第三節　蛋白質

蛋白質是由α-氨基酸通過肽鍵相互連接而成的一類具有特定的空間構象和生物學活性的高分子有機化合物。蛋白質是生物體主要組成物質之一，是一切生命活動的基礎，也是人體每日所必需的營養物質之一。

一、蛋白質的組成與分類

（一）蛋白質的組成

蛋白質結構復雜，主要由碳、氫、氧、氮四種元素構成，部分蛋白質還含有硫、磷、鐵、碘、銅等。氨基酸是組成蛋白質的基本結構單位，是分子中具有氨基和羧基的一類化合物。自然界中的氨基酸種類很多，但參與蛋白質組成的常見氨基酸只有20種。這20種氨基酸，除脯氨酸外，均可用圖3-5的通式表示，其中R代表側鏈基團，與側鏈相連的中心碳原子稱為α碳。

由通式可見，氨基酸是羧基（-COOH）相鄰的α-碳原子的氫被一個氨基取代的化合物，故又稱α-氨基酸。R基團的特異性使不同氨基酸顯示出不同的理化性質，進而決定了氨基酸在蛋白質分子的空間結構中可能的位置。構成人體蛋白質的20種氨基酸的名稱見表3-2。

表3-2　構成人體蛋白質的氨基酸

組氨酸為嬰兒必需氨基酸，成人需要量可能較少。

（摘自Modern Nutrition in Health and Disease，1999年，第9版，第14頁。）

1.必需氨基酸和非必需氨基酸

從人體營養角度，可將構成人體蛋白質的20種氨基酸分為必需氨基酸、條件必需氨基酸和非必需氨基酸。

（1）必需氨基酸：指人體需要但自己不能合成或合成速度不能滿足機體需要的氨基酸。必需氨基酸共有9種，即賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸和組氨酸，其中組氨酸為嬰幼兒所必需。此外，精氨酸、胱氨酸、酪氨酸、牛磺酸是早產兒所必需的氨基酸。必需氨基酸必須從食物中直接獲得，否則就不能維持機體的氮平衡并影響健康。

（2）條件必需氨基酸：半胱氨酸和酪氨酸在體內分別由蛋氨酸和苯丙氨酸轉變而成。如果膳食中半胱氨酸及酪氨酸的含量豐富時，機體不必利用蛋氨酸和苯丙氨酸來合成這兩種非必需氨基酸，則可減少人體對某些必需氨基酸需要量。因此，將半胱氨酸和酪氨酸稱為條件必需氨基酸或半必需氨基酸。

（3）非必需氨基酸：是可在動物體內合成，作為營養源不需要從外部補充的氨基酸。非必需氨基酸并非機體不需要，只是因為人體自身能自行合成，或者可由其他氨基酸轉變而來以滿足機體需要，可以不必由食物供給。非必需氨基酸通常有9種，包括丙氨酸、精氨酸、天門冬氨酸、天門冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、脯氨酸和絲氨酸。

2.氨基酸模式

通常，機體在蛋白質的代謝過程中，對每種必需氨基酸的需要和利用都處在一定的范圍之內。為了滿足蛋白質合成的要求，各種必需氨基酸之間應有一個適宜的比例。這種必需氨基酸之間相互搭配的比例關系稱為必需氨基酸模式或氨基酸計分模式。

（1）必需氨基酸模式：必需氨基酸模式的計算方法是將該種蛋白質中的色氨酸含量定為1，再分別計算出其他必需氨基酸的相應比值，這一系列的比值就是該種蛋白質的氨基酸模式（表3-3）。

表3-3　幾種食物和人體蛋白質氨基酸模式

注：摘自孫長顥主編的《營養與食品衛生學》第6版，人民衛生出版社2007年出版。

當食物蛋白質氨基酸模式與人體蛋白質越接近時，必需氨基酸在機體內才能被充分吸收和利用，其營養價值也相對越高，這樣的蛋白質被稱為優質蛋白質。優質蛋白的主要食物來源是雞蛋、奶、肉、魚等動物性食品和大豆及其制品。

