蛋白质和氨基酸的代谢

各种生命形式均与蛋白质相关，生命物质中的蛋白质以酶、细胞的结构、信使及抗体的形式发挥作用。在良好的营养状况下，机体才能在生长发育过程中积累蛋白质并在成熟时维持全身组织的蛋白质。了解食物中蛋白质在体内的利用过程对决定蛋白质的需要量甚为重要。本章以氨基酸代谢开始，分述各个器官在利用食物蛋白质方面的作用，然后讨论人体对蛋白质及各种氨基酸的需要量，并估计由疾病而致的需要上的变化。

饮食中的蛋白质的重要性在于它是氨基酸的来源，其中一些为必需氨基酸。因其碳链在动物体内不能合成。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、色氨酸及缬氨酸。半胱氨酸和酪氨酸在体内分别由甲硫氨酸和苯丙氨酸合成。另外9种氨基酸（丙氨酸、精氨酸、门冬氨酸、门冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸）可以在体内由简单的前体合成，称为非必需氨基酸。

20种用于蛋白质合成的氨基酸除甘氨酸外均具有不对称的碳原子，根据围绕极光面转向左或右分成左旋和右旋。每对同质异构体中只有其一能被机体利用组成蛋白质，这些用于蛋白质合成的氨基酸具有结构上的一致性，即它们的氨基酸和羧基占据着相同的相对空间位置。因此，这些组成蛋白质的氨基酸被指定为L型，那些不存在于蛋白质中的氨基酸称为D型。而不论其沿极光面的旋转方向，在人类，只有D－甲硫氨酸和D－苯丙氨酸可以经体内某些反应转变为L－型氨基酸从而被机体利用，且研究显示D－甲硫氨酸的利用效率低于L－型。

20种氨基酸中有一些是偏碱性的（精氨酸、赖氨酸、组氨酸），一些是偏酸性的（门冬氨酸、谷氨酸），大多数是中性的。这种分类与氨基酸跨膜转运关系密切，因为不同酸碱性的氨基酸被不同的机制所转运。

一、氨基酸代谢

1．游离氨基酸池及其代谢作用 食物中的蛋白质在消化道经酶水解后以游离的氨基酸形式进入血浆并与来自组织的氨基酸混合。机体内氨基酸以游离型及体蛋白质的形式存在。以蛋白质形式存在的氨基酸浓度平均为2mol／L，而游离氨基酸池的浓度仅约0．01mol／L，是前者的0．5%。组织中游离的必需氨基酸浓度很低，但4种非必需氨基酸（丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸）的浓度却较高。

通过比较生长中的小鼠体内游离必需氨基酸的浓度及其对必需氨基酸的实际需要量表明，体内游离氨基酸池每日需更新几次，才能满足机体的需要，更新的氨基酸主要来源是食物蛋白质，辅以组织蛋白质分解生成的氨基酸。

游离氨基酸的跨膜运输是通过不同的载体机制完成的，酸碱性相同的氨基酸竞争性地共用同一种载体。体内氨基酸复杂的代谢途径被归纳为以下3种类型：

（1）一部分游离氨基酸结合到组织蛋白中，经过一段时间蛋白质分解后，这些氨基酸又回到游离氨基酸池中可被再用于蛋白质合成或分解。

（2）部分游离氨基酸进入分解反应，导致碳架分解成CO2排出或转变为糖原和脂肪形式储积起来，同时氮以尿素形式清除。

（3）一些游离氨基酸用于合成新的含氮化合物，如嘌呤碱，肌酸及肾上腺素。他们的降解产物不再回到游离氨基酸池中。嘌呤、肌酸、肾上腺素分别降解为尿酸、肌酐和香草扁桃酸，体内非必需氨基酸是利用其他氨基酸的转化来的氨基和中间代谢形成的碳架合成的。

2．降解途径 每一种氨基酸都经一系列特殊的化学反应降解并最终以尿素形式排泄。研究表明，小鼠必需的10种氨基酸中7种主要在肝脏降解。在肌肉中，支链氨基酸分解的氨基大多与丙酮盐酸盐和谷氨酸结合分别形成丙氨酸和谷氨酰胺，并随血流到达肝脏（丙氨酸）或肠道（谷氨酰胺）、到达肠道的谷氨酰胺可被肠黏膜分解，提供肠黏膜大部分能量；分解后产生的氨也经门静脉入肝。这一过程促进氨基氮转运至肝合成尿素，同时丙氨酸的碳用于糖原易生。

尿素合成在肝脏中进行，NH3和CO2首先合成氨基甲酰磷酸，然后与鸟氨酸结合成为瓜氨酸，瓜氨酸从天冬氨酸上获得另一个N形成精氨酸代琥珀酸。这一产物裂解为精氨酸及延胡索酸，后者回到三羧酸循环中而精氨酸最终被精氨酸酶水解为尿素和鸟氨酸。鸟氨酸再参与下一循环的尿素合成。如此形成的尿素大部分直接分泌到尿液中，但约有20%的尿素进入肠腔被肠菌中的尿素酶分解释放出NH3，这些NH3通过门静脉回到肝脏再合成尿素。

