蛋白质的消化与吸收.docx

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蛋白质的消化与吸收

蛋白质的消化与吸收

令狐采学

摘要：

本文针对蛋白质营养过程中消化和吸收两个环节及蛋白质的消化率、利用率进行介绍。

正文：

蛋白质是不同氨基酸以肽键相连所组成的具有一定空间结构的生物大分子物质。

蛋白质是构成机体和生命的重要物质基础它具有催化机体新陈代谢、条街生理机能、参与羊的运输、进行遗传控制等重要的生理功能，还可以建造新组织和修补更新组织，为有机体提供能量的功能。

机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。

蛋白质存在于所有的生物中，没有蛋白质就没有生命。

因此，蛋白质是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。

食入的蛋白质在体内经过消化被水解成氨基酸被吸收后，重新合成人体所需蛋白质，同时新的蛋白质又在不断代谢与分解，时刻处于动态平衡中。

因此，食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例，关系到人体蛋白质合成的量，在生命的任何阶段，身体的成长、发育和维持健康都离不开蛋白质，尤其是青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的健康长寿，都与膳食中蛋白质的量有着密切的关系。

营养的全过程包括摄食、消化、吸收、中间代谢、排泄等环节，通常指从消化道中间代谢的过程。

大多数的营养素在进入代谢过程之前，都必须先经过消化。

一种食物的营养价值，不仅取决于其所含的营养素，也取决于其可消化性和可吸收性。

食物中的蛋白质等大分子成分，先经由消化系统消化吸收后进入体内，由血液循环被运送到全身各处，并在体内发生分解、合成或转化等代谢，从而发挥其生理作用。

可以说，营养素在体内的消化与代谢过程就是其完成生理功能的过程。

从人体解剖的角度来看，人的消化道是由相互延续的空腔器官构成，上端通过口腔、下端由肛门与外界相通。

因此，从严格意义上来时，人体摄入的食物并没有真正进入到人体内，人体的组织与细胞也不能利用消化道内的食物，即便消化道本身，也需要由从心脏来源的血液提供氧气和养料。

可见，食物只有经过消化吸收进入人体后才能发挥其生理作用。

本篇报告主要讨论蛋白质的消化与吸收的两个过程。

一、蛋白质的消化

人或动物摄入的食物必须被分解成小分子物质后才能穿过生物膜进入体内。

将食物中的高分子有机化合物转变成能被生物体吸收利用的较小分子的作用称为消化作用。

食品的消化有两种形式，一种是通过机械作用，靠消化道的运动把大块食物磨碎，称为机械消化，又称物理性消化。

另一种是在消化液或消化酶的作用下，把大分子变成可吸收的小分子物质，称为化学消化。

化学性消化作用的反应机制是水解作用。

通常，食物的机械消化与化学消化是同时进行的，两种消化方式紧密配合、互相促进，共同完成对食物的消化过程。

蛋白质的消化主要是在胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、肽酶等酶解作用下进行的。

1、胃液的作用

蛋白质的消化从胃中开始。

胃腺分泌的胃液（pH值约为0.9-1.5.）中含有胃蛋白酶原，胃蛋白酶是胃中仅有的蛋白水解酶。

胃液中的胃蛋白酶在胃液的酸性条件下特异性较低地水解各种水溶性蛋白质，产物为多肽、寡肽和少量氨基酸，它水解氨基酸残基所组成的肽键有：

芳香族氨基酸、蛋氨酸、亮氨酸。

胃蛋白酶还有凝乳作用，可使乳儿食人的乳液在胃中充分消化。

胃蛋白酶原在胃酸以及自身作用被激活。

2、胰液的作用

胰腺分泌的胰液中含有蛋白酶，可分为内肽酶与外肽酶两类。

胰蛋白酶和糜蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）属于内肽酶，它们以不具活性的酶原形式存在，经肠致活酶、活性胰蛋白酶、酸及组织液等激活后，可水解蛋白质肽链内的一些肽键。

