5.蛋白質

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版授權釋出

蛋白質 (PROTEINS)動物蛋白 (Animal Protein): 牛肉，豬肉，羊肉，家禽，蛋，奶，魚植物蛋白 (Plant Protein): 豆 (legumes), 穀類 .

蛋白質蛋白質係由 氨基酸 分子串成一串 ，而氨基酸 次序，係按 基因 而定

蛋白質 ( 由胺基酸組成 )

蛋白質歷史胰島素 (insulin) 是 第一個蛋白質上胺基酸的排列順序斷定的蛋白質，由 1958 年贏得諾貝爾獎 (Nobel Prize) 的弗雷德里克桑格 (Frederick Sanger) 測出1958 年，馬克斯 · 佩魯茨 ( Max Perutz) 研究出血紅素的化學構造，而肯德魯爵士約翰考 (Sir John Cowdery Kendrew) 研究出肌紅素的化學構造

蛋白質 ( 三維結構 )佩魯茨和肯德魯 (Perutz and Kendrew)在 1962 年的諾貝爾化學獎 (Nobel Prize in Chemistry) 發表 ，在 X 射線衍射 (X-ray diffraction) 分析下，發現上述兩種蛋白質皆為三維結構 ( three-dimensional structures )

肌紅素 (Myoglobulin) 3 D 構造

蛋白組成 (Protein Composition)胺基酸 ( Amino Acids)

1) 非必需胺基酸 (Non-essential Amino Acid) - 身體能自行製造，毋須依賴食物提供 2) 必需胺基酸 (Essential Amino Acid) －由九個， 身體不能 製造，有賴食物

胺基酸結構 有機化合物 (An organic Compound) ，氨基 （— NH2 ）

蛋白質的組成 碳 (Carbon) 、氫 (Hydrogen) 、氧 (Oxygen) 、氮 (Nitrogen)

和其他微量元素 (trace elements)如 - 硫(Sulfur ) 、磷 (Phosphorus) 、鐵 (Iron) 、銅 (Copper)

蛋白質分子量 ( Molecular Weight) 為 13000 到好幾百萬

蛋白質 在自然界中，大約有 50 種胺基酸 (amino acids) 在營養學方面 (nutrition science)， 22 種胺基酸 有一些胺基酸 , 像鳥胺酸（ Ornithine ）和瓜胺酸（ Citruline ），是重要的代謝中間產物(intermediate metabolites) ，但不能作為蛋白質的組成 (component of protein)

胺基酸 (Amino acids) 是藉由 生太鍵（ Peptide linkage) 組成 蛋白質

胺基酸分類分類 Essential Amino Acids Non essential Amino Acids

脂肪族胺基酸

中性酥胺酸 threonine（ Thr. ）

擷胺酸 valine（ Val.） ﹡白胺酸 leucine（ Leu.） ﹡異白胺酸 isoleucine（ Ile.） ﹡甲硫胺酸 methonine （Met. ）﹢

glycine 甘胺酸（ Gly. ） alanine 丙胺酸（ Ala. ） serine 絲胺酸（ Ser. ） cysteine 半胱胺酸（ Cys. ）﹢ cystine 胱胺酸（ Cystine ）﹢

酸性 —

Aspartic acid 天門冬酸（ Asp. ） Aspartine 醯胺天門冬酸（ Asn. ） Glutamic acid 麩胺酸（ Glu. ） Glutamine 醯胺麩胺酸（ Gln. ）

鹼性 ‧離胺酸 lysine （ Lys. ） Arginine 精胺酸（ Arg. ） Citrulline 瓜胺酸（ Cit. ）

芳香族胺基酸（中性） ‧苯丙胺酸 phenylalanine（ Phe. ） ‧Tyrosine 酪胺酸（ Tyr. ）異環族胺基酸（中性） 色胺酸 tryptophan（ Trp. ）組織胺酸 histidine（ His. ）

Proline 脯胺酸（ Pro. ）Hydroxyproline 羊巠脯胺酸（ Hy

p. ）註：〝﹡〞 has branched chain 者表含分支鏈； 〝﹢〞 has sulfur 含硫 Cystine and Tyrosine are called semi essential amino acids

交通大學 吳雲珠

蛋白質分類 (Protein Classification) 分類的基本原則 (Classified based on)

化學性質分類 (Chemical Properties)

物理形狀分類 (Physical Properties) 營養性質分類 (Nutritional Properties)

