增加您对蛋白质和氨基酸的知识

Food high in protein on a wooden background. Healthy diet eating

所有生物—包括您—基本上都是充满了水的蛋白质结构,而有一些是由骨骼支撑着。由此就知道蛋白质非常重要,它是您身体最重要的构成物质。事实上,蛋白质这个词源自于希腊文的proteios,代表「第一质量」,或者来自于protos这个字,意思是「第一」。

据估计,人体含有超过两百万种蛋白质。在陆地生物中发现的总数可能超过1,000万种,但没有人确实知道数量。蛋白质的数量非常庞大,因为每种蛋白质都有另一种可以分解它的蛋白质。

蛋白质结构

蛋白质是由生命的基本结构单元—氨基酸所构成的长链分子,它们是具有极特殊化学结构的有机化合物。氨基酸含有氨基(具有一个氮和两个氢原子的分子)和羧基(含碳、两个氧和一个氢原子的分子),它们会与每个特定氨基酸分子的侧链(残基)相连结。

人体的蛋白质是由20种众所周知的氨基酸组成。最近,又发现了另外两种氨基酸。所以,地球上所有的动植物蛋白质都是由这22种氨基酸构成的。

1806年,法国化学家Louis-Nicolas Vauquelin和Pierre Jean Robiquet从芦笋中分离出一种化合物,后来被命名为天冬酰氨。这是第一个被发现的氨基酸。

目前已知的蛋白质中最长的是肌联蛋白,也被称为connectin。它含有26,926个氨基酸,肌联蛋白可以在肌肉中发现,并有助于肌肉产生被动刚性。

即使氨基酸数量有限,蛋白质可以是非常复杂的分子,因为大多数蛋白质都会折迭成独特的立体结构。

生物化学家经常提到蛋白质结构的四个不同层面:

  • 一级结构:这是通过称为肽键的键连接在一起的线性氨基酸序列。
  • 二级结构:这是蛋白质局部或特定部分的立体形式。这些立体结构都是藉由氢键来稳定其卷曲和转弯的。
  • 三级结构:这是单个蛋白质分子的整体形状,意思和「折迭」相同,三级结构控制蛋白质的基本功能。
  • 四级结构:这是由几个蛋白质分子(多肽链)形成的一个蛋白质复合体来发挥其功能。在这种情况下,它们通常被称为这个复合体中的蛋白质亚基。

蛋白质功能

您可能会认为蛋白质是身体的构成物质,尤其是肌肉组织。但蛋白质在身体里还有一些可能会让您惊讶的重要作用,其中一些主要功能如下:

酶和激素

蛋白质在细胞中最著名的作用是作为催化化学反应的酶,这可以帮助您将食物代谢成细胞的能量。消化酶是这类蛋白质的一个很好的例子。这些酶也可以作为抗氧化剂,含硒蛋白的谷胱甘肽过氧化物酶是您体内最重要的抗氧化物质之一。

性激素,(如促性腺激素)和内分泌激素,如胰岛素和胰高血糖素,也都是蛋白质。

1955年,胰岛素成为第一个被完全测序的蛋白质。英国生物化学家Frederick Sanger因为这项开创性的研究获得诺贝尔化学奖。

生物科技公司Genentech于1978年使用重组DNA技术,合成了「人类」胰岛素,从而使胰岛素成为通过生物科技制造的第一个人类蛋白质。

细胞信号传输

许多蛋白质参与细胞信号传输和转输过程。有一些蛋白质(如胰岛素)会将信号从它们合成的细胞传递到远处组织中的其他细胞。

蛋白质参与信号传输过程的两端的工作,还能作为细胞上的受体与信号分子结合,以诱发生物化学反应。

抗体是免疫系统的蛋白质成分,它们的主要功能是结合体内的异物(抗原)然后锁定抗原,将它破坏。

结构性蛋白

这些结构性蛋白为生物组件提供了形状和强度,大多数结构蛋白质本质上是纤维状的。

胶原蛋白和弹性蛋白是这些坚韧纤维蛋白质的两个很好的例子。它们都是结缔组织的关键组成组件,如软骨。它们在皮肤结构中具有主要作用。角蛋白为您的头发和指甲提供结构;在动物界中,角蛋白有助于制作羽毛、蹄和一些动物壳。

