蛋白质与氨基酸
出处：按学科分类—医药、卫生 中国科学技术出版社《食物营养分析实用手册》第1页（5690字）
蛋白质(protein)是一类重要的生物大分子，生物界蛋白质的种类估计在10亿至1000亿种左右。蛋白质是动物细胞内最丰富的物质，占细胞干重的50%或更多。
蛋白质不仅是生物体的主要组成成分，更为重要的是它与生命活动有着十分密切的关系。其生理功能是多种多样的：①酶的催化作用：几乎所有的酶都是蛋白质，生物体内的各种化学反应几乎都是在酶的参与下进行的。没有酶就没有新陈代谢，也就没有生命。②蛋白质是生物有机体的重要结构成分，细胞外主要的结构蛋白是胶原纤维，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架。细胞内的细胞膜、线粒体、叶绿体、内质网等片层结构，都是由不溶性蛋白质与脂质组成的。③氨基酸的贮藏功能：一些蛋白质，如卵中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白等有贮藏氨基酸的功能，可供给胚胎、幼体和生物肌体生长发育的原料。④一些蛋白质是运载工具。例如无脊椎动物中的血蓝蛋白和脊椎动物中的血红蛋白，均具有输送氧气的作用，血液中的脂蛋白具有输送脂质的作用。细胞色素C等起电子传递体的作用。⑤蛋白或多肽类激素，可调节代谢，参与正常生理活动。⑥受体蛋白：起接受和传递信息作用的受体，如接受各种激素的受体蛋白、接受外界刺激的感觉蛋白、味蕾上的味觉蛋白等。⑦肌肉的收缩作用、免疫作用、凝血作用、通透作用等等。
总之，生长、繁殖、遗传、感应、运动等生命现象无不与蛋白质有关。此外，还有毒蛋白，如蛇毒、蝎毒和某些细菌毒素等。
从食品、饲料的角度来看，蛋白质具有非常重要的营养价值。食用没有蛋白质的食物，在一定时间内人或动物就会死亡。
(一)蛋白质的化学组成
蛋白质含有碳、氢、氧、氮和少量的硫。有些蛋白质还含有磷、铁、铜、碘、锌和钼等。
这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳50%、氢7%、氧23%、氮16%、硫0～3%。其它元素为微量。
各种蛋白质含氮量颇为相近，一般蛋白质平均含氮量16%，这是凯氏(Kjedahl)定氮法测定蛋白质含量的计算基础。只要测得它的含氮量，再乘以6．25，即得出蛋白质的含量。(6。25为16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质克数)。
(二)蛋白质的分类
蛋白质就其化学结构来说，是由20种氨基酸组成的生物大分子。有些蛋白质完全由氨基酸构成，称为简单蛋白质；而有些蛋白质除了蛋白质部分外，还有非蛋白质部分，称辅基或配基，这类蛋白质称为结合蛋白质。
1．简单蛋白质：根据其溶解度等物理化学性质可分为七类。
(1)清蛋白(albumin)：广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白等。
(2)球蛋白(globulin)：普遍存在于生物体内，如血清球蛋白，肌球蛋白和植物种子球蛋白等。
(3)谷蛋白(glutelin)：主要有米谷蛋白和麦谷蛋白等。
(4)醇溶谷蛋白(prolamine)：这类蛋白质主要存在于植物种子中，如玉米醇溶蛋白，麦醇溶蛋白等，其组成上的特点是脯氨酸和酰胺较多，易溶于70～80%乙醇中。
(5)组蛋白(histone)：蛋白分子呈碱性、含组氨酸和赖氨酸较多，如小牛胸腺组蛋白等。
(6)鱼精蛋白(protamine)：蛋白分子中含碱性氨基酸较多，呈碱性，如鲑精蛋白等。
