蛋白質  (PROTEINS) 

 

蛋白質主要可分為動物蛋白質及植物蛋白質。前者包括牛肉、豬肉、羊肉、家禽、內臟、雞蛋、牛奶、魚等；後者包括豆、麥等穀類。

 

組成：

 

蛋白質的成分，蛋白質是由氨基酸組成。氨基酸(Amino Acid)主要可分為兩大類： Non-essential Amino Acid－身體能自行製造，毋須依賴食物提供；Essential Amino Acid－ 身體不能製造，有賴食物提供(9 EAA)。 差不多一半的氨基酸是由身體自行製造，其餘的則靠食物提供。

 

(1) 主要是碳、氫、氧、氮等四種元素所構成的，其中氮的存在使蛋白質有別於醣類與脂肪。構成蛋白質的其他少量元素尚有硫、磷、鐵、銅等。

(2) 蛋白質的分子量，可由13000至幾百萬不等，所以蛋白質的分子比醣類與脂肪大很多。

 

   結構：

胺基酸是一種有機化合物，含有胺基（—NH2）以及梭基，所有蛋白質水解而得的胺基酸均屬α－胺基酸，亦即胺基與梭基同在一個碳上，可以下列之結構式表之：

NH2

∣

R－C－COOH

∣

H

分類

必需胺基酸

非必需胺基酸

脂肪族胺基酸

中性
  • 酥胺酸（Thr.）
  • 擷胺酸（Val.）﹡
  • 白胺酸（Leu.）﹡
  • 異白胺酸（Ile.）﹡
  • 甲硫胺酸（Met.）﹢

�h  甘胺酸（Gly.）

�h  丙胺酸（Ala.）

�h  絲胺酸（Ser.）

�h  半胱胺酸（Cys.）﹢

�h  胱胺酸（Cystine）﹢

酸性

　

　

—

　
  • 天門冬酸（Asp.）
  • 醯胺天門冬酸（Asn.）
  • 麩胺酸（Glu.）
  • 醯胺麩胺酸（Gln.）

鹼性

•離胺酸（Lys.）
  • 精胺酸（Arg.）
  • 瓜胺酸（Cit.）

芳香族胺基酸（中性）

•苯丙胺酸（Phe.）

•酪胺酸（Tyr.）

異環族胺基酸（中性）
  • 色胺酸（Trp.）
  • 組織胺酸（His.）

�h  脯胺酸（Pro.）

�h  羊巠脯胺酸（Hyp.）

 

〝﹢〞者表含硫之胺基酸；

胱胺酸和酪胺酸亦有人稱為「半必需胺基酸」。

蛋白質由很多的胺基酸，依照一定的比例及形式排列而成。在自然界中存在的胺基酸有50種以上，而對營養學而言，並存於蛋白質中的只有22種。

 

蛋白質的分類：

◎蛋白質可以化學性質、物理形狀及營學性質之差異，給予多種分類。

1.        簡單蛋白質 (Simple Protein)：是指以酸、鹼或酵素水解後，只能產生胺基酸或其衍生物。      

Plasma    白蛋白Albumin                   3.9    g %

                            球蛋白 Globulin                  2.3-3.5 g %

Nail

Connective tissue        Keratin               角蛋白

                                                  Collagen          膠原蛋白

                                                  Elastin        彈性蛋白

Hemoglobulin             血紅素 14g % of plasma

Myoglobulin          肌紅素

 

玉米           Zein

小麥        Glutenin

豆            Legumin

牛奶        Lactalbumin    lactoglobulin

 

2.        複合蛋白質：由單純蛋白質與非蛋白質物質結合而成。如：醣蛋白 （蛋白質與醣類物質結合）。   

脂蛋白     (Lipoprotein)

        核蛋白     (Nucleoprotein)

酪蛋白     (Casein)

               卵蛋白   (Ovovitellin)

Metalloprotein

3.        衍生蛋白質：單純蛋白質或複合蛋白質之分解產物，這包括分子內的重新組合但未被破壞 。如：多生太（Polypeptides）。

1.    纖維狀蛋白質Fibrous protein：由眾多生太鏈以平行方式連接成直線狀，它們通常不容於 體液中，且具有張力、韌性；如：頭髮、指甲中的角蛋白 (Keratin)等。

