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氨基酸的作用與發展
  • 釋出日期▩╃↟:2022-07-25      瀏覽次數▩╃↟:111
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      氨基酸·╃,是含有鹼性氨基和酸性羧基的有機化合物╃↟·•◕。羧酸碳原子上的氫原子被氨基取代後形成的化合物╃↟·•◕。

      氨基酸分子中含有氨基和羧基兩種官能團╃↟·•◕。

      作用

      氨基酸在人體內透過代謝可以發揮下列一些作用▩╃↟:①合成組織蛋白質;②變成酸☁╃、激素☁╃、抗體☁╃、肌酸等含氨物質;③轉變為碳水化合物和脂肪;④氧化成二氧化碳和水及尿素·╃,產生能量╃↟·•◕。

      生理調節

      蛋白質在食物營養中的作用是顯而易見的·╃,但它在人體內並不能直接被利用·╃,而是透過變成氨基酸小分子後被利用的╃↟·•◕。即它在人體的胃腸道內並不直接被人體所吸收·╃,而是在胃腸道中經過多種消化酶的作用·╃,將高分子蛋白質分解為低分子的多肽或氨基酸後·╃,在小腸內被吸收·╃,沿著肝門靜脈進入肝臟╃↟·•◕。一部分氨基酸在肝臟內進行分解或合成蛋白質;另一部分氨基酸繼續隨血液分佈到各個組織器官·╃,任其選用·╃,合成各種特異性的組織蛋白質╃↟·•◕。
      在正常情況下·╃,氨基酸進入血液中與其輸出速度幾乎相等·╃,所以正常人血液中氨基酸含量相當恆定╃↟·•◕。如以氨基氮計·╃,每百毫升血漿中含量為4~6毫克·╃,每百毫升血球中含量為6.5~9.6毫克╃↟·•◕。飽餐蛋白質後·╃,大量氨基酸被吸收·╃,血中氨基酸水平暫時升高·╃,經過6~7小時後·╃,含量又恢復正常╃↟·•◕。說明體內氨基酸代謝處於動態平衡·╃,以血液氨基酸為其平衡樞紐·╃,肝臟是血液氨基酸的重要調節器╃↟·•◕。因此·╃,食物蛋白質經消化分解為氨基酸後被人體所吸收·╃,抗體利用這些氨基酸再合成自身的蛋白質╃↟·•◕。人體對蛋白質的需要實際上是對氨基酸的需要╃↟·•◕。
      當每日膳食中蛋白質的質和量適宜時·╃,攝入的氮量由糞☁╃、尿和皮膚排出的氮量相等·╃,稱之為氮的總平衡╃↟·•◕。實際上是蛋白質和氨基酸之間不斷合成與分解之間的平衡╃↟·•◕。正常人每日食進的蛋白質應保持在一定範圍內·╃,突然增減食入量時·╃,機體尚能調節蛋白質的代謝量維持氮平衡╃↟·•◕。食入過量蛋白質·╃,超出機體調節能力·╃,平衡機制就會被破壞╃↟·•◕。完全不吃蛋白質·╃,體內組織蛋白依然分解·╃,持續出現負氮平衡·╃,如不及時採取措施糾正·╃,終將導致抗體死亡╃↟·•◕。氨基酸分解代謝所產生的α-酮酸·╃,隨著不同特性·╃,循糖或脂的代謝途徑進行代謝╃↟·•◕。α-酮酸可再合成新的氨基酸·╃,或轉變為糖或脂肪·╃,或進入三羧迴圈·╃,氧化分解成CO2和H2O·╃,並放出能量╃↟·•◕。
      某些氨基酸分解代謝過程中產生含有一個碳原子的基團·╃,包括甲基☁╃、亞甲基☁╃、甲烯基☁╃、甲炔基☁╃、甲酚基及亞氨甲基等╃↟·•◕。
      一碳單位具有以下兩個特點▩╃↟:1.不能在生物體內以遊離形式存在;2.必須以四氫葉酸為載體╃↟·•◕。 能生成一碳單位的氨基酸有▩╃↟:絲氨酸☁╃、色氨酸☁╃、組氨酸☁╃、甘氨酸╃↟·•◕。另外蛋氨酸(甲硫氨酸)可透過S-腺苷甲硫氨酸(SAM)提供“活性甲基”(一碳單位)·╃,因此蛋氨酸也可生成一碳單位╃↟·•◕。一碳單位的主要生理功能是作為嘌呤和嘧啶的合成原料·╃,是氨基酸和核苷酸聯絡的紐帶╃↟·•◕。
      參與構成酶☁╃、激素☁╃、部分維生素╃↟·•◕。酶的化學本質是蛋白質(氨基酸分子構成)·╃,如澱粉酶☁╃、胃蛋白酶☁╃、膽鹼脂酶☁╃、碳酸酐酶☁╃、轉氨酶等╃↟·•◕。含氮激素的成分是蛋白質或其衍生物·╃,如生長激素☁╃、促甲狀腺激素☁╃、腎上腺素☁╃、胰島素☁╃、促腸液激素等╃↟·•◕。有的維生素是由氨基酸轉變或與蛋白質結合存在╃↟·•◕。酶☁╃、激素☁╃、維生素在調節生理機能☁╃、催化代謝過程中起著十分重要的作用╃↟·•◕。
      醫療作用
      氨基酸在醫藥上主要用來製備複方氨基酸輸液·╃,也用作治療藥物和用於合成多肽藥物╃↟·•◕。用作藥物的氨基酸有一百幾十種·╃,其中包括構成蛋白質的氨基酸有20種和構成非蛋白質的氨基酸有100多種╃↟·•◕。
      由多種氨基酸組成的複方製劑在現代靜脈營養輸液以及“要素飲食”療法中佔有非常重要的地位·╃,對維持危重病人的營養·╃,搶救患者生命起積極作用·╃,成為現代醫療中不可少的醫藥品種之一╃↟·•◕。
      穀氨酸☁╃、精氨酸☁╃、天門冬氨酸☁╃、胱氨酸☁╃、L-多巴等氨基酸單獨作用治療一些疾病·╃,主要用於治療肝病疾病☁╃、消化道疾病☁╃、腦病☁╃、心血管病☁╃、呼吸道疾病以及用於提高肌肉活力☁╃、兒科營養和解毒等╃↟·•◕。此外氨基酸衍生物在癌症治療上出現了希望╃↟·•◕。

