營養教育

1. 營養教育 國立台灣體育學院 運動健康科學學系 助理教授 邱彥成

2. 授課大綱– 蛋白質 • 組成, 分類與性質 • 功能 • 消化, 吸收與代謝 • 來源, 需要量, 及相關問題

3. 蛋白質的組成,分類與性質

4. 基本結構 • 基本單位 : 胺基酸 (Amino Acid; AA) • AA以 胜肽鍵(Peptide Bond)的形式結合而成 • 碳, 氫, 氧, 氮等原子所構成 • 每個胺基酸 : 包含一個胺基 (-NH2),一個羧基(-COOH) • 不同的胺基酸有著不同的側鏈 • 最簡單者 : 一個氫原子 (Glycine)

5. 胺基酸的分類 • Essential AA • 9種 • 人體無法自行合成, 或合成不足 • Non-essential AA • 13種 • 可由人體自行合成 • Semi-essential AA • 可由非必需胺基酸來合成 • 半胱胺酸, 酪胺酸

6. 必須胺基酸 Isoleucine Leucine Histidine Methionine Lysine Threonine Valine Phenylalanine Tryptophan

7. 非必須胺基酸 Cysteine Aspartic Acid Asparagine Arginine Cystine Glutamic Acid Glutamine

8. 非必須胺基酸 Glycine Alanine Proline Serine Hydroxyproline Tyrosine

9. 胺基酸 (所帶電荷不同) Cysteine Aspartic Acid Asparagine Arginine Glutamic Acid Cystine Glutamine

10. 胺基酸的衍生物 • 有些AA是代謝過程的重要中間產物 • 同半胱胺酸 (Homocysteine), 鳥胺酸 (Ornithine) • 不常出現於蛋白質中, 但另有重要生理功能 • 前驅物 • Histidine  Histamine • Phenylalanine  Epinephrine, Thyroxine • Tyrosine  Melanin

11. 3 2 b a 1 4 5 6 Functions Biogenic Amine Amino Acid Precursor of Dopamine Neurotransmitter Neurotransmitter Neurotransmitter Biogenic Amine Sympathomimetic Effect Inhibitor of MAO-B Phenylethylamine Tyrosine DOPA Dopamine Norepinephrine Epinephrine Tyramine Amphetamine Selegiline 4-OH 3-OH, 4-OH 3-OH, 4-OH 3-OH, 4-OH 3-OH, 4-OH 4-OH H, H, H, H H, COOH, H, H H, COOH, H, H H, H, H, H OH, H, H, H H, H, H, CH3 H, H, H, H H, CH3, H, H H, CH3, CH3, CH2CCH Chemical structures and functions of amines structurally similar to phenylethylamine. The a and b in the prototypical formula refer to positions of the C atoms in the ethylamine side chain, and arrow shows the substitute groups on Ca, Cb, and N atoms for each amine.

12. 胜肽鍵(Peptide Bond)的形成

13. 蛋白質的分類 (一) • 種類繁多, 功能多樣, 無完全適當的分類法 • 依結構分類 • 簡單蛋白質(Simple Protein) • 胺基酸為唯一成分 • Albumin, Collagen, Lactoglobulin • 複合蛋白質(Conjugated Protein) • 胺基酸和非胺基酸所組成 • Glycoprotein : Immunoglobulin • Lipoprotein : HDL, LDL, …etc. • Metalloprotein : Hemoglobin, Myoglobin • Nucleoprotein : Ribosome

14. 蛋白質的分類 (二) • 依營養價值分類 • 完全蛋白質 (Complete Protein) • 含有充足的各種必需胺基酸 • 雞蛋, 牛奶, 肉類 • 不完全蛋白質 (Incomplete Protein) • 無法充分供給一種或多種必需胺基酸 • 其中含量最低的必需胺基酸稱為 “限制胺基酸” • 常見的限制胺基酸 : Lysine, Methionine, Tryptophan • 數種不完全蛋白質, 可互補達到完全蛋白質的功能

20. 蛋白質的功能 構造複雜 分子量相當大且多變化 功能多樣化

21. 蛋白質的功能 (一) • 建造及修補身體組織 • 廣泛存在於體內各組織和器官中 • 骨骼, 肌肉, 皮膚, 毛髮, 肌腱, 韌帶, … etc. • 參與體內生化反應 • 酵素的主要成份即為蛋白質 • 催化生化反應和生理機能, 維持生命運作 • 消化, 吸收, 能量的產生, 廢物的排泄等 • 免疫功能 • 抗體亦是蛋白質 • 與免疫細胞所含的各種特定蛋白質相互結合 • 執行免疫功能, 抵抗外來的有害分子病菌