3．其他利用氨基酸的途径

（1）合成非必需氨基酸。

（2）嘌呤和嘧啶的生物合成：嘌呤和嘧啶碱在体内大部分细胞内从简单的碳和氮的前体合成。这些前体物合成腺苷酸、鸟苷酸、尿嘧啶和胞嘧啶。这些产物可进一步合成高能磷酸化合物（二磷酸盐及三磷酸盐），也可聚合成RNA、DNA中的脱氧核糖是由核糖还原后形成的。

嘌呤核糖核苷酸在体内有两条合成途径：从头合成途径和中间途径。在从头合成途径中，以甘氨酸和1－焦磷酸－5－磷酸核糖（PRPP）反应开始的一系列反应，生成含次黄嘌呤碱的一磷酸腺苷（IMP），AMP和GMP即通过改变IMP嘌呤环上特定碳原子的取代基而生成。这些一核苷酸被磷酸化生成高能化合物ADP、ATP、GDP和GTP；在中间合成途径中，嘌呤碱与PRPP化合成单核苷酸。催化这类反应的酶有两种即腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）和次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT），分别用于催化腺嘌呤和鸟嘌呤，次黄嘌呤的再利用反应。

嘧啶核苷酸的生物合成利用氨基酸中的N，第一步反应需要天冬氨基酸和氨基甲酰磷酸，后者也是合成尿素的底物，因此，食物中缺乏足量的精氨酸导致未利用的氨基甲酰磷酸转向合成嘧啶核苷酸。

（3）合成肌酸和肌酐：机体的大部分肌酸以肌酸和磷酸肌酸的形式存在于骨骼肌中。休息肌肉中的肌酸多以磷酸肌酸形式存在，而在疲劳肌肉中磷酸肌酸转变为肌酸，同时释出的Pi与ADP结合生成ATP。这一反应允许肌肉在无氧情况下生成一定量的ATP。

肌酸在肌肉外分两步合成：第一步是在肾脏精氨酸和甘氨酸之间进行转氨基反应，生成胍基乙酸和鸟氨酸；第二部是在肝脏中进行胍基乙酸的甲基化，形成肌酸，随后，肌酸被运输至肌肉，并被主动摄取。磷酸肌酸和肌酸经脱水反应生成肌酐，肌酐不再肌肉中存留，而分布于全部体液中并从肾脏清除。每日的肌酐生存率是非常恒定的，约为全部肌酸池的1．7%。假定肌肉中肌酸含量恒定，则每日尿肌酐排泄量可用于测定机体的肌肉总量。人群研究表明，肌酐产量与瘦体组织间确有良好的相关性。临床上，尿肌酐产量的恒定性也用于估计24h尿标本收集是否完全。

（4）肾脏中氨的合成：尿NH3是在肾脏近曲小管上皮细胞中由各氨酰胺脱氨而来。

二、食物蛋白质的利用

1．蛋白质的消化和吸收 食物蛋白质的消化从胃蛋白酶的分泌开始，继以胰腺和小肠黏膜释放蛋白水解酶。这些酶以酶原的形式分泌，其肽链上的一小部分肽段被切除活化。胰液在与小肠液相遇时，胰蛋白酶原被肠肽酶激活，接着一系列其他蛋白酶原被活化的胰蛋白酶相继激活。

激活的蛋白水解酶作用与不同的氨基酸基组成的肽键。胃蛋白酶的特异性相对较低，适于水解亮氨酸或芳香族氨基酸组成的肽键。胰液中的蛋白酶具有较高的特异性，分别水解赖氨酸或精氨酸组成的肽键（胰蛋白酶），芳香族氨基酸组成的肽键（糜蛋白酶），或中性脂肪族氨基酸残基组成的肽键（弹性蛋白质酶）。同时，肽键端解酶作用于肽链的游离端。

一些蛋白质最终被水解为氨基酸，通过小肠黏膜上皮细胞吸收。许多研究证实，游离氨基酸的吸收是通过耗能的，分别对中性、酸性和碱性氨基酸有一定特异性的3种氨基酸载体完成的。

然而，食物蛋白质有相当一部分是以寡肽，尤其是二肽形式吸收的，这些寡肽在进入黏膜上皮细胞后被存于刷状缘和胞液中的肽水解酶分解为游离氨基酸。因此，只有游离氨基酸可以通过肝门静脉到达肝脏小肠黏膜上皮细胞对寡肽的吸收机制与对游离氨基酸不同，二者之间不存在竞争。寡肽的吸收很可能代表氨基酸吸收的主要途径。

