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1、第二章 蛋白质,第一节蛋白质的氨基酸组成与分类,1.蛋白质的元素组成和氨基酸组成 蛋白质含碳50-55%，氢6-8%，氧20-30%，氮15-18%，硫0-4%，磷0-3%，以及微量的Zn、Fe、Cu、Mn、I、Mo等。平均含氮量为16%。,自然界的氨基酸有170余种，但组成天然蛋白质的主要是其中的20种。这20种氨基酸除脯氨酸外，都是L型的-氨基酸，其结构通式为：H R C COOH NH2 氨基酸R基团的不同，决定了其理化性质的不同，而且对蛋白质的生物活性也有很大影响。(R-基团*),第一节蛋白质的氨基酸组成与分类,2 氨基酸根据其侧链的结构和理化性质分类：非极性疏水性氨基酸：包括甘氨酸（
2、glycine，Gly）、丙氨酸（alanine，Ala）等，其中异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸 称为支链氨基酸（branch chain amino acid，BCAA）。,蛋白质的氨基酸组成与分类,极性中性氨基酸：包括色氨酸（Trp）、丝氨酸（serine，Ser）、酪氨酸（tyrosine，Tyr）、半胱氨酸（cysteine，Cys）、天冬酰胺（asparagines，Asn）、谷氨酰胺（glutamine，Gln）、苏氨酸（Thr）和蛋氨酸（Met）；,蛋白质的氨基酸组成与分类,酸性氨基酸：包括天冬氨酸（aspartic acid，Asp）和谷氨酸（glutamic acid，Glu）；碱
3、性氨基酸：包括赖氨酸（Lys）、精氨酸（arginine，Arg）和组氨酸（His）,蛋白质的氨基酸组成与分类,蛋白质的氨基酸组成与分类,3氨基酸根据营养功能分类必需氨基酸（essential amino acid，EAA）：是指机体不能合成或合成速度不能满足机体需要，而必须从食物获取的氨基酸。目前已肯定的有九种，即赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苏氨酸（Thr）、蛋氨酸（Met）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、苯丙氨酸（Phe）、缬氨酸（Val）和组氨酸（His）。组氨酸为婴儿的必需氨基酸，成人需要较少。,非必需氨基酸（nonessential amino acid）：是指机体可
4、以利用体内已有的物质自行合成的氨基酸，不一定必须从食物获取，但其功能仍然是非常重要的。如丙氨酸（Ala）、谷氨酸（Glu）、谷氨酰胺（Gln）、天门冬氨酸（Asp）和天门冬酰胺（Asn）等。,蛋白质的氨基酸组成与分类,条件必需氨基酸：在某些特殊条件下可变成必需氨基酸。如蛋氨酸和苯丙氨酸在体内分别可转变为胱氨酸（Cys）和酪氨酸（Tyr）；如胱氨酸和酪氨酸供给不足，将加大对蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量。故这两种氨基酸属于条件必需氨基酸。甘氨酸（Gly）、丝氨酸（Ser）、脯氨酸（Pro）和牛磺酸（Taurine）在某些特殊条件下也是必需的。,蛋白质的氨基酸组成与分类,蛋白质的氨基酸组成与分类,4.蛋