（2）限制氨基酸：如果食物蛋白質中一種或幾種必需氨基酸相對含量較低，導致其他的必需氨基酸在體內不能被充分利用而浪費，造成其蛋白質營養價值降低，這些含量相對較低的必需氨基酸稱限制氨基酸，可按其缺乏嚴重程度依次稱為第一、第二和第三限制氨基酸。

賴氨酸和蛋氨酸是食物中主要的限制氨基酸。通常，賴氨酸是谷類蛋白質的第一限制氨基酸，而蛋氨酸則是大多數非谷類植物蛋白質的第一限制氨基酸。此外，小麥、燕麥和大米還缺乏蘇氨酸，玉米缺乏色氨酸，并且分別是它們的第二限制氨基酸。因此，在一些焙烤制品，特別是在以谷類為基礎的嬰幼兒食品中常添加適量的賴氨酸予以強化。

（3）蛋白質互補作用：為了提高植物性蛋白質的營養價值，往往將兩種或兩種以上的食物混合食用，從而達到不同食物間相互補充其必需氨基酸和提高膳食蛋白質的營養價值的目的。這種不同食物間相互補充其必需氨基酸不足的作用叫蛋白質互補作用。如肉類和大豆蛋白可彌補米面蛋白質中賴氨酸的不足，米面蛋白可彌補豆類食品中蛋氨酸的不足。

（二）蛋白質的分類

蛋白質的種類繁多，結構復雜，迄今為止沒有一個理想的分類方法。

1.根據蛋白質組成成分分類

（1）單純蛋白質：又稱為簡單蛋白質，是指水解后只產生氨基酸而不產生其他物質的蛋白質。根據理化性質及來源不同，單純蛋白質又可分為清蛋白（又名白蛋白）、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、硬蛋白、精蛋白、組蛋白七類。此類蛋白分布于動物或植物中，以各種形態存在，構成動物或植物的組分，影響作為食物的功能性質，有的可用于制取食品配料或工業原料。

（2）結合蛋白質：是指水解后不僅產生氨基酸，還產生其他有機或無機化合物（如碳水化合物、脂質、核酸、金屬離子等）的蛋白質。結合蛋白質的非氨基酸部分稱為輔基。結合蛋白又可按其輔基的不同分為核蛋白（含核酸）、磷蛋白（含磷酸基團）、金屬蛋白（含金屬離子）、色蛋白（含色素）等。

2.根據蛋白質營養價值分類

（1）完全蛋白質：所含必需氨基酸種類齊全，數量充足，相互之間比例也適當，不但能夠維持成人的健康，也能夠促進人體的生長發育，如乳中的酪蛋白、蛋類中的卵白蛋白、大豆球蛋白、小麥中的麥谷蛋白等。

（2）半完全蛋白質：所含各種必需氨基酸種類齊全，但各種氨基酸含量多少不勻，互相之間比例不合適。在膳食中作為唯一的蛋白質來源時，半完全蛋白質僅能維持生命，但不能促進生長發育，如小麥、大麥中的麥膠蛋白，其中的限制氨基酸是賴氨酸。

（3）不完全蛋白質：所含必需氨基酸種類不全，當把這類蛋白質作為膳食中唯一的蛋白來源時，既不能促進生長發育，也不能維持生命，如玉米中的玉米膠蛋白和豌豆中的豆球蛋白等。

3.根據蛋白質分子形狀分類

（1）球狀蛋白質：分子比較對稱，外形接近球形或橢球形，溶解度較好，能形成結晶。大多數蛋白質屬于球狀蛋白質，如蛋清蛋白、酪蛋白、肌紅蛋白、各種酶和抗體等。

（2）纖維蛋白質：分子對稱性差，類似細棒狀或纖維狀，溶解性質不一，大多數不溶于水，如膠原蛋白、角蛋白和彈性蛋白等；有的溶于水，如肌球蛋白和纖維蛋白原等。這類蛋白質在生物體內主要起結構作用。

4.根據蛋白質功能分類

（1）活性蛋白質：按生理作用不同又可分為酶、受體蛋白、激素（胰島素、胰高血糖素等）、抗體、收縮蛋白、運輸蛋白（如白蛋白、血紅蛋白等）等。

（2）非活性蛋白質：擔任生物的保護或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物質，如儲存蛋白（清蛋白、酪蛋白等）、結構蛋白（角蛋白、彈性蛋白膠原）等。