小肠黏膜上皮细胞可以代谢一部分吸收的氨基酸，例如谷氨酸，天冬氨酸经转氨基作用生成丙氨酸。黏膜上皮细胞对这种双羧基氨基酸的转氨基作用可减弱过多摄入这些氨基酸而产生的毒性作用。实验证明，大剂量摄入这些氨基酸可对大鼠和小鼠的下丘脑产生损害，Windmueller的研究表明，食物中的谷氨酸和谷氨酰胺大量转换为丙氨酸并生成少量鸟氨酸、瓜氨酸和脯氨酸。经肠系膜血管弥散入肠黏膜的谷氨酰胺部分转换为丙氨酸，因而也参与氨基从外周组织到肝脏的转移。

2．肝脏的作用 吸收入血的氨基酸通过肝门静脉到达肝脏。一次蛋白餐后，肝门静脉中的氨基酸的量和种类发生变化，但总循环中的氨基酸水平变化较小。肝脏是10种必需氨基酸中7种的主要或唯一的分解场所，肝脏监控吸收的氨基酸并按机体需要调节其代谢率。其余3种必需氨基酸为支链氨基酸。主要在肌肉、肾脏中降解。肝脏对氨基酸摄入的监控过程调节了机体其他组织从食物中获取必需氨基酸的量。当从食物中摄取的某种氨基酸的量逐渐增多并大于机体需要时，肝酶活性被诱导，表明肝脏精确调节机体需要的食物氨基酸的入血量并只破坏超出此含量的必需氨基酸。这种对必需氨基酸的调节作用也通过研究得以显示。生长中的幼鼠被给予不同数量的赖氨酸，在赖氨酸摄入量为100mg时，体重增长达最大限度，若每日摄入超过100mg，则生长不再加速，但由注入的14 C－赖氨酸而产生的14CO2却迅速增多，这表明赖氨酸摄入量达到满足大鼠生长最大需要量后，肝脏开始分解过多的赖氨酸，此时赖氨酸摄入量及赖氨酸在肝内达到一个阈值，肝脏开始对其分解。对于非必需氨基酸其代谢酶的水平无此曲线变化，而是随摄入的氨基酸的增加逐渐增高。

一次蛋白餐后的吸收阶段，多核糖体的聚合增加，反映了肝脏中的氨基酸降解酶及其他蛋白质的合成。

3．血液氨基酸水平的调节 如前所述，氨基酸进入外周循环由肝脏监控，然而，这一监控过程并不能全部清除超过外周组织利用或代谢能力的过剩的氨基酸。因此，当食物供给的氨基酸过于组织要求时，许多必需氨基酸的血浆水平升高。血浆氨基酸水平也通过胰岛素分泌的机制受食物中糖类的影响，进食糖类后不久，许多血浆氨基酸经胰岛素介导的转运进入肌肉中，因而血浆浓度下降。上述作用对支链氨基酸最为显著，血浆支链氨基酸浓度在应用葡萄糖后可下降40%。而另一些氨基酸（如色氨酸）仅受轻微影响，上述机制也是同一餐中的蛋白质（或氨基酸）和糖类相互作用的基础。

进餐后的蛋白质和糖类成分造成的血浆游离氨基酸种类的改变，对于游离氨基酸在外周组织的利用有重要意义。实验大鼠脑组织中的游离氨基酸含量在投予色氨酸后升高，随之5－羟色胺含量也升高。色氨酸进入脑组织的量也决定于血浆中其他竞争性的中性氨基酸的水平，尤其是支链氨基酸。因此，进食糖类食物后血浆支链氨基酸水平下降，导致更多的色氨酸进入脑组织及更多的5－羟色胺合成。

4．骨骼肌在蛋白质代谢中的作用 骨骼肌是人体内最大的组织。因此，氨基酸在骨骼肌中的代谢对蛋白质总体代谢具有相当重要意义。肌肉也是支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）的主要代谢场所，如前所述，肌肉是胰岛素作用的主要靶组织之一，胰岛素促进氨基酸（尤其是支链氨基酸）进入肌肉，同时促进肌肉蛋白质的合成并减少其分解。皮质类固醇具有相反的作用。

激素和营养素摄入对肌肉蛋白质代谢的作用已通过许多方法进行研究，包括应用放射性氨基酸。在人类，两种主要的非放射方法已被利用，即流入及流出肌肉的血浆中氨基酸水平的差异的测定（动静脉差）和与肌原纤维蛋白分解率成比例的尿中3－甲基组胺的测定。氨基酸的摄取和释放的测定显示禁食可使一个体重70kg的人每日从肌肉中丢失50g蛋白质，大部分以丙氨酸和谷氨酰胺的形式释放入血进行转运。丙氨酸是由糖代谢产生的丙酮酸和存在于肌肉中的氨基酸经转氨基形成。之后，丙氨酸经血流到达肝脏，成为氮由肌肉到肝脏的载体。在肝脏、丙氨酸的碳架进入糖异生途径，氨基合成尿素。肌肉中氨的另一载体为谷氨酰胺，通过谷氨酸与氨反应形成。谷氨酰胺经血流到肠道后约半数经转氨基生成丙氨酸、再到肝脏。经过上述反应，肌肉中的氮和碳被运输至肝脏，经过糖异生，一些碳又以葡萄糖形式回到肌肉中。丙氨酸依赖糖代谢在肌肉和肝脏之间运转，称为葡萄糖—丙氨酸循环。前臂的动静脉差的测定显示：在摄入含蛋白质的饮食后，肌肉吸收的氨基酸大于释放，肌肉合成蛋白质，而禁食时肌肉净释放氨基酸，因而肌蛋白有分解。相对应于一天中进食和禁食后发生的动静脉差的以上波动，表明人体在禁食或其他紧急状况下，肌肉（通常占成人体重的45%）可提供相当量的碳链供代谢所需。