蛋白質功能 (Protein Functions) 1. 維持生命與成長 (Maintain life and

growth) ： 人體有 1-2 % 的蛋白質每天在代謝

(turnover) （如：頭髮，指甲，骨，器官，肌肉） 每一個活細胞和體液都有蛋白質。氨基酸能修復細胞，並合成新的蛋白質，不同的蛋白質分子式，決定於細胞核內遺傳物質

蛋白質功能2. 酵素 (Enzymes) 3. 抗體 (Antibodies) 4. 骨骼 (Bone Protein) 、內臟 肌肉

(Actin and Myosin)5. 結締組織 (Connective tissue )

( 例如：角蛋白 (Keratin), 膠原蛋白(Collagen), 彈性蛋白 (Elastin)) 可修復頭髮與指甲

6. 血液凝血因子 (Blood-clotting factors ) - 例如：纖維蛋白原 (fibrinogen)

蛋白質功能7. 維持體中平衡 (Maintain fluid balance) -- 如：白蛋白 (albumin) 100毫升血漿有 3.9克的 球蛋白 (Globulin) 大約 2.3 – 3.5g

% 血漿8. 荷爾蒙 (hormones) 如：胰島素 (Insulin) ，生長激素 (Growth

Hormone)9. 在空腹狀態，蛋白質會形成葡萄糖作為大腦的能量來源的形式10. 能量： 4 卡洛里 /1公克 11. 血紅素 (Hemoglobulin) – 攜帶 O2, CO2

胺基酸也可以形成身上含氮的化合物 酪胺酸 (Tyrosine)--> 甲狀腺素

(Thyroxine),腎上腺素( Epinephrine), 皮膚色素 (Melanin)

色胺酸 (tryptophan) --> 血清素(Serotonin)寧神的神經傳導物

母奶、牛奶、雞蛋之中含有高色胺酸 胺基酸 -> 肌肉中的肌酸 (Creatine)

肌酸酐 (creatinine) 傳到尿液

胺基酸也可以形成身上含氮的化合物 DNA 上的含氮的鹽基 (Purine (Adenine &

Guanine) 和 Pyrimidine (Thymine, Cytosine))

組織胺酸 (Histidine) --> 組織胺 (Histamine)

麩胺酸 (Glutamate) ---GABA ( 一種神傳導物質( Neurotransmitter)) 會使人寧神

羊癲癇者及缺乏GABA

精胺酸 (Arginine) 一氧化氮 (NO) (NO) 可擴張血管 就不會心肌梗塞

蛋白質分類血漿 ( plasma) 中有 14g % 的血紅素 血紅素 (Hemoglobulin)

肌肉 肌紅素 (Myoglobulin)玉米 (Corn) 玉米醇溶蛋白 (Zein)小麥 (wheat) 的在麵筋

(gluten)麵筋蛋白 (Glutenin)

豆 (legume) 豆類蛋白 (Legumin)牛奶 (milk) 乳清蛋白 (Lactalbumin ) ，乳球蛋白

(lactoglobulin) ，酪蛋白 (casein) ，乳鐵蛋白 (lactoferrin )

化學性質分類 (Chemical Properties) ： 1. 簡單蛋白質 (Simple Protein) ： 。

血漿蛋白 (Plasma): 白蛋白(Albumin)

3.9 g %

球蛋白(Globulin)

2.3-3.5 g %

｛ 角蛋白 (Keratin)指甲及其他結締組織(Nail, Connective tissue)

膠原蛋白(Collagen)彈性蛋白 (Elastin)

蛋白質分類 化學性質分類

2. 複合蛋白質 (Complex protein) ：

脂蛋白 (Lipoprotein) 醣蛋白 (Glycoprotein) 核蛋白 (Nucleoprotein) 酪蛋白 (Casein) 卵蛋白 (Ovovitellin)

3. 衍生蛋白質 (Derived Protein) 例如 , 多生太（ Polypeptides ）

蛋白質分類 - 物理形狀分類 纖維狀蛋白質 (Fibrous protein) ： 通常不溶於體液 (body fluid ) 中，且具有張力

(Elastic) 、韌性 - 角蛋白 (Keratin) 大多在頭髮與指甲中 球形蛋白質 (Globular Protein) ： 通常為球形 (Spherical)或橢圓形 (oval) ，易溶於體液 ，如 - 血紅素 (Hemoglobulin)

蛋白質分類 - 營養性質分類 完全蛋白質 (Complete protein) ：

有九種必須氨基酸 (essential amino acids)以供組織所需，同時還能夠促進正常的 生長速率。 肉、蛋中 卵蛋白 (ovovitellin) 、 牛奶中的 酪蛋白 (casein) 有高生物價蛋白質 ( high biological value )

