第三节　蛋白质——生命的物质基础

蛋白质（protein）是生命的物质基础，是组成一切细胞和组织结构的基本材料。蛋白质与各种生命活动紧密相关，没有蛋白质就没有生命。蛋白质的组成元素主要是碳（C）、氢（H）、氧（O）和氮（N），另外还有一些硫（S）、磷（P）及金属元素。蛋白质中氮元素占其重量的16％（15％～19％，平均为16％）。人体内氮元素主要来源于蛋白质，所以氮是蛋白质的特征元素。如果测定生物样品中蛋白质的含量，只需测定其含氮量，然后再换算成蛋白质含量即可。蛋白质含量=蛋白氮×6.25。

一、组成蛋白质的基本单元——氨基酸

人体蛋白质的种类初步估计达10万种以上，在生命活动中发挥重要作用。实际上，这么多蛋白质都是由20多种氨基酸的不同排列组合而成，这些氨基酸是蛋白质的基本构件。膳食蛋白经消化系统分解为氨基酸后才能被机体吸收，然后经体内合成自身的组织材料和活性物质。

组成蛋白质的20余种氨基酸中，有一部分体内能够合成，称非必需氨基酸；有8种氨基酸人体内不能合成，必须由食物供给，称为必需氨基酸（essential aminoacid，EAA）。它们是：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。对于婴幼儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。

人体不同时期每日必需氨基酸需要量估计见表2-5。其氨基酸需要量的比值是将含量最少的色氨酸作为1，其他必需氨基酸需要量与其相比而计算出的相应比值。

注：此表为世界粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）提出的氨基酸需要量模式。

蛋白质的营养价值实际上是通过氨基酸的数量和比例来实现的。因为构成人体组织蛋白质的氨基酸是按一定比例组成的，所以人体对食物蛋白中氨基酸的种类、数量及相互间比例均有一定要求。食物蛋白的必需氨基酸符合这个要求，才能被充分利用。蛋白质中某种氨基酸过量或不足，都会干扰其他氨基酸的利用，从而降低蛋白质的营养价值。

不同食物蛋白所含氨基酸的种类和数量不尽相同。食物蛋白的氨基酸模式越接近人体的需要，其营养价值越高。鸡蛋和人乳蛋白中必需氨基酸的构成很接近人体的需要量，故营养学中常把它们作为参考蛋白。将任何一种食物蛋白的必需氨基酸含量逐一与参考蛋白的必需氨基酸构成相比较，所得商的百分比即为食物蛋白的氨基酸评分（AAS），计算公式如下：

理论上，食物蛋白的8种必需氨基酸要逐一评分，根据比例综合评价其营养价值。而实际应用中，只需计算食物中限制氨基酸（含量最少的必需氨基酸）的AAS即可，因为限制氨基酸的量制约其他必需氨基酸的吸收利用。蛋白质的AAS越接近100，其营养价值越高。表2-6为几种食物蛋白的氨基酸评分。

二、蛋白质的生理功能

蛋白质的结构复杂，种类繁多，在体内表现出来的生理功能多种多样，主要有以下几方面。

1.构成人体组织，促进生长发育

蛋白质是组成人体一切组织和细胞的基本物质，神经、内脏、肌肉、骨骼、血液、指甲、头发等组织结构中没有一处不含有蛋白质。蛋白质占人体重量的15％～18％，相当于人体干重的42％～45％。身体生长发育、衰老组织更新、损伤后组织修补等都离不开蛋白质。体内各种组织平均每天约有3％的蛋白质被更新，因此人体每天都必须摄入一定量蛋白质作为构成和修补组织的建筑材料。

神经系统的功能与摄入蛋白质的质和量有密切关系，可明显影响大脑皮质的兴奋和抑制过程。在婴幼儿大脑发育期，如果蛋白质供给不足，会使脑细胞数量减少，影响智力发育。成人的记忆过程也与脑内蛋白质的合成有关，所以每天都要补充一定量的蛋白质，特别是脑力劳动者。

2.构成酶和激素成分，调节生理功能

蛋白质在体内构成许多机能物质，具有多种生理功能。酶本身就是蛋白质，它是生物催化剂。人体在生命活动中，如肌肉收缩、血液循环、呼吸、消化、神经传导、感觉功能、能量转化、信息传递、生长发育等过程，都伴随着成千上万个生物化学反应，这些反应非常复杂，要依靠各种各样具有特异功能的酶来催化实现，没有酶，生命活动就无法进行。有些激素也是蛋白质，如胰岛素（降血糖激素，由51个氨基酸组成）等，可以调节人体生理功能。