不同的酶对不同的氨基酸组成的肽键有专一性。

如胰蛋白酶主要水解由赖氨酸及精氨酸等碱性氨基酸残基的羧基组成的肽键，产生羧基端为碱性氨基酸的肽；糜蛋白酶主要作用于芳香族氨基酸，产生羧基端为芳香族氨基酸的肽。

外肽酶主要是羧肽酶A和羧肽酶B。

羧肽酶A水解羧基末端为各种中性氨基酸残基的肽键，羧肽酶B主要水解羧基末端为赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸残基的肽键。

这些酶有以下特点：

①在胰腺细胞中以酶原形式存在，这对保护胰腺组织免受自身蛋白酶消化具有重要意义；②这些酶的最适pH为7.0左右；③它们水解的产物是氨基酸和一些寡肽。

含有能抑制胰蛋白酶、糜蛋白酶等多种蛋白酶的物质，通称为蛋白酶抑制剂，妨碍蛋白质的消化吸收。

但可以通过加热被除去，常压蒸汽加热半小时，即可被破坏。

3、肠粘膜细胞的作用

胰酶水解蛋白质所得的产物中仅三分之一为氨基酸，其余为寡肽。

肠内消化液中水解寡肽的酶较少，但在肠粘膜的刷状缘及细胞液中哈均含有寡肽酶。

它们能从肽键的氨基酸末端或羧基末端逐步水解肽键，分别称为氨肽酶和羧肽酶。

刷状缘含多种寡肽酶，能水解各种由2-6个氨基酸残基组成的寡肽。

胞液寡肽酶主要水解二肽与三肽。

4、核蛋白的消化

食物中的核蛋白可由胃酸或者胃液和胰液中的蛋白水解酶水解成为核酸和蛋白质。

核蛋白的消化过程为：

食物中摄入的核蛋白在腹腔内，在胃酸、胃蛋白酶、胰蛋白酶的作用下，生成核酸和蛋白质；核酸和蛋白质在肠腔内水解，在胰液、小肠粘膜的核酸酶的作用下转变成为低聚核苷酸；低聚核苷酸在细胞表面继续水解，在小肠碾米的磷酸二酯酶的催化作用下，生成单核苷酸；最后，单核苷酸在细胞表面或细胞内水解，在小肠粘膜的核苷酸酶的催化作用下生成核苷和磷酸。