部分完全蛋白質 (Partially complete protein) ： 為生長發育所需，缺了它們生命仍可維持。

蛋白質分類 - 營養性質分類 不完全蛋白質 (Incomplete protein) ： 因而不足以維持生命。

植物生成 米、小麥 缺 類胺酸(Lysine)

玉米 缺 色胺酸(Tryptophan)

豆類 (legume) 缺 甲硫胺酸(Methionine)

動物生成膠原蛋白

(Collagen) → 明膠 (gelatin) 又稱果凍膠

缺類胺酸

(Lysine),色胺酸(Tryptophan)

鰭魚 (Fish Fin)

缺 色胺酸(Tryptophan)

人類所需的八種必需胺基酸白胺酸 (leucine)異白胺酸 (isoleucine)纈氨酸 (valine)羥丁胺酸 (threonine) 甲硫胺酸 (methionine)苯丙胺酸

(phenylalanine) 色胺酸 (tryptophan) 離胺酸 (lysine.)

對小孩子而言，組織胺酸 (histidine )也為必需胺基酸之一，換言之，小孩子 需要九種必須胺基酸

蛋白質的營養價值 (Protein Nutritional Value ) 兩種因素 (two factors)

質量 (Quality) (用九種必需胺基酸做為判斷 ) (criteria)

數量 (Quantity) 註 素食者 (vegetarians) 可在米或大豆 (soybean) 中獲取

食物蛋白之品質評價方法( Protein Quality Assessment )

1. 化學積分法 (Chemical Score) : 分析各種胺基酸的含量，再與 1973年FAO/WHO所定之參考蛋白之各胺基酸比較，又稱胺基酸積分或化學積分

100)(1

)(1

毫克基酸量克參考蛋白中某一種胺毫克胺基酸量克測試蛋白質中同一種

胺基酸積分

化學積分法 (Chemical Score) 各個胺基酸均有個積分，積分最小之胺基酸，表示此最為 缺乏之胺基酸 (limiting

amino acid) ，或稱第一缺乏胺基酸，其次為第二缺乏胺基酸，再者為第三缺乏胺基酸 如玉米之第一二三缺乏胺基酸分別為離胺酸，色胺酸，異白胺酸。要提高營養價值所用之添加法，必需從第一二三順序添加。若未按順序添加，反而使動物生長遲緩。

食物 化學積分雞蛋 100牛奶 95

魚 71牛肉 69花生 65燕麥 57米 57小麥 53玉米 49黃豆 47芝麻 42

食物蛋白之品質評價方法(Protein Quality Assessment )

2. 蛋白質效率 (Protein Efficiency Ratio) :將體重增加數與攝取的蛋白質做比較， PER 越高，表蛋白質品質越好， PER 大於 2 者為品質優良，例： 蛋 PER 4 黃豆 PER 2.4 麵粉 (wheat flour) PER 1

蛋白質攝取克數體重增加克數PER

食物蛋白之品質評價方法3. 蛋白質淨利用率 (net protein utilization)( NPU) :

被吸收的氮素稱為吸收氮素，吸收氮素中有一部分被利用來製造身體組織者稱為保留氮素，一部分經代謝，而主要以尿素狀態被排在尿中的稱為尿氮，淨蛋白利用率為保留氮數及氮總攝取量的比數，在乘以 100所得數值即為NPU ，這種數值可以很明顯地表示出蛋白質的好壞。

食物蛋白之品質評價方法 蛋白質淨利用率

(NPU=BV*消化吸收率 )= 動物吃無蛋白飼料時的尿氮。= 動物吃無蛋白飼料時的糞便氮素。

氮攝取量代謝氮謝糞便氮便內因性氮量尿氮氮氮攝取量

氮攝取量保留氮留NPU

100)()(

100

食物蛋白之品質評價方法表 3 蛋白淨利用率

食物 蛋白質淨利用率 食物 蛋白質淨利用率

牛奶 蛋牛肉 魚 米 玉米整粒

829080835752

麵粉麵筋大豆粉 馬鈴薯 豌豆甘藷

523765714472

食物蛋白之品質評價方法4. 生物價值 (Biological value . BV) :

BV之計算，是以吸收後的氮量為分母，以保留氮量為分子， BV 通常大於 NPU ( NPU=BV*消化率 (Digestibility))

