,比例适当,不但能维持成人的健康,并能促进儿童生长发育
乳中的酪蛋白,乳白蛋白
蛋类的卵白蛋白,卵磷蛋白
肉类的白蛋白,肌蛋白
大豆的大豆蛋白
小麦的麦谷蛋白
玉米的谷蛋白
半完全蛋白质
所含必需氨基酸种类齐全,但有的数量不足,比例不适当,可以维持生命,但不能促进生长发育
小麦的麦胶蛋白
不完全蛋白质
所含必须氨基酸种类不全,既不能维持生命,也不能促进生长发育
玉米的玉米胶蛋白
动物结缔组织的胶原蛋白
豌豆中的豆球蛋白
理化性质
两性电离性质
pH>pI,蛋白质带负电荷
pH<pI,蛋白质带正电荷
胶体性质
蛋白质分子量大约在10k~1000k,直径可达1~100nm,属于胶体范围
颗粒表面大多为亲水基团,可吸引水分子,使颗粒表面形成一层水化膜,阻断蛋白质颗粒的相互聚集,防止溶液中蛋白质沉淀析出
蛋白质表面带有电荷也会对其溶解起稳定作用
变性
天然蛋白质特定的空间结构被破坏,导致理化性质改变和生物学活性丧失
主要发生二硫键的破坏和非共价键的破坏,不涉及一级结构氨基酸序列破坏
呈色反应
经水解产生氨基酸,与水合茚三酮产生蓝色反应
碱性溶液中与硫酸铜作用,出现紫红色,称为双缩脲反应
特征吸收峰
由于Trp,Tyr,Phe含有共轭双键,在280nm左右有吸收峰
氨基酸
氨基酸分类
非极性脂肪族氨基酸
Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Pro
极性中性氨基酸
Ser,Asn,Gln,Thr,Cys,Met
芳香环氨基酸
Phe,Tyr,Trp
酸性氨基酸
Asp,Glu
碱性氨基酸
Arg,Lys,His
必需氨基酸(EAA)
体内不能合成或合成速度满足不了机体需要,必须由食物供给的氨基酸
种类:Met,Trp,Lys,Val,Ile,Leu,Phe,Thr,His
His已经确定是婴儿的EAA,但由于人体His在肌肉和血红蛋白中储存较大,且人体对其吸收量又相对较少,很难直接证实人体有无合成His能力,故不确实是否为成人EAA
条件必需氨基酸
人体在创伤,感染及某些消耗性疾病状态下,一些本可以自身合成但不能满足机体需要,必须从食物中获得的氨基酸
特点
在合成氨基酸中用其他氨基酸作为碳的前体,并只限于某些特定器官。在代谢水平上,机体合成条件EAA的能力受到适宜氨基酸前体的可利用性所限制
条件必需Tyr前体是Phe(EAA)
Arg,Pro,Gly前体是非EAA
Cys前体是需要Met(EAA)和Ser(非EAA)
条件EAA合成最高速度可能是有限的,并可能受发育,病理和生理条件所限制
出生体重低的婴儿不能合成Cys,Pro,可能缺乏合成足量Gly的能力
Met合成Cye,Phe合成Tyr,膳食中直接提供,则Met和Phe需要量分别减少30%,50%
氨基酸模式
人体蛋白质和食物蛋白质在必需氨基酸种类和数量上存在差异,在营养学上用氨基酸模式反映这种差异,氨基酸模式是指某种蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例
根据蛋白质中必需氨基酸含量,以含量最少的Trp为1计算出其他氨基酸相应比值
限制氨基酸
定义
动物蛋白质中的蛋,奶,肉,鱼等以及大豆蛋白质的氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式比较接近,从而所含必需氨基酸在人体利用率较高