因为存在氨基酸在肌细胞内的再循环，分析动静脉差的数据很困难。为监测肌肉蛋白质的分量而不受氨基酸再利用的影响。尿中3－甲基组胺的排泄量被用于研究。因组胺于肌动蛋白和肌球蛋白中的甲基化仅在其合成于肌肉之后完成的。肌原纤维中的蛋白质分解后，3－甲基组胺不再被利用合成新的蛋白质。在短时间内全部排泄到尿中，可成为肌肉蛋白质分解的一个指标。3－甲基组胺的排泄量已被用于研究饮食对蛋白质分解率的作用。饮食中蛋白质缺乏，导致3－甲基组胺的迅速下降，此时进食富含蛋白质的饮食有使其上升；在蛋白质—能量缺乏的情况下，起初排泄量升高，继而逐渐下降。由此可见，当蛋白质缺乏时，肌肉减少分解以保存蛋白质。在半饥饿状态，肌肉分解率开始上升，继而下降。肥胖的机体经长期禁食后表现为3－甲基组胺排泄量的进行性下降。3－甲基组胺的排泄量受年龄及激素状态的影响，每kg体重的排泄量随年龄增长逐渐降低；甲状腺素的分泌及严重应激时氢化可的松的分泌可增加3－甲基组胺的排泄量。

5．血浆蛋白质代谢 血浆中大多数主要的蛋白质由肝脏分泌，绝大多数为糖蛋白，只有血清清蛋白例外。各种血浆蛋白质的血浆浓度，血管内含量占总体含量的百分比，分解率及每日生成量等参数，通常受营养状态的影响，因此被用于识别营养不良。低蛋白饮食导致血浆清蛋白水平进行性下降，因其合成减少。但血清清蛋白用于指示亚临床营养不良不够灵敏。转换率较清蛋白快的血浆蛋白质如前清蛋白、视网膜结合蛋白可作为蛋白质或能量缺乏或充足的更为灵敏的指标。

三、机体蛋白质的总体代谢

西方国家，一个体重70kg的成人通常每日摄入蛋白质100g，人体每日有70g蛋白质分泌到胃肠道。因而，肠道内可供吸收的蛋白质总量是170g，其中160g被重吸收。而成人体内每日合成的蛋白质为250～300g。以上蛋白质每日摄入量（100g）和转换量（约250g）之间的差异表明，在蛋白质代谢中有大量的氨基酸被再利用。需要注意的是，体内的游离氨基酸代谢池（估计有100g），主要由非必需氨基酸组成。

1．各器官在蛋白质代谢中的作用 某些器官在保证游离氨基酸的利用方面起主要的协同作用。摄入含蛋白质的饮食后，肠黏膜对输入的谷氨酰胺和谷氨酸的应答是将一部分氨基转移到丙酮酸形成丙氨酸，丙氨酸经过门静脉入肝，其碳架经糖原异生生成葡萄糖，其氨被利用合成尿素、进入肝脏的大多数氨基酸的分解率按机体需要调节，就像上述的色氨酸的代谢情况。色氨酸对脑组织中神经递质5－羟色胺的合成有限速作用，若血浆色氨酸水平不限制在一定范围内，5－羟色胺的合成将失控。

支链氨基酸主要分解代谢的场所不是肝脏，而是外周组织，特别是肌肉、脂肪组织和肾脏。摄入含蛋白质的饮食后，肝脏和外周组织间支链氨基酸的交换发生显著改变。例如，进食250g肉类后，离开肝脏的氨基酸中70%是支链氨基酸，而肉蛋白中支链氨基酸含量仅为20%，这一差异表明，肝脏对进入的非支链氨基酸进行选择性的分解代谢。蛋白餐后，支链氨基酸成为肝脏和外周组织，尤其是肌肉之间氨基酸的主要载体。

肌肉也选择性地释放氨基酸入血，主要是丙氨酸和谷氨酰胺。当血流流向内脏时，丙氨酸和谷氨酰胺又被摄取。丙氨酸主要被肝脏摄取。谷氨酰胺主要被小肠黏膜摄取，而后在小肠内转变为丙氨酸，再转运到肝脏。