(7)硬蛋白(scleroprotein)；它是动物体内作为结缔及保护功能的蛋白质，例如角蛋白、弹性蛋白、胶原蛋白等。
2．结合蛋白质：按其辅基成分进行分类。
(1)核蛋白)nucleoprotein)：主要有脱氧核糖核蛋白，核糖体等，其辅基是核酸。
(2)脂蛋白(1ipoprotein)：血中的β1－脂蛋白，卵黄蛋白等均是，它是与脂结合的蛋白质。
(3)糖蛋白(glycoprotein)和粘蛋白(mucoprote-in)：主要有卵清蛋白。γ－球蛋白和血清类粘蛋白等。
(4)磷蛋白(phosphoprotein)：分子中含有磷酸基，例如酪蛋白胃蛋白酶等。
(5)血红素蛋白(hemoprotein)：辅基为血红素，含铁的有血红蛋白、细胞色素C、含镁的有叶绿蛋白，含铜的有血蓝蛋白等。
(6)黄素蛋白(flavoprotein)：如琥珀酸脱氢酶等。
(7)金属蛋白(metalloprotein)：与金属直接结合的蛋白质，如铁蛋白、乙醇脱氢酶等。
(三)蛋白质的结构
蛋白质分子是由一条或多条肽链构成的生物大分子，它是由20多种氨基酸通过肽键共价连接而成的。为了表示蛋白质分子的不同结构水平，经常使用一级结构(化学结构)和空间结构(二、三和四级结构)等专门术语。
蛋白质的生物功能多种多样，具有运动、运输、催化剂、细胞的构造成分，调节和防御等作用，所有这些都与蛋白质分子的化学结构和空间结构相关。
(四)必需氨基酸和非必需氨基酸
在各种生物体中发现的氨基酸有180多种，但组成蛋白质的基本氨基酸只有20种。其他天然氨基酸基本不参与蛋白质的组成，这些氨基酸称为非蛋白质氨基酸，组成蛋白质的20多种氨基酸称为蛋白质氨基酸。
组成蛋白质常见的20种氨基酸是：丙氨酸(A1a)，精氨酸(Arg)、天冬酰胺(Asn)、天冬氨酸(Asp)、半胱氨酸((Cys)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、组氨酸(His)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苯丙氮酸(Phe)、脯氨酸(Pro)、丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)、色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、缬氨酸(Val)。
动物对蛋白质的需要量，其本质是取得机体所需要的各种氨基酸，人及动物所需要的部分氨基酸，可以在体内合成，在体内能合成的这部分氨基酸，称为非必需氨基酸。但另一部分氨基酸不能合成或合成的速度远不能适应机体的需要，这类氨基酸称为必需氨基酸。
人及动物的必需氨基酸十分接近，人体的必需氨基酸为9种。成年人的必需氨基酸为8种，它们是赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。婴幼儿则必需有组氨酸，所以为9种必需氨基酸。
根据对大鼠和鱼类研究的结果，证明动物需要10种必需氨基酸，除去与人类相同的9种外，还需要精氨酸。
必需氮基酸的含量及其比率，是决定蛋白质营养价值的重要因素。对缺少必需氨基酸或必需氨基酸的量不足的蛋白质，应加以补充或利用蛋白质的互补作用，与其它蛋白质搭配使用，否则蛋白质就不会有理想的营养价值。