二、蛋白质的吸收

食物经消化后，所形成的小分子物质通过消化道粘膜进入血液或淋巴液的过程，称为吸收。

消化过程是吸收的重要前提，而吸收则为机体提供了营养物质，因而具有重要的生理意义。

营养物质的吸收方式存在被动转运与主动转运两种方式，呈单纯扩散、易化扩散和主动转运、胞饮等多种形式。

蛋白质在蛋白酶的作用下水解为氨基酸和寡肽，寡肽在寡肽酶的作用下水解为氨基酸。

氨基酸的吸收主要在小肠上段进行，为主动转运过程。

未经分解的蛋白质一般不被吸收，小量食物蛋白和四肽被吸收仅占2%，无营养价值，但可成为引发过敏反应的抗原。

经煮过的蛋白质因变性而易于消化成为氨基酸，在十二直肠何近端空肠就被迅速吸收；未经煮过的蛋白质和内源性蛋白质因较难消化，需进入回肠后才被基本吸收。

在小肠黏膜细胞膜上，存在着转运氨基酸的载体，能与氨基酸及Na+形成三联体，将氨基酸及Na+转运入细胞，此后Na+再借助钠泵排除细胞外，并消耗ATP。

氨基酸的结构不同，其转运载体也不同。

目前认为，上皮细胞纹状缘上存在着3类转运氨基酸的载体，它们分别运载中性，酸性和碱性氨基酸。

有些实验提示，小肠上皮细胞的纹状缘上还存在着第4种转运载体，可将肠腔中的二肽和三肽转运到细胞内，而且二肽，三肽的吸收效率比氨基酸还高。

这类转运系统也是继发性主动转运，动力来自H+的跨膜转运。

进入细胞内的二肽和三肽可被胞内的二肽酶和三肽酶进一步分解为氨基酸，再扩散进入血液循环。

因此，二肽和三肽也可能是蛋白质吸收的一种形式。

正常情况时蛋白质不能被直接吸收。

在异常情况下人吸收了微量蛋白质，不仅没有营养作用，相反，有可能成为抗原而引起过敏反应。

各种氨基酸的吸收速度取决于主动转运过程的不同转运系统。

如中性转运系统可转运芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸含硫氨基酸以及组氨酸、谷氨酰氨等，转运速度最快；碱性转运系统主要转运赖氨酸、精氨酸，转运速度较慢，仅为中性氨基酸载体转运速率的10％；酸性转运系统转运天门冬氨酸和谷氨酸，转运速度是最慢的。

不同酸碱性的氨基酸借助不同的转运系统吸收。

如中性转运系统对中性氨基酸具有高度的亲和力，可转运芳香族氨基酸，脂肪族氨基酸，含硫氨基酸以及组氨酸等；赖氨酸，精氨酸借碱性氨基酸转运系统转运；天冬氨酸，谷氨酸，甘氨酸等借酸性氨基酸转运系统转运。

除此之外，小肠黏膜细胞膜上还存在着转运二肽和三肽的转运体系，用于二肽和三肽的吸收，并在胞浆中氨基肽酶的作用下，将二肽和三肽彻底分解成游离氨基酸。

正常情况下，只有氨基酸及少量二肽、三肽能被小肠绒毛内的毛细血管吸收而进入血液循环。

四肽以上的氨基酸需要进一步水解才能被吸收。

吸收入肠黏膜细胞中的氨基酸，进入肠黏膜下的中心静脉而入流血，经由门静脉入肝。

然而，在肝静脉血液中的氨基酸组成并不完全相当于整个蛋白质的氨基酸组成。

这些相关部分的缺少，可能是由于吸收作用的速率不同造成。

也有部分原因可能是在吸收时，某些氨基酸已转化成其他形式，特别是大部分的天冬氨酸和谷氨酸转化成了丙氨酸。

因此，天冬氨酸和谷氨酸在血中的浓度通常是很低的。

在非经肠道的进食研究中，曾发现高水平的天冬氨酸和谷氨酸是有害的。

对于这个有害作用的一个可能的解释是由于它们分子中的两个羧酸的强整合作用，这样，它们可能限制了必须的两价阳离子，如钙离子和镁离子的利用。

这与使用的大量的谷氨酸一钠有关。

在过量食用了含有谷氨酸一钠的膳食后，曾观察到血中谷氨酸水平的升高，使人产生了头疼和不快的感觉。

这是由于食物中存在的谷氨酸量超过了肠道转化谷氨酸成丙氨酸的能力，而使大量的谷氨酸没被转化而被吸收的原因。

促进蛋白质吸收的方法

㈠蛋白质类药物胃肠道促吸收方法

现代生物技术药物在人类疾病的治疗中正发挥着越来越重要的作用，而生物技术药物大多数为蛋白质类药物。

该类药物在胃肠道中不稳定，易被胃肠道苛刻的pH环境和丰富的酶系统破坏，同时由于其具有分子量大、对胃肠道黏膜的渗透性低的特点，导致该类药物的胃肠道用药生物利用度极低。

以往人们已投入大量的精力开发蛋白质类药物的非注射给药剂型，包括滴鼻剂、肺部给药的喷雾剂及干粉吸入剂、植入剂以及口服剂型等。

其中口服剂型以其良好的患者依从性吸引了大批研究者的关注，而各种技术手段也被应用其中，如添加酶抑制剂与吸收促进剂等，这使得对蛋白质类药物的口服给药系统的研究方兴未艾。

