巢湖职院临床营养学教案01-2蛋白质与氨基酸.docx
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1、第二章蛋 白 质与氨基酸第一节蛋白质的生化一、蛋白质的化学蛋白质分子是生物大分子,分子量约从5, 000到数百万。其基本单位是氨 基酸,通式为:构成人体氨基酸20多种;其中异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缴氨酸共8种,在体内不能自行合成,或合成速率不能满足机体需要,必须由食物供给,这些氨基酸称为必需氨基酸第9种中的组氨酸是婴幼儿必需氨基酸,婴儿缺乏时患湿疹。其余11种在体内能自行合成,称 为非必需氨基酸。但是半胱氨酸和酪氨酸在体内能分别由蛋氨酸和苯丙氨酸合成, 这两种氨基酸如果在膳食中含量丰富,则有节省蛋氨酸与苯丙氨酸两种必需氨基 酸的作用,因此有时称为半需氨基酸。
2、氨基酸在体内代谢途径可以归纳为三种:掺入组织蛋白。经过一段时间 后,随着组织蛋白的分解,又重入游离氨基酸库;进行分解代谢。其碳架形成 C02呼出、或转化为糖原和脂肪蓄积,其氨基形成尿素排出;合成其他含氮化 合物,如喋吟碱、肌酸、肾上腺素。这些物质继续降解不再返回游离氨基酸库。 此外,还合成其他非必需氨基酸。二、氨基酸转变为生理活性物质氨基酸在体内主要是用来合成蛋白质,少量用于合成其他一些有生理活性 的物质。合成非必需氨基酸:酪氨酸和半胱氨酸分别由苯丙氨酸和蛋氨酸衍生而来, 其他非必需氨基酸可由柠檬酸循环所产生的。-酮戊二酸或其他氨基酸与酮酸 形成(图2T)。上述合成不普遍存在于各种组织,如苯丙
3、氨酸只在肝脏受羟化酶催化而形 成酪氨酸。本丙氨酸最氨酸T高半胱氨基酸+丝节蝮f胱疏醺f半胱氨酸 葡4糖T甘油一丝土酸f甘氨酸丙酮酸 丙真酸a-a-阴戊二酸田谷氨酸f谷氨酸工-半醛f脯打酸J XHsI草酷乙酸- 门冬氨酸 乌氨酸“精坡酸图2-1非必需氨基酸的合成甘薯72花生59虾77玉米 60白菜 76牛奶 85(3)蛋白质净利用率(net protein utilization, NPU)蛋白质生物价值 没有考虑在消化过程中未吸收而丢失的氮,所以Miller等建议将生物价值乘以 消化率,称之为蛋白质净利用率:NPU二BV X D二保留N/摄入N(4)蛋白质效力比(protein efficie
4、ncy ratio, PER)蛋白质效力比是摄 入单位重量蛋白质的体重增加数:PER=体重增加(g) /摄入蛋白质(g)通常用雄性断乳大鼠为实验对象。Osborne等证明PER随饲料中蛋白质的水 平而改变,因而建议在适宜的蛋白质的水平上进行实验。习惯上用含10%蛋白质 的饲料,AOAC提出的标准步骤则用含9. 09%蛋白质的饲料饲养动物。此测定最大的缺点是没有把维持所需的蛋白质考虑在内,因而所得结果常 不成比例。例如PER为2时,其质量不等于PER为1时的两倍。不同实验测得的 PER的重复性往往不佳,为了减少实验室间的变异,假设酪蛋白(参考蛋白)的 PER值:校正的PER=PERX (2. 5