22. 蛋白質的同化/異化作用 膳食蛋白質 合成組織蛋白 胺基酸池 老舊細胞 組織蛋白分解 肝臟將胺基酸 中的氮移除 不適當的能量攝取 造成組織蛋白分解 剩餘的分子產生 glucose 或 fat 貯存或作為能量 氮以尿素的型式 由尿液排出

23. 蛋白質的功能 (二) • 建造及修補身體組織 • 廣泛存在於體內各組織和器官中 • 體骼, 肌肉, 皮膚, 毛髮, 肌腱, 韌帶, … etc. • 參與體內生化反應 • 酵素的主要成份即為蛋白質 • 催化生化反應和生理機能, 維持生命運作 • 消化, 吸收, 能量的產生, 廢物的排泄等 • 免疫功能 • 抗體亦是蛋白質 • 與免疫細胞所含的各種特定蛋白質相互結合 • 執行免疫功能, 抵抗外來的有害分子病菌

24. 含有銅的胺類氧化酵素 Homo-Dimer ; 1 Cu2+, 628 Amino Acids per unit

25. 蛋白質的功能 (三) • 維持血液滲透壓和酸鹼度 • 維持體液及血液的滲透壓 • 蛋白質缺乏  滲透壓降低  水腫 • 帶電荷的官能基, 有緩衝液的功能 • 維持血液酸鹼度, 及生化反應的最適環境 • 荷爾蒙的成分 • 蛋白質, 胺基酸或胺基酸的衍生物 • Growth Hormone, Insulin, Thyroxine • 能量來源 • 4 Kcal/g, 與醣類相同 • 原本主要保留進行體內組織的代謝與更新 • 熱量不足, 或身體受到壓力時的額外能量來源 • 劇烈運動, 大規模感染, 發炎, 節食, 飢荒, 斷食, … etc.

26. 蛋白質的功能 (四) • 身體調節 (調節性蛋白質) • 荷爾蒙, 酵素 (如前述) • 核蛋白質 (Nucleoproteins) • 每個細胞及細胞核中均含有核蛋白 • 直接修補或產生細胞 • 去氧核糖核酸 : DNA (Deoxyribonucleic Acid) • Gene 基本單位, 作為細胞複製的模板 • 核糖核酸 : RNA (Ribonucleic Acid) • 控制細胞蛋白質的製造 • 胺基酸都有專一的RNA將其運輸至正確位置合成蛋白質

30. 鐮狀細胞症 (Sickle Cell Disease) • Hb (Hemoglobin; Hgb) 含有146個胺基酸 • Glu 被 Val 所取代, 胺基酸順序 0.7% 錯誤即會導致死亡 • 鐮狀細胞症的紅血球週期僅約10~12天 (正常者為120天) • 紅血球變硬, 呈新月型 (鐮刀狀), 不正常的細胞會堆積在一起, 無法通過微血管 • 70% 患者有週期性疼痛, 40% 有急性胸部併發症, 10% 的病童有中風, 感染而引起敗血病及生長緩慢

31. 含有銅的胺類氧化酵素 Homo-Dimer ; 1 Cu2+, 628 Amino Acids per unit

32. Holo Wild-type AGAO Holo D298A Mutant Met602 TPQ382 Cu(II) Asp298 (WT) Ala298 (D298A) His592 His433 His431 Tyr296

33. 苯丙酮尿症 (Phenyl Ketonuria; PKU) • 胺基酸疾病中最常見 • 高加索人中有 1/60 為患者 • 北歐血統者, 機率為 1/10000 ~ 1/25000 • 代謝 Phe 的苯丙胺酸羥化酶缺乏或無法作用 • 無法將 Phenylalanine 轉變成 Tyrosine • Phe 存在於所有蛋白質食物中 • 對嬰兒的影響 : 血中堆積過多 Phe, 造成智力障礙 • 應由飲食中限制蛋白質的攝取來控制 • 阿斯巴甜是由Asp 及 Phe 所組成 • PKU患者不宜使用, 如市售的許多無糖口香糖等均含有