关于必需氨基酸与非必需氨基酸的比例问题，婴儿期必需氨基酸占氨基酸总量的43%，儿童为36%，成年人为19～20%。必需氨基酸和非必需氨基酸的关系是很复杂的，有些非必需氨基酸能以必需氨基酸为前体进行合成。例如蛋氨酸可转化为胱氨酸，苯丙氨酸可转化为酪氨酸。鱼体对含硫氨基酸的需要，可以由蛋氨酸与胱氨酸来满足。非必需氨基酸并非不重要，只是它可以由必需氨基酸转变或由机体合成，如果非必需氨基酸的量充足，就可以减少必需氨基酸为了转变成非必需氨基酸的消耗。
(五)蛋白质营养质量的评价
某种蛋白质营养价值的高低，取决于蛋白质分子中必需氨基酸的含量和比例。如果在食品或饲料蛋白质分子组成中缺一种或几种必需氨基酸，则被认为是低劣营养的食品或饲料。
评定食品或饲料蛋白质的营养价值，要看其蛋白质含量，必需氨基酸的含量和比例，也要看蛋白质消化率和利用率等。
1．蛋白质消化率：可反映蛋白质在动物体内消化酶作用下分解的程度。
食品或饲料中蛋白质的消化率，以蛋白质中能被消化吸收的氮的数量与该种蛋白质含氮总量的比值表示。
式中：Ⅰ：食品或饲料中氮总量(即食入氮)；
F：粪中排出氮；
FK：内源性氮(主要是肠道代谢废物氮)。
粪中排出的氮量，一部分是食物中没有被消化吸收的氮。另一部分是内源性氮(即肠道代谢废物氮)。从粪便中氮减去FK(内源性氮)才得到真正的消化率，若未能减去FK值，则称为表观消化率。
测定内源性氮(脱落的肠粘膜细胞和死亡的肠道微生物的氮)的方法是：受试者不吃任何蛋白质的食物，测定24小时内粪便中的含氮量，即为FK。
2．蛋白质功效比值(PER)：PER表示蛋白质被利用于生长的效率。一般以断乳后的幼年动物(通常用大鼠)试验。用含10%的蛋白质饲料，喂养28天，并以10%酪蛋白作为标准对照试验，最后计算相当动物摄入每1克蛋白质所增加的体重克数。体重增加的越多，蛋白质的营养价值越高。例如酪蛋白PER为2．8，即每克蛋白质可增加体重2．8克。大豆蛋白为2．4，麦麸蛋白为0．4。
注意：实验时饲料中除蛋白质以外，应有其它各种必需的营养素。
3．蛋白质的生物学价值(生理价值，BV)：BV是蛋白质吸收后被机体利用的程度。即氮在体内被利用保留的氮量与吸收的氮量之比。
式中：食物N：为饲料中的总含氮量。
粪N：为粪便中食物未被消化吸收的氮与肠道粘膜脱落和消化液所来的氮的总和，(即为粪中所含的总氮量)。
粪内源N：为消化道粘膜脱落与消化液而来的部分氮。称为粪内源氮。
尿N：为尿中所含的总氮量。
尿内源N：是指试验对象在无氮膳食条件下，由尿中排出的来自体内原有蛋白质的氮。
粪内源氮和尿内源氮均可由饲以无氮食物的对照组动物的粪、尿中测得。
4．净蛋白质利用率(net protein utilization，NPU)：蛋白质的生物学价值(BV)中没有包括在消化过程中未被吸收利用而随粪便排出的这部分氮，包括这一部分氮在内的蛋白质营养质量指标叫净蛋白质利用率(NPU)。
5．氨基酸评分(Amino Acid Score，AAS)：蛋白质质量的高低，还可以根据其氨基酸组成来评价，其方法是将待测蛋白质与标准蛋白质中的各个必需氨基酸的含量进行比较。通常用鸡蛋、鱼卵、人乳和牛乳蛋白质作为标准参考蛋白质。将1克待评蛋白质中各种必需氨基酸含量分别与每克标准参考蛋白质中相应的必需氨基酸比，该种氨基酸的商，再乘以100，作为分值。此值小于100的氨基酸，称为待评蛋白质的限制氨基酸。以限制氨基酸中分值最低的作为该待评蛋白质的氨基酸评分(又称化学分)，如全蛋评分为100，则稻米为67，玉米为47。
鸡蛋、人乳、牛乳的蛋白质都是推荐的标准参考蛋白质，其必需氨基酸组成及动物需要的理想蛋白质的必需氨基酸模式谱如表1。
表1 标准参考蛋白质及动物需要蛋白质中必需氨基酸含量
注：*在没有胱氨酸的情况下
**在没有酪氨酸的情况下