)代謝氮謝糞便氮便(氮攝取量100)代謝氮謝糞便氮便()內因性氮量尿氮氮(氮攝取量

100吸收氮收保留氮留BV

食物蛋白之品質評價方法表 4 生物價值

食物 生物價 食物 生物價人奶蛋牛奶肝牛肉魚黃豆

95949077767675

米全麥 馬鈴薯 酵母 玉米花生 豌豆

7567676360

56-6040

蛋白質的一般性質 蛋白質的變性作用 (Denaturation) ：

蛋白質受到酸、鹼、尿素、有機溶媒、重金屬、熱、紫外光及 X-Ray 等物理或化學的破壞，引起蛋白質自然之分子結構的改變，並引起生理活性的消失，稱為變性作用。 變性作用破壞了蛋白質的第二級 (Secondary) 和第三級 (Tertiary) 結構 ，一般不會影響其初級 (Primary) 結構。

蛋白質的一般性質 變性蛋白質性質 (Denatured Protein Properties)

1. 溶解度降低 2. 生物活性消失 3. 不能結晶 4. 易受蛋白脢的水解

蛋白質的一般性質 蛋白質的變性效應：

蛋白質經些微加熱後，其橫向鍵即斷裂，因而可加速消化之進行；但相反的，過度的加熱反而可能造成橫向鍵的生成，而使消化進行困難。 有一種抵抗消化的作用，稱為梅納反應（ Maillard

reaction ）或 褐化反應（ Browning reaction ），即是由於長期受熱而形成於醣類與離胺酸之間的反應。

蛋白質消化和吸收 Digestion &absorption)

位置 不活化物質

(Inactive enzyme) 活化物質 活 化 酵 素(Active enzyme) 消化 (digestion)

口腔 無 無 無 咀嚼 (Chewing )

胃 胃蛋白脢原（ Pepsinogen ） 鹽酸（ HCl ）

胃蛋白脢（ Pepsin ）可斷裂芳香族氨基酸 (aromatic amino acids) 或 白胺酸 (Leucine) NH2 端 形成的肽鍵 (peptide)

凝乳酵素（ Rennin ）可將牛奶中的酪蛋白（ Casein ）催化成含鈣的副乾酪素（ Ca paracasei- nate ）

小腸管 胰蛋白脢原（ Trypsinogen ）

腸激動脢（ Entero-kinase ） 胰蛋白脢（ Trypsin ）

可斷裂離胺酸(Lysine)或白胺酸(Arginine)之COOH端所生之胜鍵 (Peptide)

食糜蛋白脢原（ Chymotrypsinogeni ）

胰蛋白脢（ Trypsin ） 食糜蛋白脢

（ Chymotrypsin ）

可斷裂色胺酸(Tryptophan) 酪胺酸 (Tyrosine) 和苯丙胺酸 (Phenylanine )之COOH端之胜鍵(Peptide)

前梭基生太脢（ Procarboxy-peptidase ） 胰蛋白脢 梭基生太脢

（ Carboxypeptidase ）可斷裂端羧基端(terminal carboxyl end) 之形成胺基酸 (amino acids)

小腸黏膜

(intestinal mucosa)

刷狀緣 (Brush border) ：胺基寡（ Aminooligopeptidase ）及雙生太脢（ Dipeptidase ）

前者可斷裂短肽(short peptides) 的最末一個形成的肽鍵 t(peptide)；後者可斷裂二肽氨基酸組成(dipeptide to form amino acids)

細胞質：雙及三生太脢（ Di and tripeptidase ） 可斷裂形成氨基酸

蛋白質之消化和吸收(Digestion and absorption) 酵素抑制劑效應 (Enzyme inhibitor) ：

生吃黃豆 (Raw Soybean) 有抑制 胰蛋白脢 ( Trypsin inhibitor) ，加熱過後，抑制蛋白脢會被破壞

消化係數 (Digestibility) ： 是指吃下去的蛋白質所能吸收的百分比。計算方法為：消化係數（ CD ）＝【氮攝取量－（糞便氮量－無蛋白質飲食時之糞便氮量）】÷氮攝取量 ×100 牛奶、雞蛋 97 植物蛋白 75 to 80

蛋白質之消化和吸收(Digestion and absorption)

在某些情形下， 可經胞飲 (Pinocytosis) 作用 而被吸收。 如：二肽 ( Dipeptide), 三肽 ( Tripeptide) 免疫球蛋白 (γGlobulin)會在小腸吸收

蛋白質之消化和吸收(Digestion and absorption) 吸收

不同的胺基酸 ，有不同得吸收速率。 有 12 個「與膜結合的特殊立體運輸系統」（ Stereospecific membrane-bound transport system ），分別可輸送下列 12組胺基酸