最后一类是球状结构蛋白。它们形成长而坚硬的纤维,使细胞能够保持其形状和大小。

其他功能

蛋白质还会在细胞粘附、生长因子、营养素运输和储存等等方面发挥作用。在人类中,非蛋白质氨基酸也具有作为神经递质或其他分子前体的重要作用。神经递质是帮助传递神经之间脉动的物质。

  • 色氨酸是神经递质血清素的前体,它涉及情绪及其他多种功能。
  • 酪氨酸(及其前体苯丙氨酸)是多巴氨、肾上腺素和去甲肾上腺素、以及各种微量氨的前体。
  • 甘氨酸是血液中重要化合物(称为卟啉,即血红素)的前体。
  • 精氨酸是一氧化氮的前体。

饮食中的蛋白质和氨基酸

您吃的蛋白质其实不是完整地被吸收。所以,吃了鸡胸肉并不能让您的身体增加完全相同类型的蛋白质。蛋白质被消化成可被肠子吸收并能让血液输送的氨基酸或小肽。

肽与蛋白质的区别在于它们较小—通常含有50个或更少的氨基酸。最短的肽是二肽,由单一肽键所连接的两个氨基酸组成。多肽是一条长而连续,且无支链的肽链。

蛋白质的消化从胃开始,其酸性环境和胃蛋白酶开始使蛋白质变性(解开),这可以让从胰腺分泌的消化酶更容易作用。

其他特定的酶会进一步将较大的肽消化成二肽和三肽以及游离氨基酸,然后就会被释放到血液中供其他组织使用。消化后,氨基酸用于合成蛋白质和其他生物分子,或被转化为尿素和二氧化碳作为能源。

在20种标准氨基酸中,有9种被认为是必需的,因为您的身体无法从其他化合物中制造出正常生长所需的浓度。所以,这些氨基酸必须从食物中获得。这些必需氨基酸包括组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。

蛋白质质量

并不是所有饮食中的蛋白质对您的健康的帮助都是一样的。科学家制定了一个量表,让您知道蛋白质的质量。先前测定质量的方法包括PER(蛋白质效率比)和BV(生物价值),但是现在已经很少使用了。

现在确定蛋白质质量较常用的方法被称为蛋白质消化率校正后的氨基酸评分(PDCAAS)。PDCAAS会根据您的需求评估食物蛋白质质量。它是依据2至5岁儿童(被认为是最具营养需求的年龄族群)的氨基酸需求(经过消化率调整)来测量蛋白质的质量。

PDCAAS系将特定食物蛋白质的氨基酸谱与标准氨基酸谱进行比较,来确定蛋白质质量等级。最高分数是1.0,这个分数代表蛋白质在消化后,每单位蛋白质会提供人体所需的100%或更多的必需氨基酸。

蛋白质需求

每天的蛋白质需求牵涉到许多因素,包括年龄、身体成分、性别、总能量摄取量(卡路里)、训练状态和运动员的锻炼程度。

蛋白质摄取量建议是以体重为依据。正常健康成年人的每日建议摄取量是每公斤体重0.8克的蛋白质;身体健康,体重150磅并且经常久坐不动的成年女性,以此计算每天需要约55克的蛋白质。

成年女性的蛋白质建议摄取量(RDA)为46克/天,成年男性为56克/天,而孕妇和哺乳期妇女为71克/天。这与上面的建议标准不相符合,是有原因的。

就像微量营养素的RDA一样,它们代表能让健康人士拥有正常的健康和成长所应摄取的数量。RDA是满足基本营养需求所需的最低摄取量,但不一定是最佳摄取量。

运动员所需的蛋白质

运动员在紧张的训练或比赛之后,需要靠膳食蛋白质来修复和重建骨骼肌与结缔组织。运动员每天每公斤体重通常应该摄取至少1.4至2.0克的蛋白质。

有一种特定类型的氨基酸对运动员来说特别重要,那就是支链氨基酸(BCAA)。在九种必要氨基酸中,只有三种是BCAA,但它们形成肌肉组织中约35%的蛋白质。这些BCAA也会在有氧运动期间,降低蛋白质降解速率并延迟肌糖原的消耗,发挥有益作用。

这三种BCAA是亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。BCAA对于蛋白质的合成和周转、细胞信号传输路径和葡萄糖代谢都至关重要。他们还在脑中蛋白质和神经递质的合成以及能量的产生中发挥作用。