鸡蛋蛋白质的氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式最为接近,在比较食物蛋白质营养价值是常作为参考蛋白质
食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸相对较低,导致其他必需氨基酸在体内不能被充分利用而使蛋白质营养价值降低,这些含量相对较低的氨基酸被称为限制氨基酸
氨基酸评分
判断食物蛋白质中氨基酸是否为限制氨基酸,反映被测食物蛋白质氨基酸构成和利用率的指标
通常将被测食物蛋白质的某种必需氨基酸含量与推荐的参考蛋白质该必需氨基酸含量进行比较,一般常用Lys,寒流AA,Thr和Trp
一种食物蛋白质氨基酸评分即为该食物中最低的必需氨基酸评分值,分值越高,蛋白营养价值越高
缺点是没有考虑蛋白质消化率
可消化必需氨基酸评分(DIAAS)
必需氨基酸消化率应采用来自人体回肠的真消化率,在人体资料不易获得的情况下,可采用生长期的猪作为研究对象,其次采用生长期的鼠作为研究对象
蛋白质互补作用
通过食物蛋白质所含氨基端种类之间取长补短,互相补充的作用,如:将大豆或其制品与米,面同时食用,大豆蛋白质中Lys可以补充米面中的不足,米面中的Met也可补充大豆中的不足
原则
食物生物学种属越远越好,如动物性与植物性食物搭配
搭配种类越多越好
食用时间越近越好,同时食用最好,因为单个氨基酸在血液中停留时间约4个小时,然后到达组织器官,在合成组织器官的蛋白质,而合成组织器官的蛋白质必须同时达到才能发挥互补作用,合成组织器官
蛋白质消化吸收和代谢
蛋白质消化
胃内消化
胃蛋白酶
小肠内消化
内肽酶
胰蛋白酶,糜蛋白酶,弹性蛋白酶
外肽酶
羧肽酶A,B,亮氨羧肽酶
胶原酶,氨基肽酶,血管舒缓素
胶原酶和弹性蛋白酶主要参与消化结缔组织中相应的纤维蛋白
血管舒张素主要作用:将血液中激肽原分解为激肽,激肽能扩张血管,增加血管通透性,降低血压
氨基酸的吸收
氨基酸转运体
纹状缘的氨基酸转运系统
小肠黏膜上皮细胞膜上存在转运体
对很多中性氨基酸有广泛特异性的NBB系统
介导Phe和Met吸收的PHE系统
介导亚氨酸吸收的IMINO系统
介导β-氨基酸吸收的系统
细胞基底侧膜氨基酸载体/转运体系统
Na+依赖,可能与两餐之间黏膜细胞由血液摄取氨基酸有关
Na+不依赖,氨基酸由细胞内回向血液有关
寡肽载体/转运体转运过程
寡肽转运体
以二肽和三肽为主的寡肽可以被小肠上皮细胞摄取
肽转运体1型,PepT-1
主要是肠肽转运体
低亲和力,高容量的肽转运体
肽转运体2型,PepT-2
主要是肾脏肽转运体
高亲和力,低容量的肽转运体
不管寡肽分子结构,大小,电荷,极性,他们都能被PepT-1和PepT-2转运,因此大约有400种二肽和8000种三肽作为转运底物
氨基酸的吸收部位
主要在小肠吸收,近端小肠在吸收氨基酸能力比远端小肠弱,但吸收寡肽能力强
结肠上皮细胞也有吸收氨基酸能力,在新生儿和回肠切除患者中其重要作用
蛋白质代谢
蛋白质分解
成人体内每天大约1%~2%蛋白质被分解,主要是肌肉蛋白,这些氨基酸70%~80%被重新利用合成新的蛋白质
不同蛋白质分解速率不同,血浆蛋白质半衰期约为10天,肝中大部分蛋白质半衰期约为1~8天,结缔组织一些蛋白质半衰期达180天以上
蛋白质合成
合成所需原料
