第三节　蛋白质

蛋白质是由α-氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物学活性的高分子有机化合物。蛋白质是生物体主要组成物质之一，是一切生命活动的基础，也是人体每日所必需的营养物质之一。

一、蛋白质的组成与分类

（一）蛋白质的组成

蛋白质结构复杂，主要由碳、氢、氧、氮四种元素构成，部分蛋白质还含有硫、磷、铁、碘、铜等。氨基酸是组成蛋白质的基本结构单位，是分子中具有氨基和羧基的一类化合物。自然界中的氨基酸种类很多，但参与蛋白质组成的常见氨基酸只有20种。这20种氨基酸，除脯氨酸外，均可用图3-5的通式表示，其中R代表侧链基团，与侧链相连的中心碳原子称为α碳。

由通式可见，氨基酸是羧基（-COOH）相邻的α-碳原子的氢被一个氨基取代的化合物，故又称α-氨基酸。R基团的特异性使不同氨基酸显示出不同的理化性质，进而决定了氨基酸在蛋白质分子的空间结构中可能的位置。构成人体蛋白质的20种氨基酸的名称见表3-2。

表3-2　构成人体蛋白质的氨基酸

组氨酸为婴儿必需氨基酸，成人需要量可能较少。

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

1.必需氨基酸和非必需氨基酸

从人体营养角度，可将构成人体蛋白质的20种氨基酸分为必需氨基酸、条件必需氨基酸和非必需氨基酸。

（1）必需氨基酸：指人体需要但自己不能合成或合成速度不能满足机体需要的氨基酸。必需氨基酸共有9种，即赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸和组氨酸，其中组氨酸为婴幼儿所必需。此外，精氨酸、胱氨酸、酪氨酸、牛磺酸是早产儿所必需的氨基酸。必需氨基酸必须从食物中直接获得，否则就不能维持机体的氮平衡并影响健康。

（2）条件必需氨基酸：半胱氨酸和酪氨酸在体内分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而成。如果膳食中半胱氨酸及酪氨酸的含量丰富时，机体不必利用蛋氨酸和苯丙氨酸来合成这两种非必需氨基酸，则可减少人体对某些必需氨基酸需要量。因此，将半胱氨酸和酪氨酸称为条件必需氨基酸或半必需氨基酸。

（3）非必需氨基酸：是可在动物体内合成，作为营养源不需要从外部补充的氨基酸。非必需氨基酸并非机体不需要，只是因为人体自身能自行合成，或者可由其他氨基酸转变而来以满足机体需要，可以不必由食物供给。非必需氨基酸通常有9种，包括丙氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、天门冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、脯氨酸和丝氨酸。

2.氨基酸模式

通常，机体在蛋白质的代谢过程中，对每种必需氨基酸的需要和利用都处在一定的范围之内。为了满足蛋白质合成的要求，各种必需氨基酸之间应有一个适宜的比例。这种必需氨基酸之间相互搭配的比例关系称为必需氨基酸模式或氨基酸计分模式。

（1）必需氨基酸模式：必需氨基酸模式的计算方法是将该种蛋白质中的色氨酸含量定为1，再分别计算出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（表3-3）。

表3-3　几种食物和人体蛋白质氨基酸模式

注：摘自孙长颢主编的《营养与食品卫生学》第6版，人民卫生出版社2007年出版。

当食物蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质越接近时，必需氨基酸在机体内才能被充分吸收和利用，其营养价值也相对越高，这样的蛋白质被称为优质蛋白质。优质蛋白的主要食物来源是鸡蛋、奶、肉、鱼等动物性食品和大豆及其制品。

（2）限制氨基酸：如果食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸相对含量较低，导致其他的必需氨基酸在体内不能被充分利用而浪费，造成其蛋白质营养价值降低，这些含量相对较低的必需氨基酸称限制氨基酸，可按其缺乏严重程度依次称为第一、第二和第三限制氨基酸。