越来越多的科学文献指出,在三种BCAA中,亮氨酸似乎在刺激蛋白质合成的过程中发挥最重要的作用。

年长者所需的蛋白质

老年化会导致肌肉流失。正常老年化与肌肉蛋白质代谢的变化,以及对膳食中氨基酸的反应降低有关。膳食中摄入充足的亮氨酸(BCAA)有助于克服对肌肉蛋白质的不敏感性,并成为预防过度肌肉流失的有效方法。有效的最小剂量大约是每份或每餐摄取亮氨酸2.0至2.5克。

同样明显的是,摄取亮氨酸作为整个优质蛋白质的一部分,可能比单独用BCAA补充更有益。为了尽量提高老年人肌肉的蛋白质留存率,并提供充足的亮氨酸,大多数专家均提议每餐包含25-30克优质蛋白质的膳食计划。

随着年龄的增长,肌肉会流失,但流失若超过正常的速率(每年0.5-1.0%)则被称为肌少症。这是由于骨骼肌量的逐渐减少,会导致力量和功能下降。肌少症发生在60岁以上的老年人中多达30%,超过80岁的老年人中则超过50%。

素食者和全素者

Vegan sources of protein. Healthy food concept. Selective focus

植物蛋白可以提供足够的优质蛋白质来维持健康的生长、修复和肌肉功能吗?当然可以。

然而,许多植物性蛋白质所提供的所有必要氨基酸低于最佳值。对于素食者或全素者来说,摄取多样化的食物(包括豆类、坚果和种籽)就更形重要。通常情况下,多样化且热量充足的素食就可以提供充足的优质蛋白质。

总体建议

根据现有研究的总体结论,蛋白质的安全和健康范围大约为总膳食卡路里的15-25%,并且会根据活动程度和年龄进行一些调整。若平均每天摄入2,000卡路里的热量,则每天应摄入75-125克蛋白质。

食物来源选择正确的蛋白质

就像脂肪和碳水化合物一样,蛋白质也是一种巨量营养素,这代表您的身体需要相对较多数量的蛋白质。但与脂肪和碳水化合物不同的是,可用的蛋白质无法被大量储存。您的氨基酸存量会持续被使用,因此必须经常补充。如果您没有从饮食中摄取足够的蛋白质,身体就会转从肌肉中支取。

世界上没有一种食物是最好的蛋白质来源。虽然肯定会有一些食物被认为是较佳的蛋白质来源,但多样化的饮食通常能提供足够的蛋白质。而且,专注于高质量的天然食物将能帮助您获得足够的重要营养素和蛋白质。

根据蛋白质含量和其他营养素,最佳的蛋白质来源是:海鲜、禽类瘦肉、豆类、鸡蛋、乳制品(酸奶、牛奶和奶酪)、大豆、瘦牛肉和瘦猪肉;此外藜麦、南瓜籽和开心果也是极佳的选择。

那么如果很难达到蛋白质需求量,或者没有时间坐下来吃顿饭,该怎么办呢?可以用高质量的代餐饮品或代餐粑作为蛋白质的有益补充。

更多关于蛋白质的知识

  • 只要您身体健康且水分充足,则高蛋白质摄取量并不会伤害健康的肾脏。
  • 「完全」和「不完全」这两个术语用在植物蛋白方面就会产生误导。在满足热量需求时,从植物中获取各种蛋白质可提供足够的所有必需氨基酸。
  • 像碳水化合物一样,每克蛋白质可提供约4大卡的热量。每克脂肪可提供9大卡,而每克酒精可提供7大卡。
  • 蛋白质首先用于身体的成长和修复,剩下的才会用于能量。而没有用到的蛋白质则被转换为脂肪储存起来。
  • 碳水化合物不是刺激胰岛素分泌的唯一物质,蛋白质也可以刺激胰岛素的分泌,但程度较轻并且不会升高血糖值。
  • 蛋白质比脂肪或碳水化合物更能让人有饱足感。一些研究指出,蛋白质含量的适度增加和升糖指数的适度降低,可以改善并维持健康的体重。 

参考文献

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4889822/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22600/

https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12970-017-0177-8

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK56068/table/summarytables.t4/?report=objectonly

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16365098
http://www.theissnscoop.com/tag/bcaa/

https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/1550-2783-7-7

http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0115426506021005430

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2760315/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3359496/

https://askthescientists.com/collagen/

https://askthescientists.com/eating-bugs/

https://askthescientists.com/milk-types/

Can’t find what you are looking for? Please try your search again or submit a question here