5、白质的分类：（1）按分子形状可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。（2）按功能可分为活性蛋白质（酶、激素、转运蛋白、受体蛋白、运动蛋白等）和非活性（结构）蛋白质（胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝心蛋白等）。（3）按化学组成可分为简单蛋白质和结合蛋白。,蛋白质的分类与分布（简单蛋白）,蛋白质的分类与分布（结合蛋白）返回,第二节 蛋白质及氨基酸的生理功能,蛋白质在体内具有极其重要的功能，其他任何营养素都不能替代它蛋白质，是生命的物质基础。维持正常的生理功能：(1)酶；(2)肌肉收缩与运动：肌动蛋白、肌球蛋白；(3)运输：Hb、脂蛋白；(4)激素和神经递质；(5)抗体（Ig）；(6)维持酸碱平衡，细胞内外体
6、液平衡和正常的渗透压，遗传信息的传递及其调控等。,构建机体和修复组织 构成体内重要的化合物：酶、激素、抗体、补体、血红蛋白 供给能量：人体每天所需能量大约10%15%由蛋白质提供。,蛋白质的生理功能,部分氨基酸的特殊生理功能,(1)色氨酸：合成尼克酸和5-HT的前体物质。(2)蛋氨酸：甲基的重要供体（合成胆碱，肉碱等）；胱氨酸和其他多种含硫化合物的前体。(3)苯丙氨酸：酪氨酸的前体。(4)酪氨酸：儿茶酚胺类激素和神经递质（多巴胺，去甲肾上腺素，肾上腺素等）、黑素和甲状腺素的前体。,(5)甘氨酸：参与合成嘌呤，GSH，肌酸，神经递质，卟啉，胆酸。(6)组氨酸：组胺的前体；一碳单位的供体。(7)丝
7、氨酸：磷脂的成分，合成鞘脂，乙醇胺和胆碱的前体。(8)赖氨酸：形成胶原中的交联蛋白；合成胆碱的前体。(9)丙氨酸：生成葡萄糖的前体；从外周组织将氮送至肝的载体。,部分氨基酸的特殊生理功能,(10)天冬氨酸：尿素合成的前体；合成嘧啶的前体。(11)谷氨酸：血浆和骨骼肌中最多的氨基酸；氨基酸相互转化的中介；合成脯氨酸、鸟氨酸、精氨酸、多胺、-氨基丁酸（GABA）的前体；NH3的来源。(12)天冬酰胺：体内的氨基库。,部分氨基酸的特殊生理功能,(13)谷氨酰胺：非氨基酸反应的氨基供体；氮的载体（比谷氨酸更易穿过膜）；NH3的来源；可作为主要的供热源。(14)精氨酸与瓜氨酸：与尿素合成密切相关。(15
8、)肌酸酐：由精氨酸、甘氨酸和蛋氨酸合成。与磷酸合成磷酸肌酸，是细胞内高能磷酸键的主要来源。,部分氨基酸的特殊生理功能,第三节 蛋白质的消化、吸收与代谢,1.蛋白质的消化与吸收生物体内含有多种类型的蛋白质水解酶（即蛋白酶）。人和哺乳动物体内消化蛋白质的酶主要有胃蛋白酶、凝乳酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶)、羧肽酶和弹性蛋白酶,蛋白质在人体内的消化过程中，第一阶段的水解发生于胃，由羧基蛋白酶催化，以后的水解则需在胰液中的一些中性蛋白酶，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和羧肽酶的作用下进行。胃蛋白酶在胃酸环境中迅速将大分子蛋白质水解成较小的多肽片段。胰腺分泌的蛋白酶通过十二指肠进入肠腔，作用于胃蛋白酶
9、催化水解产生的多肽片段，使其进一步水解成能被吸收的二肽、三肽和氨基酸。故小分子肽类的最终水解主要是在小肠细胞内完成的。,蛋白质的消化、吸收与代谢,小肠粘膜细胞的刷状缘及胞液中含有多种寡肽酶，作用于肽链，从N端逐个水解肽键，释放出游离氨基酸，或短肽而通过人类小肠上皮细胞表面存在的载体，分别参与不同氨基酸的吸收。,蛋白质的消化、吸收与代谢,第四节 食物蛋白质营养学评价,食物中蛋白质的含量 蛋白质消化率 蛋白质生物价（biological value,BV）蛋白质的净利用率 蛋白质功效比值,第四节 食物蛋白质营养学评价,氨基酸评分氨基酸模式优质蛋白质、参考蛋白质限制氨基酸蛋白质互补作用,食物蛋白质的