肾脏能从血液摄取谷氨酰胺，是肾脏生成氨的氮源。

蛋白质、糖和脂肪在肝脏、肌肉和脂肪组织之间的转换由胰岛素和胰高糖素调节。在禁食状态下，胰岛素水平低，脂酶活性增高，从脂库中释放大量游离脂肪酸和甘油。同时，血浆胰高糖素水平升高，加速肝糖原分解。入肝的游离脂肪酸转向生成酮体。肌肉中的游离脂肪酸，甚至酮体取代葡萄糖成为主要能源。此时进食，则胰岛素水平升高，促使肝糖原在肝脏和肌肉中贮积，糖类成为这两种组织的主要能源。胰岛素也能抑制脂酶的活性，切断作为替换能源的游离脂肪酸的来源。此时，积贮的糖原提供肌肉能量，但在缺氧情况下，肌肉释放乳酸盐，经血到肝脏参与糖原异生，此即葡萄糖乳酸盐循环（Cori循环）。

进行性饥饿过程中肝脏间代谢关系改变很明显。Cahill指出，脑组织需大量能量，且必须以水溶性能源物质提供，即机体脑组织需要的功能物质在营养供应良好时是葡萄糖，而在饥饿时是用酮体。机体在饥饿过程中代谢关系的改变可分为4个阶段。第一阶段如在两餐间，储存在肝脏中的糖原分解，释放葡萄糖以维持血浆浓度，维持脑代谢需要；同时胰岛素水平下降促使脂肪组织释放游离脂肪酸为肌肉提供能量。第二阶段如在整夜禁食后的空腹阶段，肝糖原几乎完全耗尽，血糖是依赖于由肌肉和肠释放的丙氨酸入肝后的糖原异生得以维持；此时从脂肪组织来的游离脂肪酸在肝内开始生成酮体，这个过程是由血浆胰高糖素水平提高激发的。第三阶段即是早期饥饿阶段，肌肉蛋白的分解成为肝释放葡萄糖的主要来源，以提供脑组织葡萄糖需要；而肝产生的酮体成为肌肉主要能源。最后阶段即长期饥饿后，肌蛋白分解减少，因而释放的谷氨酰胺和丙氨酸减少，糖原异生来源减少，脑组织适应性利用酮体作主要燃料，以节省对葡萄糖的需要。

2．疾病时的代谢情况 同时参与调节氨基酸和能量代谢的一个因素是胰岛素。胰岛素的血浆水平决定组织对氨基酸的摄取，尤其是肌肉对氨基酸的摄取。同时，血浆胰岛素水平还调节肌肉及其他外周组织是接受葡萄糖还是脂肪酸或酮体作为主要能源。因此，影响胰岛素分泌的疾病可导致血液和组织中代谢产物的改变。以下讨论5种疾病时胰岛素调节的异常：①糖尿病时，餐后胰岛素分泌缺乏；②肾衰竭；③脓毒血症时，组织对胰岛素作用产生抵抗；④肝衰竭时，胰岛素在肝内的灭活作用降低，因而进入外周循环的胰岛素水平过高；⑤癌症时，血液中葡萄糖和胰岛素水平降低。

正常人摄入糖后的反应之一是血浆氨基酸浓度下降，尤其是支链氨基酸。胰岛素依赖型糖尿病患者无此反应，因而血糖水平升高，肝脏从血浆中摄取较多的丙氨酸和乳酸异生为肝糖原，然而从肌肉中释放的丙氨酸并不相应增多，使血浆氨基酸水平下降。最终胰岛素缺乏，允许脂肪组织中的脂酶动员大量游离脂肪酸入血，使其血浆水平提高并供给肝脏生成酮体。

肾衰竭时，组织表现对胰岛素的抵抗。因此，胰岛素抵抗并不影响进入肌肉中的氨基酸。与糖尿病不同的是，这些患者血浆中支链氨基酸水平并不高，在尿毒症时还低于正常，是血中胰岛素水平升高造成的。

在肝硬化时由肠道细菌合成的胺和氨不再被肝摄取而经入体循环及至脑细胞。例如，苯丙氨酸经肠道细菌作用产生苯乙胺，这种胺在脑组织中转变成本乙醇胺，可与正常神经递质儿茶酚胺竞争，但它传递神经冲动的作用很弱，因而称为假神经递质。正常情况下由肝脏调节代谢的氨基酸（如色氨酸、苯丙氨酸），在肝硬化时不再受控，因而其血浆水平升高，易进入脑组织。正常肝脏灭活胰腺分泌的大部分胰岛素。肝硬化时肝脏对胰岛素的灭活作用减弱导致血浆胰岛素水平大幅度升高，因而促进支链氨基酸进入肌肉代谢，由此所致的支链氨基酸血浆水平的下降允许更多的色氨酸进入脑组织，产生过量的5－羟色胺而诱发肝性脑病。过量5－羟色胺的形成对肝性脑病的作用已在一些研究中得到证实，研究显示，给肝性脑病的实验动物及患者投与支链氨基酸对肝性脑病有逆转作用，但对此也有异议。