但酶和pH环境对蛋白质的降解、破坏以及蛋白质在胃肠道的低渗透性，使得蛋白质类药物的吸收障碍亦成为蛋白质类药物胃肠道给药研究的瓶颈。

因此，采用添加酶抑制剂与吸收促进剂，对蛋白质进行化学修饰，利用穿膜肽、转铁蛋白等特殊转运机制的技术手段，可有效提高蛋白质类药物的胃肠道吸收采用纳米粒、微乳、脂质体、水凝胶等剂型手段，均可有效提高蛋白质类药物的胃肠道吸收。

㈡大分子载体促进多肽和蛋白质的吸收

一般认为大分子对细胞膜是非渗透性的,因而不能通过统中的运输屏障,利用这种不通透性。

许多大分子被用作药物载体。

以免药物很快从循环中被清除掉。

或者当药物植入组织时取得横释的效果。

用于药物输送的大分子中夭然的生物高聚物,如葡萄糖，白蛋白，核酸等；也有合成的聚合物。

许多大分子和细胞表面的带电区或疏水区有多种结合力。

因此亲和性很强，还有许多天然的大分子能高度特异地与某些细胞和组织结合。

所有这些性质都可用来设计出一种载体介导的输送系统，以提高药物的吸收或通透，特别是在其作用部位。

三、蛋白质的消化率和利用率

蛋白质的消化率

食物蛋白质消化率是反映食物蛋白质在消化道内被分解和吸收的程度的一项指标，是指在消化道内被吸收的蛋白质占摄入蛋白质的百分数，是评价食物蛋白质营养价值的生物学方法之一。