2.    球形蛋白質Globular Protein：由胺基酸之間的鍵成環狀且受緊密壓擠所形成之球狀或橢圓球狀，通常可溶於體液中，如血紅蛋白等。

1. 完全蛋白質(Complete protein)：

 

含有足量的必須氨基酸 (essential amino acids)以供組織所需，同時還能夠促進正常的 生長速率。

 肉類、蛋類  (ovalbumin)、奶(casein)  高生物價蛋白質

2.    部分完全蛋白質：

為生長發育所需，缺了它們生命仍可維持。

3.    不完全蛋白質：  

光靠它們並不足以應付組織新陳代謝所需，因而不足以維持生命。                     

植物性食品    米、麵、  缺  Lysine   

玉米    缺  Tryptophan、  

大豆     缺  Methionine

動物性食品

                       collagen                            gelatin (果凍膠)

缺Methionine, Lysine, Tryptophan，

         Fish Fin          缺  Tryptophan

 

 蛋白質營養價值

two  factors

      質 (以 Essential .Amino .Acids. 為准)

      量

                           

Note. 素食者可用互補的方式，如米/ 大豆

 

食物蛋白質品質  評定方法

 

1.  化學積分法 (Chemical  Score)

蛋白質品質的評定方法，其一是用化學分析法，及分析各種胺基酸的含量，再與1973年FAO/WHO所定之參考蛋白之各胺基酸比較，這個比值稱胺基酸積分或化學積分，計算如下：

胺基酸積分

（化學積分）

 
 
　　　　　　　　　　　

 

各個胺基酸均有個積分，積分最小之胺基酸，表示此最為缺乏之胺基酸 (limiting amino acid)，或稱第一缺乏胺基酸，其次為第二缺乏胺基酸，再者為第三缺乏胺基酸，如玉米之第一二三缺乏胺基酸分別為離胺酸，色胺酸，異白胺酸。要提高營養價值所用之添加法，必需從第一二三順序添加。若未按順序添加，反而使動物生長遲緩。

 

雞蛋，母奶及牛奶蛋白因蛋白品質高，被列為參考蛋白，另有一種是FAO/WHO所定之假想蛋白。各種參考蛋白之胺基酸含量列表2。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表2  各種參考蛋白之胺基酸含量(mg/g蛋白質)

 

1973 FAO/WHO

暫定蛋白

 

母奶

 

牛奶

 

雞蛋

組胺酸(Histidine)

異白胺酸(Iso leucine)

白胺酸(Leucine)

離胺酸(Lysine)

甲硫胺酸(Methionine)

+胱胺酸(Cysteine)

苯丙胺酸(Phenylanaline)

+酪胺酸(Tyrosine)

羫丁胺酸(Threonine)

色胺酸(Tryptophan)

糸颉胺酸(Valine)

 

 

總計

+組胺酸

 

*

 

40

 

70

 

55

 

35

 

 

 

60

 

 

 

40

 

10

 

50

 

 

360

 

26(18-36)

 

46(41-53)

 

93(83-107)

 

66(53-76)

 

42(29-60)

 

 

 

72(68-118)

 

 

 

43(40-45)

 

17(16-17)

 

55(44-77)

 

 

434(390-552)

460(408-588)

 

27

 

47

 

95

 

78

 

33

 

 

 

102

 

 

 

44

 

14

 

64

 

 

477

504

 

22

 

54

 

86

 

70

 

57

 

 

 

93

 

 

 

47

 

17

 

66

 

 

490

512

 

利用化學積分法評量蛋白質只能做初步瞭解。因為這種方法尚未考慮食物中蛋白質的消化率，胺基酸有效性等，例如離胺酸可與還原醣結合(即Millard  reaction)，這種結合物不能被身體消化酵素分解，減少離胺酸的作用，像這樣的失去效率的離胺酸與有效離胺酸，在用化學分析的化學積分法是無法辨識出來的，最好用動物實驗來測試蛋白質的品質。

 

利用動物實驗以測試蛋白質的方法有三，即蛋白質效率，蛋白質淨利用率及生物價。以動物做實驗，視其生長及體重增減及健康情況如何，來決定蛋白質的好壞，通常選用剛斷奶的老鼠或小雞為實驗對象。

 