      物質基礎

      正如恩格斯所說▩╃↟:“蛋白質是生命的物質基礎·╃,生命是蛋白質存在的一種形式╃↟·•◕。”如果人體內缺少蛋白質·╃,輕者體質下降·╃,發育遲緩·╃,抵抗力減弱·╃,貧血乏力·╃,重者形成水腫·╃,甚至危及生命╃↟·•◕。一旦失去了蛋白質·╃,生命也就不復存在·╃,故有人稱蛋白質為“生命的載體”╃↟·•◕。可以說·╃,它是生命的第一要素╃↟·•◕。
      蛋白質的基本單位是氨基酸╃↟·•◕。如果人體缺乏任何一種必需氨基酸·╃,就可導致生理功能異常·╃,影響機體代謝的正常進行·╃,最後導致疾病╃↟·•◕。即使缺乏某些非必需氨基酸·╃,會產生機體代謝障礙╃↟·•◕。精氨酸和瓜氨酸對形成尿素十分重要;胱氨酸攝入不足就會引起胰島素減少·╃,血糖升高╃↟·•◕。又如創傷後胱氨酸和精氨酸的需要量大增·╃,如缺乏·╃,即使熱能充足仍不能順利合成蛋白質╃↟·•◕。 
      食物
      成人必需氨基酸的需要量約為蛋白質需要量的20%~37%╃↟·•◕。
      氨基酸在食品中的作用不可忽視·╃,有的是調味劑·╃,有的是營養強化劑·╃,有的可起增香作用等╃↟·•◕。
      1.氨基酸的味
      大多數氨基酸都有味感·╃,在食品中起著酸☁╃、甜☁╃、苦☁╃、澀等味的作用╃↟·•◕。色氨酸無毒·╃,甜度強·╃,它及其衍生物是很有發展前途的甜味劑╃↟·•◕。還有一些水溶性小的氨基酸具有苦味·╃,是食品加工中蛋白質水解的產物╃↟·•◕。
      穀氨酸主要存在於植物蛋白中·╃,可用小麥產麵筋蛋白水解得到╃↟·•◕。穀氨酸具有酸味和鮮味兩種味·╃,其中以酸味為主╃↟·•◕。當加鹼適當中和後生成穀氨酸鈉鹽;生成鹽以後·╃,穀氨酸的酸味消失·╃,鮮味增強╃↟·•◕。穀氨酸鈉是廣泛使用的鮮味劑——味精的主要成分╃↟·•◕。
      2.風味的前提物質之一
      氨基酸與糖類物質發生羰氨反應是食品加工中重要的香氣和上色的重要原因·╃,在反應過程中消耗了一部分氨基酸和糖·╃,生成了風味物質╃↟·•◕。氨基酸也會加熱分解生成某些風味物質·╃,或在細菌的分解下產生具有異味的物質·╃,所以氨基酸是風味物質的前提物質·╃,也是腐.敗菌的營養物質╃↟·•◕。
      蛋白質是一類大分子物質·╃,可以在酸☁╃、鹼或蛋白酶的作用下水解為小分子物質▩╃↟:蛋白質徹底水解後·╃,能得到其基本組成單位——氨基酸(amino acid)╃↟·•◕。存在於自然界中的氨基酸有300餘種·╃,但是參與構成蛋白質的氨基酸通常有20種·╃,並且它們均屬於L-α-氨基酸(甘氨酸除外)╃↟·•◕。這些氨基酸以不同的連線順序透過肽鍵連線起來構成蛋白質╃↟·•◕。
      代謝途徑
      氨基酸參與代謝的具體途徑有以下幾條▩╃↟:
      主要在肝臟中進行▩╃↟:包括如下幾種過程▩╃↟:
      1☁╃、氧化脫氨基作用▩╃↟:第一步·╃,脫氫·╃,生成亞胺;第二步·╃,水解╃↟·•◕。生成的H2O2有毒·╃,在過氧化氫酶催化下·╃,生成H2O和O2·╃,解除對細胞的毒害╃↟·•◕。
      2☁╃、非氧化脫氨基作用▩╃↟:①還原脫氨基(嚴格無氧條件下);②水解脫氨基;③脫水脫氨基;④脫巰基脫氨基;⑤氧化-還原脫氨基·╃,兩個氨基酸互相發生氧化還原反應·╃,生成有機酸☁╃、酮酸☁╃、氨;⑥脫醯胺基作用╃↟·•◕。