3.构成抗体，增强机体的抗病能力

血液中有一种叫抗体的物质，可以保护肌体免受细菌和病毒的侵害。抗体由蛋白质组成，称抗体蛋白。抗体与侵入人体的各种细菌、病毒结合，使病原体无法繁殖、生存，使其致病能力减弱。有一种叫作干扰素的抗体是糖和蛋白质的复合物，这种干扰素被誉为“抑制病毒的法宝”和“抗癌生力军”，在机体中发挥重要作用。

4.调节渗透压

正常人血液与组织之间的水在不停地进行交换，但却经常保持平衡。这种平衡依赖血浆中电解质总量和蛋白质胶体的浓度。

当血浆与组织液电解质浓度相等时，两者水分分布就取决于血浆中白蛋白的浓度。若膳食中长期缺乏蛋白质，血浆蛋白含量降低（血液稀释），则血液内水分渗入周围组织而形成营养不良性水肿（图2-12）。

5.供给部分热能

蛋白质的主要功能不是供给热能，而是修补和更新组织。但一些陈旧的组织细胞蛋白质分解也可释放能量。另外，通过食物摄入的蛋白质有些不符合机体所需氨基酸的比例，也会氧化分解产能。每克蛋白质在体内氧化可产生16.7kJ（4kcal）的能量。正常人体热能有10％～15％来自蛋白质的分解。

6.维护皮肤的弹性

胶原蛋白广泛分布在人体肌肉连接的肌腱、关节连接的软骨组织和结缔组织中及皮肤的真皮层中，也就是说，人体每个细胞的连接都需要胶原蛋白。胶原蛋白根据功能不同，可起到构成人体支架，保证人体活动，使皮肤和肌肉保持弹性的作用，既有联结与营养功能，又有支撑、保护作用。因此，胶原蛋白对于维持人体正常生理功能，保持生命活力，延缓衰老具有重要意义。在人体皮肤中，胶原蛋白含量高达71.9％，长期缺乏蛋白质会导致皮肤的生理功能减退，使皮肤失去光泽、出现皱纹、弹性降低。

7.运输作用

机体新陈代谢过程中所需的氧和生成的二氧化碳是由血液中的血红蛋白运输完成的，载脂蛋白可运输脂类，运铁蛋白可运输铁，甲状腺素结合蛋白可运输甲状腺素等。

三、蛋白质的消化吸收和代谢

蛋白质在胃里开始分解，在胃蛋白酶的作用下，蛋白质分解成小肽（两个氨基酸相连叫二肽，三个氨基酸相连叫三肽等），然后经胰蛋白酶和肠肽酶的作用最终分解为各种氨基酸，通过小肠吸收入血后被利用。

被吸收的氨基酸主要用于合成机体自身蛋白质，与此同时原有组织蛋白也会不断分解，机体通过这些过程进行更新。多余的氨基酸可以分解释放能量，最终分解产物除了二氧化碳和水以外，还有尿素，通过肾脏排出体外。氨基酸分解过程中可产生氨，对人体有毒性，但通常情况下氨可以在肝中合成尿素后排出，而不致对人造成伤害，所以肝具有很强的解毒功能。当肝功能衰竭时，则肝的解毒功能随之削弱或丧失，致使体内氨蓄积，造成中毒，严重时使人昏迷，称肝昏迷。因此，肝功能不好的人要适当限制蛋白饮食。

蛋白质是人体中氮元素的唯一来源，因此通常以氮平衡来评定人体蛋白质的营养状况。在一定时间内（24h）若摄入与排出的氮量一致（称零氮平衡），表示机体处于氮平衡状态。若摄入大于排出量为正氮平衡，摄入小于排出量为负氮平衡。正常情况下，成人应维持在零氮平衡并富余5％；婴幼儿、青少年、孕妇、乳母及疾病恢复期时人体因大量组织新生，应保持正氮平衡；蛋白质摄入不足、饥饿、消耗性疾病及吸收不良时会出现负氮平衡。负氮平衡说明人体组织分解加速，长期负氮平衡将导致机体损害。

四、食物蛋白的营养评价

评价食物蛋白的营养价值对于食品品质鉴定、食品资源的开发、膳食蛋白的合理摄入等都是必要的。由于各种食物的蛋白质含量和氨基酸模式不同，在人体中被消化、吸收和利用的程度也就不同。营养学从食物中蛋白质含量、生物学价值、吸收利用率、功效比等方面衡量食物蛋白的营养价值，为食物蛋白的合理利用提供科学依据。