mRNA是蛋白质合成的直接模板
核糖体是蛋白质合成的场所
tRNA是氨基酸运载工具和蛋白质合成的适配器
酶类:氨基酰-tRNA合成酶,转肽酶,转位酶
蛋白质因子:起始因子,延长因子,终止因子
ATP,GTP,无机离子Mg2+,K+
合成过程
氨基酸活化过程,各种氨基酸分别加载到各自tRNA分子上,形成氨基酰-tRNA
肽链生物合成,mRNA碱基排列顺序转换成肽链中氨基酸排列顺序,并通过肽键将氨基酸连接起来
肽链形成后的加工过程,肽链合成后通过折叠形成天然蛋白质三维构象,并对一级结构和空间结构进行修饰,才成为有生物学功能的天然蛋白质
氨基酸分解
一般代谢
食物蛋白质经过消化而被吸收的氨基酸,与体内组织蛋白质分解产生氨基酸会在一起分布于体内,参与代谢,称为氨基酸代谢库。通常以游离氨基酸总量计算
游离氨基酸在体内分布不均:肌肉占50%以上,肝脏约占10%,肾脏约占4%,血浆约占1~6%,血浆氨基酸是体内各组织之间氨基酸转运主要形式
消化氨基酸部位
Ala,芳香族氨基酸主要在肝脏分解
支链氨基酸(Val,Leu,Ile)主要在骨骼肌中分解
体内氨基酸主要功能是合成蛋白质和多肽,也可以转变为其他生理活性物质,如嘌呤,嘧啶,肾上腺素等
氨基酸分解主要是脱氨基作用,并由此产生α-酮酸及氨的代谢
脱氨基方式:氧化脱氨基,转氨基,联合脱氨基,非氧化脱氨基
α-酮酸进一步代谢
经氨基化生成非必需氨基酸
转变为碳水化合物和脂类
氧化供给能量
氨是有毒物质,正常情况下体内产生氨主要在肝脏转变为尿素解毒,少部分氨在肾脏以铵盐形式由尿排出,正常人尿素占尿排氮总量的80%~90%
个别代谢
氨基酸脱羧基作用
Glu脱羧基形成γ-氨基丁酸是抑制性神经递质,对中枢神经有抑制作用
His脱羧基形成组胺是一种强烈的血管舒张剂,并能增加毛细血管的通透性
Trp脱羧基形成5-羟色胺作为神经递质,具有抑制作用,在外周组织中有收缩血管作用
一碳单位的代谢
一碳单位:甲基,甲烯基,甲炔基,甲酰基,亚甲氨基
一碳单位不能游离存在,常与四氢叶酸结合而转运和参加代谢
一碳单位主要来源于,Ser,Gly,His,Trp的代谢
主要生理功能是作为合成嘌呤和嘧啶的原料
含硫氨基酸的代谢:Met,Cys,胱氨酸
Met可以转化为Cys,Cys和胱氨酸可以相互转化
Met含有S-CH3结构,通过各种转甲基作用可以生成多种含甲基的重要生理活性物质,如肾上腺素,肌酸,肉碱等
Cys上的-SH是维持蛋白质结构稳定的重要部分,许多酶的活性中心与巯基有直接关系,如琥珀酸脱氢酶,乳酸脱氢酶等
芳香族氨基酸的代谢:Phe,Tyr,Trp
Phe经Phe羟化酶生成Tyr,羟化酶缺乏,Phe累积经过转氨基作用生成苯丙酮酸,进一步转变为苯乙酸等衍生物,存在于尿中,导致苯丙酮尿症(PKU)。患儿智力发育障碍
Tyr转化
经Tyr羟化酶作用生成多巴,经多巴脱羧酶作用生成多巴胺,多巴胺在肾上腺髓质中羟化生成去肾上腺素,经过甲基化变成肾上腺素。多巴胺,去肾上腺素,肾上腺素统称为儿茶酚胺
经过酪氨酸酶生成黑色素
人体缺乏酪氨酸酶时,黑色素合成障碍,皮肤、毛发等发白,称为白化病
经过Tyr转移酶作用生成对羟基苯丙酮酸,经尿黑酸等中间产物生成延胡索酸和乙酰乙酸,分别参加糖和脂肪酸代谢
体内尿黑酸酶先天性缺陷时,尿黑酸分解受阻,出现尿黑酸尿症
Trp转化
5-羟色胺
生成一碳单位和多种酸性中间代谢产物
分解产生Ala和乙酰辅酶A