10、营养价值，决定于以下三个因素：食物中蛋白质的含量；食物中蛋白质的消化率；食物蛋白质中必需氨基酸的含量及其相互比值。,食物蛋白质营养学评价,食物中蛋白质的含量：食物中蛋白质的含量测定多采用凯氏定氮法。由于多数蛋白质的平均含氮量为16%，故将测得的含氮量乘以6.25(即100/16)，即可得计算出食物的蛋白质含量（粗蛋白含量）。,食物蛋白质营养学评价,常见食物中蛋白质的含量范围：大米710%，小麦粉912%，玉米710%，大豆3040%，绿豆、豌豆1825%，核桃1217%，花生1828%，木耳1118%，猪肉（肥）13%，猪肉（瘦）1822%，猪肝1522%，鸡肉1722%，鸭肉1318%，鱼、
11、虾1522%，虾仁3550%，鸡蛋1114%，鲜牛奶2.53.5%，奶粉1825%，萝卜0.71.5%，马铃薯1.52.5%，菠菜23%，梨、苹果、葡萄0.10.8%，枣0.82.0%。,食物蛋白质营养学评价,2.食物蛋白质的消化率：食物蛋白质的消化率反映蛋白质在胃肠道内经消化酶作用而分解和吸收的程度，可通过动物试验和人体实验求得。蛋白质消化率（%）食物氮-（粪氮-粪代谢氮）100%食物氮,食物蛋白质营养学评价,粪代谢氮可在受试者完全不吃含蛋白质的食物时从粪中测得。一般24小时的粪代谢氮约为0.91.2g。但由于测定粪代谢氮较为困难，故在实际测定时常常不测定粪代谢氮，这时可按下述公式计算表观消
12、化率：食物氮-粪氮表观消化率（%）100（%）食物氮,食物蛋白质营养学评价,由于表观消化率低于真消化率，即对表观消化率蛋白质的营养价值是作了较低的估计，具有更大的安全系数，且测定方法简便，故实际应用较多。,食物蛋白质营养学评价,3.蛋白质的利用率：反映食物蛋白质利用率的指标有许多，常用者有以下三个：(1)生物学价值(BV)：即贮留的蛋白质占吸收蛋白质的比例，表示蛋白质吸收后在体内贮留的程度。生物学价值愈大，说明其利用率愈高。氮贮留量 蛋白质生物学价值 100 氮吸收量 氮吸收量食物氮-(粪氮-粪代谢氮)；氮贮留量氮吸收量-(尿氮-尿内源性氮),食物蛋白质营养学评价,(2)蛋白质净利用率(NPU
13、)：即贮留的蛋白质占摄入蛋白质的比例，表示摄取的蛋白质被机体贮留的程度，可体现出各种蛋白质的不同消化率。蛋白质净利用率(NPU)生物学价值消化率,食物蛋白质营养学评价,(3)蛋白质功效比值(PER)：即摄入每克蛋白质使动物体重增加的克数。可反映蛋白质对于机体生长发育需要的满足程度。动物体重增加(g)蛋白质功效比值(PER)摄入蛋白质(g),食物蛋白质营养学评价,PER的测定是以含10%待测蛋白质的饲料喂饲刚断乳的雄性大鼠4周，通过每日称量给食量和剩食量从而求得摄入蛋白质的总量，再与4周动物增重比较而算出。同一种蛋白质在不同实验条件下测出的PER常有较大差异，为便于比较和评价，实验时常使用标化酪
14、蛋白作为对照组，并将该组的PER定为2.5，再把实验组所得的PER换算为对照组的PER为2.5时的数值。即按下式计算待测蛋白质的相对PER：,食物蛋白质营养学评价,实验组PER待测蛋白质相对PER 2.5 对照组PER,几种食物的蛋白质含量和质量指标,食 物 蛋白质含量（%）质量指标（%）鲜食品 干食品 消化率 生物学价值 NPU 全鸡蛋 11.8 48 99 94 93 全牛乳 3.5 27 97 84 82 鱼 19 72 98 83 81 牛肉 18 45 99 74 73 大豆 15 41 90 73 66 花生 16 27 87 54 47 全麦 14 65 59 38 土豆 2 9