赖氨酸和蛋氨酸是食物中主要的限制氨基酸。通常，赖氨酸是谷类蛋白质的第一限制氨基酸，而蛋氨酸则是大多数非谷类植物蛋白质的第一限制氨基酸。此外，小麦、燕麦和大米还缺乏苏氨酸，玉米缺乏色氨酸，并且分别是它们的第二限制氨基酸。因此，在一些焙烤制品，特别是在以谷类为基础的婴幼儿食品中常添加适量的赖氨酸予以强化。

（3）蛋白质互补作用：为了提高植物性蛋白质的营养价值，往往将两种或两种以上的食物混合食用，从而达到不同食物间相互补充其必需氨基酸和提高膳食蛋白质的营养价值的目的。这种不同食物间相互补充其必需氨基酸不足的作用叫蛋白质互补作用。如肉类和大豆蛋白可弥补米面蛋白质中赖氨酸的不足，米面蛋白可弥补豆类食品中蛋氨酸的不足。

（二）蛋白质的分类

蛋白质的种类繁多，结构复杂，迄今为止没有一个理想的分类方法。

1.根据蛋白质组成成分分类

（1）单纯蛋白质：又称为简单蛋白质，是指水解后只产生氨基酸而不产生其他物质的蛋白质。根据理化性质及来源不同，单纯蛋白质又可分为清蛋白（又名白蛋白）、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、硬蛋白、精蛋白、组蛋白七类。此类蛋白分布于动物或植物中，以各种形态存在，构成动物或植物的组分，影响作为食物的功能性质，有的可用于制取食品配料或工业原料。

（2）结合蛋白质：是指水解后不仅产生氨基酸，还产生其他有机或无机化合物（如碳水化合物、脂质、核酸、金属离子等）的蛋白质。结合蛋白质的非氨基酸部分称为辅基。结合蛋白又可按其辅基的不同分为核蛋白（含核酸）、磷蛋白（含磷酸基团）、金属蛋白（含金属离子）、色蛋白（含色素）等。

2.根据蛋白质营养价值分类

（1）完全蛋白质：所含必需氨基酸种类齐全，数量充足，相互之间比例也适当，不但能够维持成人的健康，也能够促进人体的生长发育，如乳中的酪蛋白、蛋类中的卵白蛋白、大豆球蛋白、小麦中的麦谷蛋白等。

（2）半完全蛋白质：所含各种必需氨基酸种类齐全，但各种氨基酸含量多少不匀，互相之间比例不合适。在膳食中作为唯一的蛋白质来源时，半完全蛋白质仅能维持生命，但不能促进生长发育，如小麦、大麦中的麦胶蛋白，其中的限制氨基酸是赖氨酸。

（3）不完全蛋白质：所含必需氨基酸种类不全，当把这类蛋白质作为膳食中唯一的蛋白来源时，既不能促进生长发育，也不能维持生命，如玉米中的玉米胶蛋白和豌豆中的豆球蛋白等。

3.根据蛋白质分子形状分类

（1）球状蛋白质：分子比较对称，外形接近球形或椭球形，溶解度较好，能形成结晶。大多数蛋白质属于球状蛋白质，如蛋清蛋白、酪蛋白、肌红蛋白、各种酶和抗体等。

（2）纤维蛋白质：分子对称性差，类似细棒状或纤维状，溶解性质不一，大多数不溶于水，如胶原蛋白、角蛋白和弹性蛋白等；有的溶于水，如肌球蛋白和纤维蛋白原等。这类蛋白质在生物体内主要起结构作用。

4.根据蛋白质功能分类

（1）活性蛋白质：按生理作用不同又可分为酶、受体蛋白、激素（胰岛素、胰高血糖素等）、抗体、收缩蛋白、运输蛋白（如白蛋白、血红蛋白等）等。

（2）非活性蛋白质：担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质，如储存蛋白（清蛋白、酪蛋白等）、结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原）等。