膳食蛋白質

消化與吸收代謝性 胺基酸池在 血液 ,淋巴 ,肝臟肌肉及其他器官中

肌肉 , 器官 , 骨骼等結構性蛋白質血液蛋白質酶賀爾蒙抗體

腸內酶 ,小腸黏膜

糞便中 氮腸中微生物

小便中 氮(尿素為主 )分解 碳鏈

NH2

尿素(肝中 )

未消化的蛋白質

合成代謝 分解代謝

能量脂肪葡萄糖

飢餓時

蛋白質的換新率 (Protein Turnover)Dr . Suttie at University of Wisconsin用放射性含硫的胺基酸 (Methione) 注入老鼠而研究蛋白質的換新率血小板、白血球、紅血球、小腸的換新率很快

膳食蛋白質每天所需要的量(Dietary Protein Requirement Measurement)

氮平衡 (N balance) = N 攝取 – N 排出 ( 尿液 + 糞便 +皮膚 )尿素 ( urea ) 20mg-35 mg / 每天

尿酸 (uric acid) 0.5mg-0.7mg 肌酸酐 (creatinine) 1mg-1.5mg

一公克的氮大約等於 6.25 公克的蛋白質

膳食蛋白質每天所需要的量氮平衡

各種情況 所需攝取的氮比平常多或少小孩、孕婦 +

成人 0

低蛋白者、病人、燒傷的人、生氣的人 -

膳食蛋白質每天所需要的量 體重一公斤， 需要 1.1公克的蛋白質 70公斤的人， 需要 77公克 的 蛋白質 能量 之 12% 來自 蛋白質 蛋白質攝取需增加者：

小嬰兒 授乳者、孕婦 剛開完刀者，受燒燙傷者

蛋白質中毒 (Protein Toxicity) 太多的蛋白質會對肝和腎造成負擔

蛋白質 胺基酸→肝形成 尿素 (urea)→腎 (Kidney) 尿液 (urine)

蛋白質缺乏症 瓜西澳科兒症 (Kwashiorkor)蛋白質不夠，卡洛里尚可 血漿的白蛋白 (Albumin)缺乏，會造成水腫 免疫力下降虛弱、脂肪肝 (fatty

liver) 、皮膚炎 ( Dermatitis) 、紅頭髮、 水腫 (edema ) 腹部腫大 (Distended abdomen) 、齒落 、 焦躁 (irritable) 、體重下降、生長遲緩 ( Stunted growth ) 、青春發動期 ( puberty)遲緩、無精打采 (Lethargy)

蛋白質缺乏症的嬰兒

蛋白質缺乏症消瘦症 (Marasmus)

低蛋白者、低卡洛里者 體重下降、生長遲緩、也有水腫、皮膚乾燥、易有飢餓感、焦躁 (freful)

印度消瘦症的兒童

問題與討論1. 胰島素 (insulin) 是第一個胺基酸排列順序被研究成功的蛋白質嗎？2. 請說明血液的白蛋白如何維持血液的滲透壓？3. 母奶、牛奶、雞蛋之中含有哪一種胺基酸可在腦中形成幫助睡民的血清素？4. 麩胺酸可合成哪一種神經傳導物質能使人寧神？5. 試述蛋白質分類法其中三種的分類分式。6. 試述食物蛋白之品質評價方法的四種方式。

問題與討論7. 是列出成人所需要的八種必須胺基酸。8. 試說明蛋白質的變性作用 。9. 甚麼叫完全蛋白質？不完全蛋白質？10.身上的蛋白質是不斷分解也不斷的合成嗎？哪種蛋白質的分解比較快？11.哪些人需攝取較正常人多的蛋白質？12.試說明瓜西澳科兒症與消瘦症有何不同。

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•Wiki National Human Genome Research Institute (NHGRI)•http://zh.wikipedia.org/zh-tw/File:Protein-primary-structure.png• 2010/07/15/ visited

• WIKI Aza Toth•http://en.wikipedia.org/wiki/File:Myoglobin.png•2010/07/07 visited

表格：胺基酸分類 • 交通大學 吳雲珠

•Wiki National Human Genome Research Institute (NHGRI)•http://zh.wikipedia.org/zh-tw/File:Protein-primary-structure.png• 2010/07/15/ visited

•WIKI CDC/ Don Eddins• http://en.wikipedia.org/wiki/File:Starved_child.jpg•2010/07/18 visited