5、/酪蛋白的实测PER)(5)氨基酸评分(amino acid score)或化学评分(chemical score) 1946 年Block等指出在合成蛋白质的场所,构成蛋白质所必需的氨基酸(AA)必须同 时存在,缺乏其中任何一种就会影响合成,因此用食物蛋白氨基酸的组成评价蛋 白质。查表计算或测定某种受试食物蛋白或混合食物蛋白中每一种必需氨基酸的 含量,与参考蛋白进行比较,以每种氨基酸与参考蛋白氨基酸的比值表示。比值 最低的那种氨基酸,即为第一限制氨基酸,此最低比值即受试食物蛋白的氨基酸 评分或化学评分。氨基酸评分可计算如下:氨基酸评分二每克受试蛋白的某种AA含量(mg) /每克参考蛋白的该种
6、AA 含量(mg) X100或 氨基酸评分二受试蛋白每克N的某AA含量(mg) /参考蛋白每克N的该种 AA 含量(mg) XIOOo表2-10理想的氨基酸需要量模式异亮氨酸亮氨酸赖氨酸蛋氨酸+胱氨酸苯丙氨酸+酪氨酸苏氨酸色氨酸缴氨酸含量(mg g-1蛋白质)40705535604010蛋白质来源赖氨酸50表2-11几种食物蛋白的氨基酸评分氨基酸含量(mg - g-1蛋白质) 氨基酸评分(限制含硫氨酸苏氨酸 色氨酸氨基酸)几种食物混食,由于必需氨基酸的种类和数量互相补充,而能更接近人体理想模式55354010100稻谷2438301144(赖氨酸)豆7224421468(含硫氨酸)奶粉8029
7、371383(含硫氨酸)谷、豆、奶粉混 合(67: 22: 11)5132351288(苏氨酸)3.蛋白质的互补作用需要量的比值,使生物价值得到相应的提高,这种现象称为蛋白质的互补作用如小麦、小米、牛肉、大豆各个单独食用时,其蛋白质生物价值分别为67、57、 69、64,而混食的生物价值可高达89。这种混合食物是营养不良地区低蛋白膳 食的良好补助食物,其蛋白质的生物价值仅略次于牛乳蛋白。用限制氨基酸补充到相应的食物中,如用赖氨酸补充谷类蛋白,用蛋氨酸、 赖氨酸和苏氨酸补充花生粉,同样可以起到互补作用。如在面粉中添加赖氨酸 0. 2%,面粉蛋白的生物价值可由47提高到71,学龄儿童食用这种赖氨酸
8、强化食 品一年后,身高、体重和抵抗力等均较对照组有显著提高。4.加工对食物蛋白营养价值的影响食物加工的方法有加热、冷冻、搅拌、高压、盐腌等,其中以加热对蛋白 质的影响最大。蛋白质经过加热处理,构型(Configuration)改变,固有的生 物活性丧失,这种变化称为变性。如蛋清受热凝固、瘦肉受热收缩变硬都是变性 现象。各种蛋白质的耐热性能不一,多数在6080C开始变性。变性不同于变 质,蛋白质的一级结构未变。烹调和防止食物腐败往往采用100200的加热法。在上述温度下和没有 糖存在时,蛋白质发生变性,维持蛋白质空间构象(Conformation)的次级键发 生断裂,破坏了肽键原有的空间排列。原
9、来在分子内部的一些非极性基团暴露到 分子表面,使蛋白质的溶解度降低,甚至凝固。同时各种反应基团如-NH2、-C00H、 -OH、-SH释放出来,使蛋白质易于酶解,也变得容易消化。食物中氨基酸的损 失不大。某些食物中含有阻碍酶作用的抑制剂。如大豆中的抗胰蛋白酶、血球凝集 素,蛋清中的卵粘蛋白等受热后因变性而失去活性。解除了对酶的抑制作用,从 而提高了食物的营养价值。大部分食品除蛋白质外,还含有具还原性的糖类。蛋白质过度加热,尤其在 有还原糖存在的条件下,可产生非酶的美拉德(Maillard)反应。食物变成棕褐 色,其中氨基酸主要是赖氨酸遭到破坏,减低了蛋白质的生物价值。同时蛋白质 的酶解也下降,