2.  蛋白質效率 (Protein Efficiency  Ratio)

此表示剛斷奶老鼠攝取一克蛋白質能增加體重的克數，簡稱為PER (protein efficiency ratio)，PER越高，表示蛋白質品質越好，雞蛋的PER約為4，黃豆約為2.4，麵粉僅為1而已，若PER為2以上，為品質優良的蛋白質。

 

 

3.  蛋白質淨利用率(net protein utilization簡稱NPU)

動物吃入蛋白質後，可消化者，被身體分解吸收。不能消化的蛋白質由糞便排出，稱為糞便氮素。被吸收的氮素稱為吸收氮素，吸收氮素中有一部分被利用來製造身體組織者稱為保留氮素，一部分經代謝，而主要以尿素狀態被排在尿中的稱為尿氮，淨蛋白利用率為保留氮數及氮總攝取量的比數，在乘以100所得數值即為NPU，這種數值可以很明顯地表示出蛋白質的好壞。

(NPU=BV*消化吸收率)

=動物吃無蛋白飼料時的尿氮。

 =動物吃無蛋白飼料時的糞便氮素。

各種食物蛋白質之蛋白淨利用率如表3。

 

表 3  各種食物蛋白質之蛋白淨利用率

食物

生物價值

食物

生物價值

牛奶

蛋

牛肉

魚

米

玉米

 

82

 

90

 

80

 

83

 

57

 

52

麵粉

麵筋

黃豆粉

馬鈴薯

豌豆

甘藷

 

52

 

37

 

65

 

71

 

44

 

72

 

 

 

4.   生物價值(Biological value簡稱為BV)

BV之計算，是以吸收後的氮量為分母，以保留氮量為分子，再乘以100。BV值常高於NPU值(因為NPU=BV*吸收率，而吸收率通常低於100%)。

 

 

各種食物蛋白質的生物價值，詳見表4。

 

 

表 4  蛋白質與其生物價值

食物

生物價值

食物

生物價值

人奶

蛋

牛奶

肝臟

牛肉

魚

黃豆

 

95

 

94

 

90

 

77

 

76

 

76

 

75

糙米

麵粉(全穀)

洋山竽

酵母

玉米

花生米

豌豆

 

75

 

67

 

67

 

63

 

60

 

56-60

 

40

 

蛋白質的一般性質：

◎蛋白質的溶解度 影響因素如下：

1.    ph值：當ph值在其等電點（pI）時，溶解度最小。

2.    鹽濃度：當在低濃度時，蛋白質的溶解度隨著鹽濃度的增加而增加，稱為Salting-in。當鹽濃度高至某一濃度時，蛋白質的溶解度隨著鹽濃度的增加而減少，稱為Salting-out。

3.    溶媒的介電常數（Dielectric contant）：酒精、丙酮的常數較水小，使蛋白質分子在此溶媒中的斥力較小，溶解度較低。

4.    溫度：在一限定的溫度（約0~40℃）下，大部份的蛋白質溶解度隨溫度的上升而增加。

◎蛋白質的沈澱作用

能使蛋白質發生沈澱作用的因素：酸、酸性試劑、單寧酸、重金屬離子（汞離子、鉛離子等）、咖啡因、嗎啡、中性鹽、有機溶媒、熱等。

◎蛋白質的變性作用 (Denaturation)：

＊變性蛋白質的特性：

（1）溶解度降低。

（2）生物活性消失。

（3）不能結晶。

（4）易受蛋白脢的水解。

（5）滴定曲現改變，因可滴定的官能基增加。

（6）-SH等基團的反應活性增加。

蛋白質的變性效應：

a.蛋白質經些微加熱後，其橫向鍵即斷裂，因而可加速消化之進行；但相反的，過度的加熱反而可能造成橫向鍵的生成，而使消化進行困難。

b.有一種抵抗消化的作用，稱為梅納反應（Maillard reaction）或 褐化反應（Browning reaction），即是由於長期受熱而形成於醣類與離胺酸之間的反應。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

蛋白質之消化和吸收 (Digestion and absorption)：

1、蛋白質的消化綱要

 