二、蛋白质的功能

（一）构成机体和生命的重要物质基础

蛋白质是生命的物质基础，是人体重要的组成成分，人体一切细胞、组织和器官都由蛋白质参与组成。机体生长发育需要蛋白质组成新的细胞组织。胶原蛋白、弹性蛋白等在骨骼、肌腱和结缔组织中成为身体支架，起支架作用。一般说，成人体内蛋白质约占人体全部质量的18%（16%～19%），其总量仅次于水分。

（二）构成体内许多具有重要生理作用的物质

人体内许多具有重要生理功能的物质均由蛋白质构成，它们在体内都具有特殊的生理作用。酶的本质是蛋白质，如淀粉酶、胃蛋白酶、转氨酶等，对机体发挥重要的催化作用和调节机能作用；含氮激素的成分是蛋白质或其衍生物，如促甲状腺激素、肾上腺素、胰岛素等，酪氨酸经酶促反应形成的多巴胺是一种重要的神经递质；核蛋白参与遗传物质的组成；有的维生素是由氨基酸转变或与蛋白质结合存在，如色氨酸经氧化可以转化成人体所需的烟酸（维生素B3）；血浆白蛋白、血红蛋白和脂蛋白等参与机体所需营养物质的运输。

（三）调节体液渗透压平衡

人体内存在各种体液，如胸腔、腹腔、骨关节内存在的体液以及细胞内、外液和血液等。机体细胞内、外体液的渗透压必须保持平衡，这种平衡是由电解质和蛋白质的调节而达到的。各种体液含有一定数量的蛋白质，可控制体液在细胞内的流动。当长期缺乏蛋白质时，血浆蛋白浓度降低，渗透压下降，血液中的水分便过多地渗入周围组织，造成营养不良性水肿。

（四）调节体液酸碱平衡

正常人血液的pH值为7.35～7.45，pH值的任何变化将会导致机体出现酸碱平衡紊乱。作为一类带有碱性基团（-NH2）和酸性基团（-COOH）的两性物质，蛋白质是维持体液酸碱平衡的有效物质。当体液中的酸或碱过多时，蛋白质能够作为作缓冲剂帮助维持各部分体液的酸碱平衡。

（五）供给能量

蛋白质在体内经氧化后可释放能量，是三大供能营养素之一。体内蛋白质、多肽分解产生的氨基酸经脱氨基作用生成的α-酮酸可直接或间接参加三羧酸循环氧化分解。每克蛋白质在体内氧化分解时可提供16.74kJ的热量，但供给能量不是蛋白质的主要功能。

（六）免疫保护作用

蛋白质是机体免疫防御功能的物质基础，当蛋白质营养不良时，其有关组织器官的结构和功能均受到不同程度的影响。抗体是一类具有机体免疫功能的特殊球状蛋白质，能够识别病毒、细菌以及来自其他有机体的细胞，并与这些异物结合。长期缺乏蛋白质可显著影响胸腺及外周淋巴器官的正常结构和功能，降低白细胞及网织内皮细胞的吞噬能力，使机体抗病力下降，易感染疾病。

（七）运输功能

各种营养素透过肠道进入血液、从血液送到各组织再透过细胞膜进入细胞都是通过蛋白质来输送的。脊椎动物红细胞中的血红蛋白在呼吸过程中起着运输氧气的作用，血液中的载脂蛋白可运输脂肪，转铁蛋白可转运铁。一些脂溶性激素的运输也需要蛋白，如甲状腺素要与甲状腺素结合球蛋白结合才能在血液中运输。

（八）保证机体运动

肌肉是占人体百分比最大的组织，其主要成分为肌动蛋白和肌球蛋白。肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白是运动系统的必要成分，它们构象的改变引起肌肉的收缩，带动机体运动。机体的一切机械运动以及各种脏器的重要生理功能。如肢体运动、血管收缩、心脏搏动、胃肠蠕动、肺的呼吸、泌尿、生殖过程等都是通过肌肉的收缩来完成的。