10、使食物不易消化。美拉德反应的过程甚为复杂,即使在较低温度 下也能进行,只是反应速率相当缓慢。.喋吟和喀咤的生物合成:喋吟和喀咤碱可从食物供给,也能在体内自行合 成。合成的主要原料是门冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸等。肌酸和肌酸酎的生物合成:肌酸由食物供给,也可以在体内从蛋氨酸、甘 氨酸和精氨酸合成。肌酸由血液送至肌肉,被主动吸收,每天转换率为2%。体 内大部分肌酸以肌酸和磷酸肌酸的形式储于骨胳肌。在静止的肌肉中则以磷酸肌 酸为主,而在疲劳的肌肉中,磷酸肌酸浓度却很低。这是由于磷酸肌酸在磷酸肌 酸转移酶的作用下,转变为肌酸和ATP的结果:肌酸+ ATP_.磷酸肌酊磷酸肌酸转移酶这个反应使肌肉在无氧条件
11、下,能从磷酸肌酸获得附加的但数量有限的ATPO 不论肌酸或者磷酸肌酸主要通过非酶脱水反应缓慢而不可逆地形成肌酸酎。肌酸 酎不被利用,进入血液随尿排出,每日肌酸酢生成的量相当恒定,约为总肌酸库 的 1. 7%o三、蛋白质的生物合成和周转蛋白质有高度的特异性。食物蛋白必须经过消化水解成为氨基酸而吸收, 再合成人体所需要的各种蛋白质。蛋白质的合成体系主要由信使核糖核酸(mRNA)、 转运核糖核酸(tRNA)、核糖核蛋白体核酸(rRNA)和某些蛋白质因子共同组成。 mRNA是蛋白质合成的模板,tRNA是搬运氨基酸(原料)的工具,rRNA相当于装 配机,促进氨基酸相互以肽键相结合。各种氨基酸在各自的搬运
12、工具携带下,在 装配机上按照模板的要求有次序地相互结合,生成具有一定氨基酸排列顺序的特 定多肽链。合成后的多肽链,有的经过一定处理,有的与其他多肽链、糖、脂质 等结合后形成具有生物活性的蛋白质。当合成原料(特别是必需氨基酸)供给不 足时,可引起细胞内蛋白质合成减缓或停止。每日蛋白质合成的量取决于生长、合成各种酶和修补组织细胞的需要。各 种组织细胞合成与分解的速率差异很大,如小肠粘膜每12天更新一次,而红 细胞的寿命则约为120天。各种氨基酸按照特定的化学反应进行降解。图2-2表明大鼠体内氨基酸降 解的主要场所和产物。有7种必需氨基酸主要在肝脏降解,其余异亮氨酸、亮氨酸、缴氨酸3种 必需氨基酸(
13、支链氨基酸)主要在肌肉中以及肾、脑中降解。支链氨基酸在肌肉 中经转氨基作用变为丙酮酸和谷氨酸,继而分别形成丙氨酸和谷氨酰胺,再经血 循环分别送到肝脏和肠。在肠壁转变为丙氨酸和谷氨酸。丙氨酸经门静脉送入肝 脏,其氨基形成尿素、碳架经糖原异生作用转为糖(图2-3)。尿素的形成几乎全部局限在肝脏中,因肝脏是唯一含有精氨酸酶的组织。 首先是氨和CO2合成氨甲酰磷酸,然后经过瓜氨酸、精氨(酸代)琥珀酸、精氨 酸等一系列合成反应(图2-4),最后精氨酸在精氨酸酶的催化下分解为尿素和 鸟氨酸。鸟氨酸重返尿素合成的循环,尿素随尿排出。尿氨是蛋白质代谢的最终产物之一,在肾脏合成。由血浆送来的谷氨酰胺, 在肾脏的
14、近曲小管上皮细胞中,经谷氨酰胺酶催化水解为氨和谷氨酸盐。谷氨酸 盐在谷氨酸脱氢酶的催化下,又产生氨和& -酮戊二酸。氨随尿排出;a-酮戊 二酸经糖原异生作用形成葡萄糖,送入血循环重新利用。在饥饿或糖尿病等发生酸中毒的情况下,尿氨增多,肾脏既排泄氨又成了供给葡萄糖的场所。氨的形成 也使身体保存了钠离子,否则钠离子将用于中和酸而被排出。酸中毒的情况下,尿氨增多,肾脏既排泄氨又成了供给葡萄糖的场所。氨的形成 也使身体保存了钠离子,否则钠离子将用于中和酸而被排出。(1)必需氨招酸肝脏r尿素合成精氨酸赖氨酸L鸟氨酸T谷紫酸谷冢酸 。一般戊二酸.笨丙氨酸一, 酪氨露湎三蔽谷氨酸 组氨酸f尿刊宁酸+氨一 谷