1.食物中蛋白质的含量

食物中蛋白质的含量是评价食物蛋白营养价值的基础。只有蛋白质含量高，必需氨基酸全面、比例合适，才能满足机体的需要。食物中蛋白质含量一般用凯氏定氮法测定，将测得的含氮量乘以6.25即得到食物中蛋白质的含量。常用食物中蛋白质的含量见表2-7。

2.蛋白质生物学价值

蛋白质经消化吸收后，被机体潴留利用的比例越大，其营养价值就越高。蛋白质的生物学价值（简称生物价，biological value）指蛋白被吸收后在体内被利用的程度，计算公式为：

（2-1）

蛋白质的生物价是衡量蛋白质营养价值最常用的指标，常见蛋白质的生物价见表2-8。

生物价主要取决于食物蛋白中氨基酸的含量和相对比例，它表征食物蛋白被吸收利用的程度，是衡量食物蛋白品质的指标，与食物中蛋白质的含量无关。

3.蛋白质消化率

蛋白质的消化率（protein digestibility）指蛋白质被消化酶分解的程度。消化率高说明被机体吸收利用的可能性大，其营养价值也就高。

（2-2）

动物蛋白消化率一般高于植物蛋白。另外，不同加工方法的食品消化率也不同，如大豆的蛋白质消化率为60％，加工成豆腐其消化率提高到90％，原因是植物蛋白被纤维素包围，不能与消化酶充分接触，其消化率比动物蛋白的消化率要低，但经加工烹调后，纤维素可被软化或破坏，蛋白的消化率就可提高。通过一般烹调加工方法，一些食物的蛋白质消化率见表2-9。

4.蛋白质净利用率

蛋白质的净利用率（net protein utilization），表示摄入的蛋白质在体内的利用情况。

（2-3）

蛋白质的净利用率=生物价×消化率，即式（2-3）=式（2-1）×式（2-2）。

5.蛋白质的功效比

蛋白质的功效比（protein efficiency ratio）是测定生长发育中的小动物每摄入1g蛋白质所增加的体重克数，用来表示食物蛋白在体内被利用的程度。通常以雄性断奶大鼠为实验对象，以含10％蛋白质的合成饲料饲养28d，然后计算相当于每克蛋白质所增加体重数：

（2-4）

摄入同样重量不同食物的蛋白质时，凡能使幼鼠体重增加较多者，蛋白质的营养价值亦高。由此可见，蛋白质的功效比是检验食物蛋白的质和量的综合指标，简便实用，已被广泛采用。

6.蛋白质的互补作用

由于各种食物蛋白质中必需氨基酸组成及含量比值不同，所以生物学价值也不一样。为了提高膳食蛋白的质量，可以把富含某种氨基酸和缺乏该种氨基酸的食物混合食用，取长补短，以提高其生物学价值，称为蛋白质的互补作用（complementary action of protein）。例如：玉米中赖氨酸含量较低，蛋氨酸含量较高；大豆中赖氨酸含量较高，蛋氨酸含量较低，可以混合食用，取长补短。若将玉米（生物价60％）、小米（生物价57％）和大豆（生物价64％）按2:2:1的比例混合食用，生物价为73％。混合膳食一直是我国人民的传统习惯，应当予以发扬。

发挥食物蛋白互补作用的三个原则（营养原则）如下。

（1）食物种类越多越好　氨基酸种类齐全，有利于互补作用。

（2）食物种属越远越好　动物与植物间种属远，动植物食物搭配，有利于提高蛋白质的生物学价值。

（3）互补作用的食物同时吃　人体所需氨基酸只有同时到达人体组织，才能构成组织蛋白质，所以同时吃（一般不超过5h）有利于提高生物学价值。

总之，养成良好的膳食习惯，不偏食，不挑食，尽量杂食，有利于提高食物蛋白的营养价值。若平时饮食单调，节假日大吃大喝“打牙祭”，对发挥蛋白质的互补作用不利。

五、蛋白质的食物来源和供给量

1.蛋白质的食物来源

人体所需蛋白质可以来自动物和植物性食物。按蛋白质的营养价值将其分为完全蛋白（又称优质蛋白）和不完全蛋白。完全蛋白含有人体全部必需氨基酸，而且含量和比值与人体蛋白质必需氨基酸的比值接近，营养价值高。优质蛋白主要存在于动物性食品，如蛋、奶、鱼、肉、动物内脏等。鸡蛋和人乳蛋白是营养价值最高的优质蛋白。植物优质蛋白主要是大豆及其制品。不完全蛋白指必需氨基酸的种类不全或某种必需氨基酸的比值过低，营养价值较低。大多数植物性食品如大米、玉米、小麦、高粱、杂豆类等所含蛋白量较少，并缺少一些必需氨基酸，生物学价值较低。