发热和脓毒症导致机体代谢和激素水平发生改变以适应高代谢状态的需要。多种激素水平的提高，特别是胰岛素。血糖水平升高导致胰岛素水平升高，抑制脂肪组织中游离脂肪酸的释放，即使在禁食状态下，脂肪分解释放脂肪酸和生成酮体的反应仍受到抑制。血浆胰岛素水平的升高也促进氨基酸进入肌肉组织，因而增加了丙氨酸和谷氨酰胺从肌肉中的释放。这两种氨基酸输出量的增加，加强了糖原异生的作用，允许更多的葡萄糖进入血液循环，维持增高的血糖水平。脓毒血症时肠道黏膜利用谷氨酰胺的能力下降。

肿瘤本身活跃地摄取氨基酸和葡萄糖并释放乳酸，乳酸可被肝脏用于糖原异生。同时，肌肉群的消耗十分明显。

3．氮的排出和氮平衡 氮在体内代谢的终产物从尿中排出；食物中未吸收的蛋白质以及分泌到肠腔中未重吸收的蛋白质从粪便中排出。此外，从皮肤丢失的氮可分为可溶性氮，如汗中尿素；或以上皮细胞屑形式丢失。最后尚有极少量氮从鼻咽分泌物、头发、月经和精液中丢失。

尿中主要含氮成分是尿素、氮、尿酸和肌酐。这些成分在尿中的含量随摄入蛋白质量的不同发生改变（表2－5）。如在正常蛋白质饮食中，尿中尿素氮占总尿氮的80%以上，但低蛋白饮食中，以上比例减少。禁食时，尿氨氮的绝对量和尿氮的百分比均增高，此是对酸中毒的反应所致，食物中不含肌酐时，肌酐排出量较稳定，不随食物改变，因而它反映了肌肉中肌酸的量。

蛋白质在体内总的代谢可用氮平衡表示，即摄入氮和排出氮之间差，该差值如是正值，代表正氮平衡，说明氮在体内潴留或用作机体蛋白质增长；相反，负氮平衡代表氮丢失。

氮平衡公式如下：

B＝I—（U＋F＋S）

B：氮平衡；I：摄入氮；U：尿素氮；F：粪氮。

S：皮肤丢失氮。

算得的氮平衡常有10%～15%的误差。一般氮的摄入量往往计算过高，主要原因是食物或输入的营养物实际上往往未按预计的全部摄入；而丢失的氮往往估计过低。因此造成偏于正氮平衡的倾向。皮肤丢失氮很难直接测量，往往该部分氮丢失忽略不计，或用一个常数来估计，详见下段。

表2－5　成人在不同营养条件下尿氮中的各种成分

氮平衡也受能量摄入的影响，能量摄入低于机体需要时，氮平衡渐变为负数；能量摄入超过机体需要时，氮平衡趋向平衡或正值。

氮平衡也受激素的影响，合成激素（生长激素、睾酮）和分解激素（皮质激素、甲状腺素）对氮平衡有不同影响，特别影响肌肉蛋白质代谢。骨骼肌是机体最大组织，故肌肉内蛋白质合成和分解的变化决定了整个氮平衡的改变，这种情况往往掩盖了激素对其他组织，如肝组织内蛋白质代谢的影响。

四、人类对蛋白质和氨基酸的需要量

1．蛋白质的需要量 测定饮食蛋白质的需要的一个方法是因子分析法，即把无氮饮食下所有有机氮的丢失相加。给接受测试的人饲以无蛋白饮食时，尿氮排泄量在几天中迅速下降，最后达到一个稳定值。根据WHO／FAO两个专家委员会的研究并被专门小组确认，这一最低尿氮排泄量在成人估计为37mg／（kg·d）。同时，即使无蛋白饮食，粪便中仍有氮的丢失，代表未被重吸收的各种消化道酶和脱落的肠上皮细胞，这一粪氮丢失量是12mg／（kg·d）。有机氮也以脱落的皮肤细胞、剪掉的毛发和指（趾）甲以及汗的形式从皮肤丢失；在最低出汗量时严格采集标本的情况下，直接研究皮肤丢失发现，在适度环境中，进正常饮食的成人的皮肤氮丢失为5～8mg／kg，当进以无蛋白饮食时，丢失量降至3mg／kg。此外，尚有一些次要丢失，如呼吸排出氮，鼻分泌物，女性月经和男性精液。每日经这些次要途径平均丢失氮在男性约为2mg／kg，女性约为3mg／kg。

总之，以上表明成人必需氮的丢失量是54mg／（kg·d）。以上值乘以6．25为蛋白质重量，代表体蛋白丢失0．34mg／（kg·d）。加上个体差异15%的2倍即30%，以上值增至0．45mg／（kg·d），此值在统计学上包括了97．5%人群的每日必需蛋白质丢失。以上是根据无蛋白质摄入时情况算得的，实际上在摄入蛋白质时，即使摄入优质的卵蛋白，随着摄入量增加，氮丢失增多。为到达氮平衡需补充的蛋白质按优质蛋白质计需再增加30%，则需每日补充如鸡蛋蛋白质这类优质蛋白质0．57mg／（kg·d）。普通食物中，蛋白质生物效应相当于鸡蛋蛋白质的75%，最后得出正常人需普通食物蛋白质0．8mg／（kg·d）。如70kg体重的成人需蛋白质量是56g／d。