根据是否考虑内源粪代谢氮因素，蛋白质消化率又分为表观消化率和真消化率。

（一）蛋白质（n）表观消化率即不计内源粪氮的蛋白质消化率。

通常以动物或人体为实验对象，在实验期内，测定实验对象摄人的食物氮（摄入氮）和从粪便中排出的氮（粪氮），然后按下式计算：

蛋白质（n）表观消化率（％）=（i-f）／i×100

式中l代表摄入氮，f代表粪氮

（二）蛋白质（n）真消化率是考虑粪代谢时的消化率。

粪中排出的氮实际上有两个来源。

一是来自未被消化吸收的食物蛋白质；二是来自脱落的肠粘膜细胞以及肠道细菌等所含的氮。

通常以动物或人体为实验对象，首先设置无氮膳食期，即在实验期内给予无氮膳食，并收集无氮膳食期内的粪便，测定氮含量，无氮膳食期内的粪氮即粪代谢氮。

成人24小时内粪代谢氮一般为0.9～1.2g；然后再设置被测食物蛋白质实验期，实验期内摄取被测食物，再分别测定摄人氮和粪氮。

从被测食物蛋白质实验期的粪氮中减去无氮膳食期的粪代谢氮，才是摄人食物蛋白质中真正未被消化吸收的部分，故称蛋白质（n）真消化率。

计算公式如下：

蛋白质（n）真消化率（％）=i-（f-fk）／i×100

式中i代表摄入氮，f代表粪氮，fk代表粪代谢氮

由于粪代谢氮测定十分繁琐，且难以准确测定，故在实际工作中常不考虑粪代谢氮，特

别是当膳食中的膳食纤维含量很少时，可不必计算fk；当膳食中含有多量膳食纤维时，成年男子的fk值，可按每天12mgn／kg体重计算。

食物蛋白质消化率受到蛋白质性质、膳食纤维、多酚类物质和酶反应等因素影响。

一般来说，动物性食物的消化率高于植物性食物。

如鸡蛋、牛奶蛋白质的消化率分别为97％、

95％，而玉米和大米蛋白质的消化率分别为85％和88％。

另外，一些因素影响着食品蛋白质的消化率。

（1）蛋白质构象蛋白质的结构状态影响着它们的酶催化水解。

天然蛋白质通常比部分变性蛋白质较难水解完全。

（2）抗营养因子大多数植物分离蛋白和浓缩蛋白含有胰蛋白原和胰凝乳蛋白酶抑制剂以及外源凝集素。

这些抑制剂使豆类和油料种子蛋白质不能被胰蛋白酶完全水解。

（3）结合蛋白质与多糖和食用纤维相互作用也会降低它们水解的速度和彻底性。

（4）加工蛋白质经受高温和碱处理会导致包括Lys残基在内的一些氨基酸残基产生化学变化，此类变化也会降低蛋白质的消化率。

蛋白质与还原糖发生美拉德反应会降低Lys残基的消化率。

蛋白质的利用率

蛋白质的利用率是指食物蛋白质（氨基酸）被消化、吸收后在体内利用的程度。

蛋白质的利用率是食物蛋白质营养评价常用的生物学方法。

蛋白质的利用率是将食物蛋白的生物价与其消化率综合起来评定。

测定食物蛋白质利用率的方法很多，现扼要介绍如下。

（1）蛋白质的生物学价值蛋白质的生物学价值简称生物价，是机体内存留的氮与从食物摄入的总氮量的百分比。

蛋白质的生物价=[氮储留量÷氮吸收量]×100

　　氮储留量=I-（F-Fm）-（U-Um）

　　氮吸收量=I-（F-Fm）

　　I、F、U分别代表食物氮、粪氮和尿氮。

　　Fm、Um分别为粪代谢氮及尿内源氮。

常见食物蛋白质生物价有奶类：

97%-98%，肉类：

92%-94%，蛋类：

98%，大米：

82%，马铃薯：

74%，玉米面：

66%。

如小麦、小米、牛肉、大豆各个单独食用时，其蛋白质生物价值分别为67、57、69、64，而混合生物价值可高达89。

（2）蛋白质的净利用率蛋白质的净利用率是机体的氮储留量与氮食入量之比，这是因为考虑到蛋白质在消化过程中可能受到各种因为作用而影响其消化率，故以此表示蛋白质实际被利用的程度。

蛋白质的净利用率=生物价×消化率=[氮储留量÷氮食入量]×100

　　氮储留量=I-（F-Fm）-（U-Um）

　　氮食入量=I

　　I、F、U分别代表食物氮、粪氮和尿氮。

　　Fm、Um分别为粪代谢氮及尿内源氮。

　　尿氮和尿内源性氮的检测原理和方法与粪氮、粪代谢氮一样。

大凡食物蛋白质中所含的必需氨基酸种类齐全、比例适当，与人体组织蛋白质相近似，少量即可维持氮平衡。

故表明这种食物蛋白质的品质优良，生物价高。

若其所含必需氨基酸的种类不全，或含量不足，或含量尚可，但比例不当等，均表示其生物价偏低，品质较差。

在临床上，食物蛋白质的生物价对指导肝、肾病人的膳食尤为重要。

生物价高的食物蛋白质中必需氨基酸都被用来合成人体蛋白，极少有过多的氨基酸需经肝、肾代谢而释放能量，或由尿排出多余的氮，故可大大减轻肝、肾的负担。

此外，测定蛋白质的利用率还有测定蛋白质相对蛋白质价值、蛋白质功效比较、氨基酸分和蛋白质消化率修正的氨基酸分、可利用赖氨酸等方法。

人体中估计有10万种以上的蛋白质。

生命是物质运动的高级形式，这种运动方式是通过蛋白质来实现的，所以蛋白质有极其重要的生物学意义。

人体的生长、发育、运动、遗传、繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质。

生命运动需要蛋白质，也离不开蛋白质。

缺乏蛋白质的成年人会患有肌肉消瘦、肌体免疫力下降、贫血，严重者将产生水肿等疾病，未成年人会生长发育停滞、贫血、智力发育差，视觉差。

蛋白质在体内不能贮存，多了肌体无法吸收，若过量摄入蛋白质，将会因代谢障碍产生蛋白质中毒甚至于死亡。

总之，蛋白质的消化与吸收对人体的健康至关重要。

参考文献

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CN32-1109