位置

不活化物質

活化物質

活 化 酵 素

消 化 作 用

口腔

無

無

無

將食物嚼碎以增加作用面積

胃

胃蛋白脢原（Pepsinogen）

鹽酸（HCl）

胃蛋白脢（Pepsin）

可斷裂芳香族氨基酸或白胺酸胺基端之生太鍵

凝乳酵素（Rennin）

可將牛奶中的酪蛋白（Casein）催化成含鈣的副乾酪素（Ca paracasei- nate）

腸

胰蛋白脢原（Trypsinogen）

腸激動脢（Entero-kinase）

胰蛋白脢（Trypsin）

可斷裂離胺酸或精胺酸之梭基端生太鍵

食糜蛋白脢原（Chymotrypsinogeni）

胰蛋白脢（Trypsin）

食糜蛋白脢（Chymotrypsin）

可斷裂色胺酸、酪胺酸、苯丙胺酸之梭基端生太鍵

前梭基生太脢（Procarboxy-peptidase）

胰蛋白脢

梭基生太脢（Carboxypeptidase）

可斷裂生太鍵梭基端的最末一個生太鍵

腸內細胞

 

 

刷狀緣 (Brush border)：

胺基寡（Aminooligopeptidase）及雙生太脢（Dipeptidase）

前者可斷裂短生太鍵胺基端的最末一個生太鍵；後者可斷裂雙生太而形成氨基酸

 

 

細胞質：雙及三生太脢（Di and tripeptidase）

可斷裂雙生太及三生太而形成氨基酸

 

 

 

 

 

酵素抑制劑效應：

消化係數：

a. 蛋白質之消化係數是指吃下去的蛋白質所能吸收的百分比。計算方法為：消化係數（CD）＝【氮攝取量－（糞便氮量－無蛋白質飲食時之糞便氮量）】÷氮攝取量×100

b. 牛奶和蛋的消化係數約為97，植物性蛋白質約在75至80左右，所以含較多量動物性蛋白質者會有較好的消化率。

吸收   

Amino acids absorbed into blood.    or

        small peptides absorbed by pinocytosis 

1.     存在於小分子生太上的氨基酸，其吸收速度要比游離氨基酸來得快。游離氨基酸通常只有在小腸近端較易吸收，而生太卻是在小腸遠端及近端均可吸收。

2.     氨基酸的吸收和葡萄糖一樣，需靠主動運輸。而主動運輸需要（1）ATP；（2）在小腸黏膜細胞中需要特別的輸送蛋白；（3）需與鈉 離子的吸收同時進行。

3.     不同的氨基酸，有不同得吸收速率。

4.     現以發現有12個「與膜結合的特殊立體運輸系統」（Stereospecific membrane-bound transport system），分別可輸送下列12組氨基酸：

5.    共用同攜帶者的氨基酸之間，就可能形成競爭。因為有這種競爭得存在，所以含有過多較易吸收氨基酸的蛋白質，反而不如分配均勻的蛋白質來的有效；因為攜帶者的數量有限，如此反而會減少那些較不易吸收氨基酸的吸收量。

氨基酸的吸收速率之控制，主賴於：

a. 經由消化所釋出之氨基酸總量。

b. 存在的各種氨基酸之比例。

c. 黏膜細胞上司轉運之攜帶者的可用程度。

d. 組織接受氨基酸之速度。

7.    氨基酸的吸收，可被一些抗生素所抑制，如：Puromycin，Actinomycin D，因其抑制輸送蛋白的合成。

a.在某些情形下，完整的蛋白質可經胞飲 (Pinocytosis)作用而被吸收。 For example, Dipeptide, Tripeptide and 

γGlobulin  can be absorbed by intestine

b. Pyridoxal phosphate型態的維生素B6與氨基酸字腸部的黏膜層至漿膜層（Serosa）的主動運輸有密切的關係。

     

 

 

 

 

 

 

 

蛋白質之功能：

1.    維持生命與成長： (人體) 1-2 % total body protein a day turnover蛋白質是構成肌肉、器官 (Hair, Nail, Bone, Organs, Muscle) 的主要材料。

每一活細胞及體液均含有蛋白質。胺基酸是提供生命中用來建立及不斷置換體細胞所需的原料。蛋白質亦是維持人體生長發育、構成及修補細胞的主要元素，蛋白質可以提供足夠的氨基酸給人體細胞，這些細胞再製造新的蛋白質。Proteins provide a variety of essential functions in the body. 不同的蛋白質分子式，決定於細胞核內遺傳物質的氨基酸序列。