      3☁╃、轉氨基作用▩╃↟:轉氨作用是氨基酸脫氨的重要方式·╃,除Gly☁╃、Lys☁╃、Thr☁╃、Pro外·╃,大部分氨基酸都能參與轉氨基作用╃↟·•◕。α-氨基酸和α-酮酸之間發生氨基轉移作用·╃,結果是原來的氨基酸生成相應的酮酸·╃,而原來的酮酸生成相應的氨基酸╃↟·•◕。
      4☁╃、聯合脫氨基作用▩╃↟:單靠轉氨基作用不能最終脫掉氨基·╃,單靠氧化脫氨基作用也不能滿足機體脫氨基的需要╃↟·•◕。機體藉助聯合脫氨基作用可以迅速脫去氨基▩╃↟:1☁╃、以穀氨酸脫氫酶為中心的聯合脫氨基作用╃↟·•◕。氨基酸的α-氨基先轉到α-酮戊二酸上·╃,生成相應的α-酮酸和Glu·╃,然後在L-Glu脫氨酶催化下·╃,脫氨基生成α-酮戊二酸·╃,並釋放出氨╃↟·•◕。2☁╃、透過嘌呤核苷酸迴圈的聯合脫氨基做用╃↟·•◕。骨骼肌☁╃、心肌☁╃、肝臟☁╃、腦都是以嘌呤核苷酸迴圈的方式為主╃↟·•◕。
      生物體內大部分氨基酸可進行脫羧作用·╃,生成相應的一級胺╃↟·•◕。氨基酸脫羧酶專一性很強·╃,每一種氨基酸都有一種脫羧酶·╃,輔酶都是磷酸吡哆醛╃↟·•◕。氨基酸脫羧反應廣泛存在於動☁╃、植物和微生物中·╃,有些產物具有重要生理功能·╃,如腦組織中L-Glu脫羧生成r-氨基丁酸·╃,是重要的神經遞質╃↟·•◕。His脫羧生成組胺(又稱組織胺)·╃,有降低血壓的作用╃↟·•◕。Tyr脫羧生成酪胺·╃,有升高血壓的作用╃↟·•◕。但大多數胺類對動物有毒·╃,體內有胺氧化酶·╃,能將胺氧化為醛和氨╃↟·•◕。
      因此·╃,氨基酸在人體中的存在·╃,不僅提供了合成蛋白質的重要原料·╃,而且對於促進生長·╃,進行正常代謝☁╃、維持生命提供了物質基礎╃↟·•◕。如果人體缺乏或減少其中某一種·╃,人體的正常生命代謝就會受到障礙·╃,甚至導致各種疾病的發生或生命活動終止╃↟·•◕。

      工業發展歷史

      最早從事氨基酸工業化生產的是日本味之素公司的創造人池田菊苗╃↟·•◕。他於20世紀40年代初在實驗室中偶然發現▩╃↟:在海帶浸泡液中可提取出一種白色針狀結晶物╃↟·•◕。該物質具有強烈鮮味·╃,分析結果表明它是穀氨酸的一種鈉鹽╃↟·•◕。池田菊苗最後終於找到一種工業化生產味之素的新途徑即利用小麥粉加工澱粉後剩下的“麵筋”為原料·╃,首先用鹽酸將其水解得到穀氨酸·╃,然後加入純鹼中和即可得到食品級的穀氨酸鈉╃↟·•◕。

      穀氨酸是第一個工業化生產的氨基酸單一產品╃↟·•◕。此後·╃,科學家利用蛋白質水解法可將羽毛☁╃、人發☁╃、豬血等原料水解成為氨基酸·╃,但這些氨基酸多為“DL混合型氨基酸”其拆分十分困難╃↟·•◕。
      在60年代確立的工業微生物發酵法使氨基酸工業開始起飛╃↟·•◕。此後許多種常用氨基酸品種(其中包括▩╃↟:穀氨酸☁╃、賴氨酸☁╃、蘇氨酸☁╃、苯丙氨酸等等)均可利用微生物發酵法生產·╃,從而使其產量大增·╃,成本大為下降╃↟·•◕。

       

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