15、 89 67 60 玉米 11 90 59 53,食物蛋白质营养学评价,氨基酸模式（amino acid pattern）是指某种蛋白质中各种必需氨基酸相互构成比例。计算方法就是将某种蛋白质中色氨酸的含量定为1，分别计算其他必需氨基酸的相应比值，这一系列的比值就是该种蛋白质的氨基酸模式。,食物蛋白质营养学评价,当食物蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式越接近时，人体对食物蛋白质的利用程度就越高，该种蛋白质的营养价值也就越高。如蛋、奶、肉、鱼等以及大豆蛋白中所含有的必需氨基酸模式能满足人体需要，在营养学上称为优质蛋白质，或完全蛋白质。鸡蛋蛋白质与人体蛋白质氨基酸模式更接近，在实验中常以它作为参
16、考蛋白质（reference protein）,食物蛋白质营养学评价,氨基酸评分（amine acid score，AAS）和经消化率修正的氨基酸评分（protein digestibility corrected amine acid score，PDCAAS）被测食物蛋白质的必需氨基酸模式与推荐的理想的模式或参考蛋白的模式进行比较的评分,食物蛋白质营养学评价,被测蛋白质中某氨基酸含量（mg）氨基酸评分=理想或参考蛋白中该氨基酸的含（mg）消化率修正的氨基酸评分=氨基酸评分真消化率,食物蛋白质营养学评价,当食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸相对含量较低或缺乏，限制了食物蛋白质中的其它必需氨基酸
17、被机体利用的程度，使其营养价值降低，这些含量相对较低的必需氨基酸称为限制氨基酸（limiting amino acid,LAA）含量最低的称为第一限制氨基酸，余者以此类推。谷类蛋白质第一限制氨基酸为赖氨酸，豆类蛋白质为蛋氨酸。谷类蛋白质除缺乏赖氨酸外，异亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸也比较缺乏。,多种食物蛋白混合食用,它们之间相互补充其必需氨基酸不足以提高整个膳食蛋白质营养价值的作用叫蛋白质互补作用（complementary action）。比如,将大豆和米同时食用，大豆蛋白可弥补米蛋白中赖氨酸的不足，米也可在一定程度上补充大豆蛋白中蛋氨酸的不足。只要一天的膳食能供给足够的能量和蛋白质，并且包含了
18、多种来源的蛋白质，那么这种膳食就能满足人体对蛋白质的需要。,食物蛋白质营养学评价,第五节 人体蛋白质和能量营养状况评价,从摄入量（膳食调查）实验室检查 人体测量（体重的变化）症状和体征（消瘦、皮肤）等四个方面进行评价,人体蛋白质和能量营养状况评价,蛋白质-能量营养不良蛋白质摄入过多,人体蛋白质和能量营养状况评价,实验室检查指标可用血清清蛋白（ALB）、血红蛋白浓度（Hb）氮平衡、免疫功能指标 尿肌酐/身高指数（CHI）、尿羟脯氨酸指数 血清运铁蛋白（TFN）、血清甲状腺素结合前清蛋白（thyroxine binding prealbumin）、视黄醇结合蛋白（RBP）、血清氨基酸比值（SAAR