2.    製造酵素 (Enzymes)

3.    製造抗體 (Antibodies)

4.    又協助骨骼、內臟  肌肉( Actin and Myosin),、

5. 結締組織(Connective tissue,)         

(e.g., 角蛋白Keratin,  膠原蛋白Collagen,  彈性蛋白Elastin)、修補及更新。頭髮、指甲等的基本物質。

6.  Blood-clotting factors

7.    Maintain  fluid balance  e.g.  100ml plasma has 3.9g              albumin(白蛋白)   

 

8.    Globulin             about   2.3 – 3.5g % plasma

 

9.    製造荷爾蒙hormones 。 E.g. Insulin,  Growth Hormone

10.   Form glucose for energy source for the brain during fasting         state

11.   能量：平均每一公克的蛋白質可提供4大卡的熱量。

12.   血紅素        (Hemoglobulin)      送

 

 

 

 

Different Amino Acids also provide precursors for different important N-containing compounds  

 

l         Tyrosine     ------------à Thyroxine, Epinephrine, Melanin

   

l         Tryptophan -  -----------à  Serotonin (a neurotransmitter)

 

 

l         Creatine  Formation

 

l         Purine  (Adenine & Guanine)  AND Pyrimidine   (Thymine,  Cytosine) formation

 

 

l         Histidine  --------------------à  Histamine

 

l         Glycine    ------------------Gaba  (a   Neurotransmitter)

Protein Metabolism

 

               未消化之蛋白質

糞便中 氮
 
   膳食蛋白質                       

 


 內生 代謝性氮

 (酉每 ,黏膜細胞等)
 

腸中 微生物
 
   消化與吸收                                 

                                               尿素 (肝中)

代謝性 胺基酸池

在 血液,淋巴,肝臟

肌肉及其他器官中
 
                                        NH2

小便中 氮

(尿素為主)
 
                      分解代謝               碳鏈

 

 


  合成代謝     分解代謝

                       葡萄糖          脂肪     能量

(fast 飢餓時)

肌肉,器官,骨骼,等結構性蛋白質

血液蛋白質

酉每

激素

抗體
 
                      

 

                            尿素  NH2 – C – NH2

                                        O     

 

Protein需求量

 

 

                           

 

                              

(人體)    1-2%  total body per a day

 

  Body protein
 
                                    

     protein

degradation                         new protein    

   20-35 N g/day                        synthesis

                                  15-28 g/day  of N 

 

 

 


                              

  Dietary Protein
 
                           

 

                               Catabolism (urea) 5-7 g/day of N

of N


Dietary (量) Protein  Requirement Measurement

 

   

N balance = N in  –  N out ( feces + urine +skin )

                    Output: mainly in urine

尿素( urea )     20mg-35 mg a day

                 尿酸 (uric acid)   0.5mg-0.7mg

                 肌酸酐 (creatinine)  1mg-1.5mg

1   g  N  is  about   6.25 g protein

 

N balance = +     Children , pregnancy

     0      Adult

    -     Low protein diet situations

Sick patients, burning patients

Angry state

   So about  60-70 g   a day is required for an adult..

   Energy  之 12% should come from protein

    嬰兒，發育，哺乳，懷孕 ，外科手術燒傷需求增加

 

    


Protein Requirements

 

Factors

 

1.    Essential Amino Acids   Needed

2.    Energy Source.

 When we have enough carbohydrate or fat, we do not need protein for energy source affects protein

  

3.    Baby ， Children ，  pregnant ， lactating women requirements

                             Increase

4.    Malnutrition

 

5.    Surgery  Burning Conditions, Sick conditions, Protein requirements will be increased, too

 

6.    Stress，trauma  , Protein requirements increased

7.    Mal absorption

 

 

Protein Toxicity

       

      蛋白質過剩是一種浪費增加肝 腎的負擔

      肝           尿素        排出 blood urea  

 

Protein 缺乏

Kwashiorkor  蛋白質不足，熱量足，水腫 (Edema) 免疫力下降、失神， Fatty Liver, Dermatitis, Reddish Hair

 

Marasmus     ( 消瘦症) 蛋白質不足，熱量也不足, Weight loss, Slow growth