1985年，由食品和农业组织召集的一个国际委员会，世界卫生组织和联合国大学共同就蛋白质和能量需要发布了一个报告。报告中的结论是：年轻人的人均蛋白质需要量是0．6g／kg。若考虑个人差异，加上2个标准差，则97．5%的年轻人的安全摄入量上升到0．75g／（kg·d）。因成人对必需氨基酸的需要量很少，无必要对蛋白质的生物价值进行纠正。但要考虑食物的易消化性不同也会导致利用率的不同。动物蛋白质95%可被消化吸收，而富纤维的植物蛋白质仅80%被消化吸收，因而进食混合食物的成人，蛋白质需要量按以上计算不需纠正，而进食消化性差的植物蛋白时，其蛋白质需要量应进一步增加。

对各年龄组的蛋白质需要量也进行了研究，出生后第1年间，婴儿体重增长约为7kg，体蛋白的日增加值为3．3g。婴儿每日蛋白质需要量的估计是基于维持最大限度生长所需的乳蛋白量，即第1个月2．4g／kg，第6个月降至1．75g／kg。1年以后，需要量不很确定，一般认为从1～2岁时的1．2g／kg进行性下降至成人水平的0．75g／（kg·d）。

妊娠期间，约有1kg蛋白质积存于胎儿和母体，其中大多数积存于妊娠晚期。为此，妊娠妇女应平均每日多摄入6g蛋白质。在哺乳初期，应比非妊娠妇女每日推荐摄入蛋白质增加17．5g，以弥补随乳汁分泌的蛋白质。哺乳6个月后，增加的数可逐渐减少。关于老年人蛋白质的需要量是有争议的，有些研究认为，老年人蛋白质需要量与年轻人相似。也有研究认为，即使给蛋白质0．8g／（kg·d），一半老年人难以达到氮平衡，提示老年人蛋白质需要量增加。WHO／FAO／UNU 1985年推荐的蛋白质摄入量见表2－6。

表2－6　WHO／FAO／UNU（1985）蛋白质摄入的安全量（g／kg）

注：＊示加肌体总蛋白摄入量

2．必需氨基酸的需要量 不同年龄的人必需氨基酸的需要量见表2－7。

表2－7　不同年龄组人群必需氨基酸（EAA）需要量（mg／kg）

摘自参考文献［1］：30

按kg体重计，人体对蛋白质和每个必需氨基酸需要量随年龄下降（图2－5）。

图2－5　6个月、10～12岁及成人对蛋白质和8种必需氨基酸总量的平均需要量

3．疾病时蛋白质和必需氨基酸的需要量 确定疾病时蛋白质的需要量有两个困难：①不同疾病影响蛋白质需要的情况不同；②各个疾病的严重性也影响蛋白质需要。一些疾病如发热、骨折、烧伤和创伤，体蛋白在急性期大量丢失，应在恢复期补充。因而，存在两个问题，急性期的需要量和恢复期的需要量。机体在严重创伤或疾病时，产生高代谢应答，此时是否需要高蛋白和高能量摄入有不同意见。此时的蛋白质丢失是可观的。例如，卧床期间单纯失用性萎缩可导致0．3kg的体蛋白丢失。胃切除后在上述基础上有增加0．4kg丢失量，股骨骨折增加0．7kg，35%烧伤增加1．2kg体蛋白丢失。因而，恢复期补充丢失十分必要。在恢复期，必需氨基酸的需要量增至成人正常需要量的2～3倍。恢复期的成年大鼠与生长中的幼鼠营养需要相同。因此，对蛋白质耗竭状态的患者，推荐摄入的必需氨基酸谱是按照生长迅速的儿童的需要制定的。

在一些疾病中，蛋白质的摄入严重受限。例如，急性肝衰竭时，应限制蛋白质的摄入以避免肝昏性脑病；尿毒症时，排泄含氮终产物的能力受限，应给机体提供足量的蛋白质以避免组织蛋白的消耗，同时不能超出患者处理氨基酸负荷的能力。因而，在尿毒症患者的饮食管理中，0．5g／kg的蛋白质摄入量比早先推荐的0．25g／kg更能使患者抵抗感染。为减少尿毒症患者需要排出的氮量，近来以试用无氮的氨基酸类似物（酮体类似物）。有证据显示，恶性病时厌食造成的消耗状态（恶病质）可降低患者耐受治疗的能力。营养恢复可使患者更好耐受手术、化疗和放疗、癌性恶病质患者失去了细胞免疫的正常应答，有效的营养支持后细胞免疫的恢复可作为判断营养支持是否有效的指标，也是机体恢复的指标。

五、食物蛋白质的质和量

正常饮食条件下进行氮平衡研究及营养学实验时，常假定所有食物中的氮以蛋白质形式存在。因此，饮食中的氮含量乘6．25被作为蛋白质含量的合理近似值。这一作法是基于两点假设：①饮食中所有的氮为蛋白质；②系数6．25代表大多数蛋白质和蛋白质混合物的蛋白质与含氮量的比率。