分解产生烟酸,合成量很少
支链氨基酸的代谢:Leu,Ile,Val
通过转氨基作用生成相应的α-酮酸
通过氧化脱羧生成相应的脂酰辅酶A
通过脂酸β氧化过程,生成不同中间产物参与三羧酸循环
分解多在骨骼肌中进行,可以作为合成肌肉蛋白质的原料,可以被肌肉用作能源物质氧化供能
Leu可以刺激蛋白质合成,抑制分解,在临床营养中具有重要作用
蛋白质生理功能
蛋白质占人体重量的16~20%
构成和修复组织器官
身体的成长发育可视为蛋白质不断累积的过程
构成生理活性物质
酶
抗体
激素
载体
维持体液渗透压和酸碱平衡
供给能量
1g蛋白质在体内产生约16.7kJ的能量
肽类特殊生理功能
参与机体免疫调节
促进矿物质吸收
降血压
清除自由基
蛋白质缺乏和过量的危害
蛋白质缺乏的危害
蛋白质缺乏往往会伴随能量缺乏,导致蛋白质-能量营养不良(PEM),PEM是一种因蛋白质和能量长期摄入不足导致的能量缺乏病
因食物缺乏引起的为原发性PEM
因某些疾病造成食物摄入,消化或利用困难引起的为继发性PEM
二者同时缺乏,表现为混合型PEM
PE临床特征
轻中度表现为体重丢失,皮下组织脂肪减少
重度主要表现为干瘦型,浮肿型,混合型
蛋白质缺乏对所有器官均有不利影响
在婴儿或儿童中PEM可能对大脑功能产生长期不利影响
发生原因
主要是由于贫穷和饥饿导致膳食蛋白质摄入不足
一些疾病可能导致PEM
胃肠道疾病造成消化吸收不良
肾病,慢性出血性疾病以及艾滋病等感染性疾病造成蛋白质损耗增加
肝脏疾病造成蛋白质合成障碍
神经性厌食症患者以及减肥不当的成人易发生PEM
蛋白质过量的影响
骨骼与肌肉的健康
蛋白质摄入量增加一倍时,尿钙增加50%
老年人适当增加蛋白质摄入量有助于肌肉蛋白质合成,提高肌肉质量,数量和功能,对预防和改善老年人少肌症具有一定意义
肾功能与肾结石
提高膳食动物性蛋白质的摄入量,会升高尿中钙和草酸盐的量,使肾结石(草酸钙)发病风险升高
心血管疾病
无相关性确凿证据
人体蛋白质营养状况评价
我国膳食蛋白质摄入量
成人
EAR=0.9g/(kg*d),RNI=1/(kg*d)
男RNI=65g/d
女RNI=55g/d
孕妇
孕早,中,晚期每天多增加0.9g,10.3g,31.8g
乳母
平均需要量每天增加20g
推荐摄入量每天增加25g
婴儿
0~6个月婴儿蛋白质AI值为1.5g/(kg*d)
7~12个月婴儿EAR=15g/d,RNI=20g/d
蛋白质主要食物来源
植物性蛋白质
谷类含蛋白质8%左右,虽然含量不高,但谷类是主食,是蛋白质主要来源
小麦含12%,主要为谷蛋白和麦醇溶蛋白,Lys含量低
燕麦含量15~22%,氨基酸含量组成比较平衡
大米含7~10%,主要是谷蛋白,Lys为限制氨基酸
鲜玉米含4%左右,玉米醇溶蛋白为主,Lys,Trp含量低
豆类含有丰富蛋白质,大豆含量达35~40%,体内利用率较高
动物性蛋白
蛋类含11~14%,是优质的蛋白质来源
奶类一般含3~3.5%,每升牛乳含蛋白质28.5~34.8g,是幼年动物蛋白质最佳来源,营养价值不如母乳,氨基酸较为平均,常作为参考蛋白质
肉类包括禽,畜和鱼的肌肉,新鲜肌肉含15~22%,肌肉蛋白质营养价值优于植物蛋白质,是人体蛋白质重要来源
为改善膳食蛋白质质量,在膳食中应保证有一定数量的优质蛋白质,一般要求动物性蛋白质和大豆蛋白质应占膳食蛋白质总量的30~50%