我国人民膳食蛋白质主要来自粮谷类。近年来随着国民经济的发展，人民生活水平不断提高，动物性食品的摄入量比过去有所增加，人均寿命大大延长。从1949年的35岁延长到2015年的76岁，已达到中等发达国家水平（寿命的延长除了营养因素外，当然还有保健、医疗水平等因素的影响），说明中国人的生活质量越来越高。

2.供给量

理论上成人每天摄入约30g蛋白质就可满足氮平衡的需要，但从安全性和消化吸收等其他因素考虑，如果以动物性食品为蛋白质来源，成人每人每千克体重需要量为0.8g。我国广大民众的蛋白质来源主要是动植物的混合食物，中国营养学会推荐蛋白质摄入量为每人每千克体重1.16g。按能量计算，成人蛋白质摄入占膳食总能量的10％～12％，儿童青少年为12％～14％，运动量较大者可在15％左右。中国营养学会的成人蛋白质推荐摄入量见表2-10。

轻体力活动的成年男性，能量摄入应为每天2250千卡（kcal/d），每克蛋白在体内的产能系数为4kcal/g，按蛋白质占总能量12％计算，则每天蛋白质摄入量应为：

六、蛋白质营养失调对健康的影响

1.蛋白质-热能营养不良（protein-energy malnutrition，PEM）

蛋白质营养失调包括营养不足和营养过剩。它们都将对机体健康产生不良影响。蛋白质长期摄入不足可发生蛋白质营养缺乏症，主要表现为：儿童和青少年发育迟缓、消瘦、体重过轻，甚至可发生智力障碍。成人可出现疲倦无力、精神不振、体重显著下降、肌肉萎缩、贫血、血浆蛋白含量降低，严重的可发生营养不良性水肿。女性还可出现月经障碍，乳汁分泌减少。蛋白质缺乏症往往与热能缺乏同时存在，所以称为蛋白质-热能营养不良。

蛋白质-热能营养不良是一种因缺乏能量和蛋白质而引起的营养缺乏病，这是目前发展中国家较为严重的一种营养缺乏病。该病主要发生在婴幼儿时期，在经济落后、卫生条件差的地区尤为多见，是危害小儿健康、导致死亡的主要原因之一。蛋白质-热能营养不良症根据临床表现可分为两种类型。

（1）营养消瘦症　营养消瘦症（图2-13）也称消瘦型PEM，是一种多见于婴幼儿的极度消瘦症，是由长期摄食过少引起的。由于长期进食太少，机体处于饥饿和半饥饿状态，尤其是能量不足，只能靠消耗自身组织来供给能量，以维持最低生命活动的需要。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，表现为生长发育缓慢或停止，明显消瘦，皮下脂肪减少或消失，肌肉萎缩，皮肤干燥，毛发细黄无光泽，抵抗力低下，易发生感染，但无浮肿。

（2）恶性营养不良　恶性营养不良（图2-14）又称加西卡病（kwashiorkor），也称水肿型PEM。这是因蛋白质严重缺乏而能量供应可以维持最低需要水平的极度营养不良症，多见于断乳期的婴幼儿。临床表现为精神萎靡、反应冷淡、哭声低弱无力、食欲减退、体重不增或减轻、下肢呈凹陷性浮肿、皮肤干燥、色素沉着、毛发稀少无光泽、肝脾肿大等。这是在南非、中非、印度、拉丁美洲发展中地区儿童中的一种常见病。病因是由虽然摄入了足够甚至过量的碳水化合物（多食山芋、木薯等），但蛋白质严重缺乏造成营养不平衡，特别是儿童生长发育迅速，代谢功能旺盛，缺乏必要蛋白质修补更新组织而造成的。

2.蛋白质营养过剩

摄入蛋白质过多导致营养过剩也对人体有害。如大量蛋白质在肠道中由肠道细菌引起腐败，产生大量胺类物质，特征是肛门排气很臭，给机体造成毒性；另外，大量蛋白质在体内代谢过程中增加肝、肾负担；蛋白质过多还会使其生物价下降等。动物实验表明，膳食中蛋白质含量过高，超过热能总量的26％，就会引起疾病，甚至影响寿命。