15、氨酸一蛋氨酸T8腺甘聚氨酸f高半胱氨酸f高丝氨酸f氨苏氨酸一所第r假+氨色氨酸f甲酰基犬尿IR原f邻氨基笨甲酸1犬尿酸 黄尿酸尿哇唯酸烟酸甲基叱熨酸肌肉、骨胜、脑异光长酸 亮氨酸 域氨酸士谷氨酸a-.戊二酸(丙氨酸送入肝脏)(2)非必需氨基酸丙冢七砧三谷氨酸脑顿酸一毗略烷阳姣酸一谷氨酸羟脑氨酸- 羟毗咯烷诩段酸一谷氨酸门冬冢酸门冬冢酸. 谷公斤a-阴戊二酸dm丝氨酸f丙酮酸+纸-甘氨酸f二按用渡+氨 一 )I?谷氨酸图2-2氨基酸主要降解场所与产物图2-3葡萄糖-丙氨酸循环 C02+NH3+ATP第二节 蛋白质的生理功能及代谢一、蛋白质的生理功能1,构成身体组织,促进生长发育2 .构成体内许多
16、有重要生理作用的物质3 .免疫系统重要的物质基础4 .维持体内的酸碱平衡和水分在体内的正常分布5 .供给机体热能人体蛋白质需要量和评价蛋白质的营养状况通常以氮平衡来测定。在三大营 养素中蛋白质是人体中氮的唯一来源。膳食蛋白质的利用氮平衡:体内氮代谢的最终产物主要随尿排出,汗液和脱落的皮屑中含有 少量含氮化合物,还有微量的氮随毛发、鼻涕、月经、精液等丢失。肠道中未被 吸收的含氮化合物从粪排出。尿中主要的含氮化合物有尿素、氨、尿酸和肌酸酢,其量随蛋白质的摄入 而异。普通膳食时,尿素氮占总氮量80%以上;低蛋白膳时,尿素氮降低;饥饿 时,氨氮增高。尿肌酸酎的排出量似乎与膳食蛋白的含量无关。氮平衡状态
17、可用下式表示:摄入氮二尿氮+粪氮+通过皮肤排出的氮二排出氮氮平衡状态有三种情况:(1)氮平衡,即摄入氮与排出氮相等,表明组织蛋白质的分解与合成处于 平衡状态,见于正常成年人;(2)正氮平衡 见于正常生长发育的儿童、青少年,孕妇及恢复期病人;(3)负氮平衡 见于消耗性疾病及吸收不良时65Kg体重的成年男子每天必要的氮损失为3. 5g氮,即22g蛋白质。蛋白质热能营养不良(PEM)氮平衡受热能摄入量的影响限能有节省蛋白质的作用。如1973年FA0/WH0 专家委员会报告,给受试者蛋白质0.57g kg-1体重,当热能供给量充裕时,出 现正氮平衡;而当热能供给量在维持水平时,出现负氮平衡。氮平衡还受
18、生长激 素、睾酮、皮质类固醇和甲状腺素等激素的影响。这些激素有促进蛋白质合成的 作用,或促进蛋白质分解、抑制合成的作用。第三节 膳食中蛋白质的供给量及食物来源一、蛋白质和氨基酸的需要置.蛋白质的娜曼和供给量营养素的需要量是维持人体正常生理功能和健康所必需的最低量;供给量 是能满足人群中绝大多数人需要的摄取量,是根据需要量制订的。蛋白质需要量 的测定方法有要因加算法、氮平衡法两种。要因加算法(factorial method)是用测定必需丢失氮(obligatory nitrogen loss)来确定蛋白质需要量的方法。人(或动物)在进食无蛋白膳的 条件下所丢失的内源氮,包括尿、粪氮和皮肤氮等,
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