19、）、3-甲基组胺酸等指标。其中，前六个指标实用，后四个指标灵敏，可根据情况结合使用。,蛋白质-能量营养不良,蛋白质-能量营养不良（protein-energy malnutrition,PEM）根据临床表现可分为两型：消瘦型（marasmus）：是由于蛋白质和能量均长期严重缺乏时出现的疾病。该型营养不良多见于母乳不足、喂养不当、饥饿、疾病及先天性营养不良等。消瘦无力、淡漠、发育迟缓。腹泻很常见，腹部因无脂肪呈舟状腹或因胀气呈蛙状腹；四肢犹如“皮包骨”。,蛋白质-能量营养不良,（2）水肿型(kwashorkor)：这是因蛋白质严重缺乏而能量供应勉强能维持最低需要水平的极度营养不良症，多见于断乳期
20、的婴幼儿。腹、腿部水肿、虚弱、表情淡漠、头发变色、易脱落等。,蛋白质摄入过多,蛋白质尤其是动物性蛋白摄入过多，对人体同样有害。首先是摄入过多的动物蛋白，常伴随着较多的动物脂肪和胆固醇的摄入；由于蛋白质不在体内贮存，故过多摄入的蛋白质必须经脱氨分解才能排出体外，这一过程需要大量水分，从而加重肝、肾负担。含硫氨基酸摄入过多，造成骨骼中钙丢失。应根据机体需要，摄入适量的蛋白质。,第六节 蛋白质的供给量,氮平衡必要的氮损失膳食蛋白质的供给量蛋白质的食物来源,蛋白质的供给量,机体的蛋白质代谢（合成与分解）处于动态平衡状态，摄入氮和排出氮亦处于动态平衡状态，这种摄入氮和排出氮的平衡关系称为氮平衡。其表达公
21、式为：B=I-(U+F+S)式中：B为氮平衡，I为摄入氮，U为尿氮，F为粪氮，S为皮肤等其它途径损失的氮。,在特定时间内，若进入机体的氮与排出的氮大致相等，称为氮平衡或零氮平衡；若摄入氮量大于排出氮量，称为正氮平衡；若摄入氮量小于排出氮量，则称为负氮平衡。,蛋白质的供给量,在生长发育阶段的婴幼儿，其机体所吸收的蛋白质，有相当一部分必须被用于合成新组织的蛋白质，故摄入氮应大于排出氮，即应为正氮平衡。此外，孕妇、乳母及处于疾病恢复阶段者，因其需要大量合成蛋白质，故也应维持正氮平衡状态。正常成人的氮平衡大多处于零平衡状态；老年人及某些消耗性疾病患者往往是处于负氮平衡状态。,蛋白质的供给量,机体在完全
22、不摄入蛋白质的情况下，体内蛋白质仍然在分解和合成，这种状态持续几天后，氮的排出将维持在一个较恒定的低水平。此时机体通过粪、尿及皮肤等途径所损失的氮，是机体不可避免要消耗的氮，称为必要的氮损失（Obligatory nitrogen losses，亦称不可避免的氮损失),蛋白质的供给量,一般成人按每公斤体重计，每日分别从尿中排出氮37mg，从粪中排出12mg，从皮肤排出3mg，从其他途径（包活分泌物和月经周期中损失的氮）男性为2mg，女性为3mg，所以每公斤体重每日损失的总氮量男女分别为54mg和55mg。一个60kg体重的男人，每日共损失估计为：5460=3240mg，即相当于20.3g蛋白质
23、（3.246.25）。,蛋白质的供给量,膳食蛋白质的供给量除了考虑不可避免的氮损失(即人体对氮的最低生理需要量)之外，还必须考虑蛋白质的消化吸收和利用率，以及个体差异等因素。对于少年儿童等特殊人群，还应考虑其生长发育和新组织形成的需要。,蛋白质的供给量,2000年新公布了我国各人群蛋白质推荐量DRIs;成人蛋白质摄入量 约为6080g/d。优质蛋白0.8g/kg.d;我国以植物性食物为主,则为1.16g/kg.d。我国的DRIs建议，优质蛋白（动物+大豆）至少应占蛋白质供给量的1/3以上，最好达一半。,蛋白质的供给量,蛋白质的食物来源,我国农村居民所需要的蛋白质主要由粮谷类、豆类提供。适当提供动物性蛋白（畜、禽、鱼肉；蛋、奶是优质的来源），使机体更有效地利用氨基酸合成体内蛋白质。目前大豆蛋白的营养价值和保健功能已越来越受到重视微生物蛋白、螺旋藻蛋白质（含量可达60%干重）。还有一些昆虫蛋白质含量也非常丰富，有待开发和利用。,