欧美国家混合性食物中的氮主要是蛋白质。然而，对于块根作物，如木薯，经水解后继以氨基酸成分分析得到的氮含量比实际蛋白质含量高出许多。6．25乘N表示蛋白质的平均含氮量为16%。但不同食物蛋白质的含氮量有差异，如乳类蛋白是15．7%。坚果是19%。

1．蛋白质质量的评价 1946年，Block和Mitchell引入了以氨基酸成分评定蛋白质营养价值的概念。他们认为食物蛋白质的生物价值应由与动物和人类需要的最低浓度的必需氨基酸决定，这种必需氨基酸被称为该食物的“最限氨基酸”或“限制氨基酸”，并由此计算该食物蛋白质质量的“化学分”。

实践中，首先确定具理想氨基酸谱的蛋白质，供应足量此种理想蛋白质可以提供最适浓度的所有必需氨基酸以适应机体需要。在FAO／WHO的能量和蛋白质需要量的报告中，给出了暂行的食物蛋白质的氨基酸谱的评分。这个氨基酸评分是根据学龄前儿童对必需氨基酸谱的需要而制定的。其中理想的必需氨基酸的含量百分比分别为异亮氨酸4%、亮氨酸7%、赖氨酸5．5%、甲硫氨酸＋半胱氨酸3．5%、苯丙氨酸＋酪氨酸6%、苏氨酸4%、色氨酸1%、缬氨酸5%。

上述食物蛋白质的质量是用该食物蛋白质中“限制氨基酸”的化学评分表示。所谓某食物中的限制氨基酸即测出这种食物蛋白质中每种必需氨基酸在总蛋白质中占的百分比，然后逐一和理想氨基酸谱的蛋白质中每种必需氨基酸占的百分比比较，比之最低的必需氨基酸即是该食物的“限制氨基酸”。如表2－8中谷类食物中赖氨酸占总蛋白质的2．4%，与理想食物中赖氨酸占5．5%之比，仅为44%，是该食物中各种必需氨基酸中与理想氨基酸浓度相比是最低的，故赖氨酸是谷类食物的“限制氨基酸”，44%即是谷类食物的蛋白质质量的“化学评分”。

表2－8　理想蛋白和谷类、豆、奶粉及3种混合物的蛋白质中必需氨基酸构成

2．食物蛋白质的可利用性 应用以上化学评分作食物蛋白质质量的指标，即可从分析食物蛋白质的氨基酸组成评估其营养价值。然而，在一些情况下，氨基酸的可利用性较以上评分显示的结果低。一些生的植物含蛋白水解抑制药，可被烹制过程灭活。热处理或在不利条件下储存也可造成蛋白质生物利用性下降。

在食品的加工过程中，氨基酸可发生4种类型的破坏：

（1）存在还原糖时，适度的热处理可导致氨基酸丢失。如在牛奶加工过程中，糖与赖氨酸基团的侧链反应，使后者不能被利用。

（2）存在糖或氧化的脂肪或其他情况时，高温加热使食物蛋白质不易消化，因而所有氨基酸可利用性下降。

（3）蛋白质用强碱处理后，赖氨酸和半胱氨酸的基团共同反应生成具有毒性的赖－丙氨酸。

（4）氧化环境下，例如应用SO2，甲硫氨酸的丢失增多。

除通过化学反应从饮食中丢失必需氨基酸外，氨基酸的利用还受其他过量的必需或非必需氨基酸的影响。这种氨基酸比例失调可对动物产生毒性作用、拮抗作用和失衡作用。这些副作用主要在生长中的动物得以显示，表现为生长率下降及其他改变。氨基酸毒性指的是大量摄入某种氨基酸后的不良反应。各种氨基酸产生毒性作用时的水平不同，毒性最强的是甲硫酸和酪氨酸。过量苏氨酸可导致生长率轻微下降。氨基酸拮抗作用指一种氨基酸过量导致生长率的抑制，这种抑制可被添加另一种结构相似的氨基酸减轻。例如3种支链氨基酸，即亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸之间有拮抗作用。氨基酸失衡指氨基酸比例的变化导致生长率的抑制，这种抑制可被饮食中添加更多的“限制必需氨基酸”而缓解。例如，将缺乏组氨酸的混合氨基酸加到含6%纤维蛋白的食物中饲给大鼠，其生长停止，这种混合氨基酸中的限制氨基酸是组氨酸，食物中添加组氨酸后大鼠生长恢复。以上情况是因为加入缺乏组氨酸的混合氨基酸后，由于这种混合氨基酸的不平衡损害了生长中的大鼠利用纤维蛋白中组氨酸的能力，因而血浆中组氨酸水平明显下降，动物食物摄入明显减少，可能由于脑组织中低血浆水平氨基酸对食欲控制发生某种影响所致。

（陈亭苑）

参考文献

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