二、蛋白質的功能

（一）構成機體和生命的重要物質基礎

蛋白質是生命的物質基礎，是人體重要的組成成分，人體一切細胞、組織和器官都由蛋白質參與組成。機體生長發育需要蛋白質組成新的細胞組織。膠原蛋白、彈性蛋白等在骨骼、肌腱和結締組織中成為身體支架，起支架作用。一般說，成人體內蛋白質約占人體全部質量的18%（16%～19%），其總量僅次于水分。

（二）構成體內許多具有重要生理作用的物質

人體內許多具有重要生理功能的物質均由蛋白質構成，它們在體內都具有特殊的生理作用。酶的本質是蛋白質，如淀粉酶、胃蛋白酶、轉氨酶等，對機體發揮重要的催化作用和調節機能作用；含氮激素的成分是蛋白質或其衍生物，如促甲狀腺激素、腎上腺素、胰島素等，酪氨酸經酶促反應形成的多巴胺是一種重要的神經遞質；核蛋白參與遺傳物質的組成；有的維生素是由氨基酸轉變或與蛋白質結合存在，如色氨酸經氧化可以轉化成人體所需的煙酸（維生素B3）；血漿白蛋白、血紅蛋白和脂蛋白等參與機體所需營養物質的運輸。

（三）調節體液滲透壓平衡

人體內存在各種體液，如胸腔、腹腔、骨關節內存在的體液以及細胞內、外液和血液等。機體細胞內、外體液的滲透壓必須保持平衡，這種平衡是由電解質和蛋白質的調節而達到的。各種體液含有一定數量的蛋白質，可控制體液在細胞內的流動。當長期缺乏蛋白質時，血漿蛋白濃度降低，滲透壓下降，血液中的水分便過多地滲入周圍組織，造成營養不良性水腫。

（四）調節體液酸堿平衡

正常人血液的pH值為7.35～7.45，pH值的任何變化將會導致機體出現酸堿平衡紊亂。作為一類帶有堿性基團（-NH2）和酸性基團（-COOH）的兩性物質，蛋白質是維持體液酸堿平衡的有效物質。當體液中的酸或堿過多時，蛋白質能夠作為作緩沖劑幫助維持各部分體液的酸堿平衡。

（五）供給能量

蛋白質在體內經氧化后可釋放能量，是三大供能營養素之一。體內蛋白質、多肽分解產生的氨基酸經脫氨基作用生成的α-酮酸可直接或間接參加三羧酸循環氧化分解。每克蛋白質在體內氧化分解時可提供16.74kJ的熱量，但供給能量不是蛋白質的主要功能。

（六）免疫保護作用

蛋白質是機體免疫防御功能的物質基礎，當蛋白質營養不良時，其有關組織器官的結構和功能均受到不同程度的影響。抗體是一類具有機體免疫功能的特殊球狀蛋白質，能夠識別病毒、細菌以及來自其他有機體的細胞，并與這些異物結合。長期缺乏蛋白質可顯著影響胸腺及外周淋巴器官的正常結構和功能，降低白細胞及網織內皮細胞的吞噬能力，使機體抗病力下降，易感染疾病。

（七）運輸功能

各種營養素透過腸道進入血液、從血液送到各組織再透過細胞膜進入細胞都是通過蛋白質來輸送的。脊椎動物紅細胞中的血紅蛋白在呼吸過程中起著運輸氧氣的作用，血液中的載脂蛋白可運輸脂肪，轉鐵蛋白可轉運鐵。一些脂溶性激素的運輸也需要蛋白，如甲狀腺素要與甲狀腺素結合球蛋白結合才能在血液中運輸。

（八）保證機體運動

肌肉是占人體百分比最大的組織，其主要成分為肌動蛋白和肌球蛋白。肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白是運動系統的必要成分，它們構象的改變引起肌肉的收縮，帶動機體運動。機體的一切機械運動以及各種臟器的重要生理功能。如肢體運動、血管收縮、心臟搏動、胃腸蠕動、肺的呼吸、泌尿、生殖過程等都是通過肌肉的收縮來完成的。