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    氨基酸的作用与发展

    发布时间: 2022-11-01  点击次数: 488次

     

    氨基酸,是含有碱性氨基和酸性羧基的有机化合物。羧酸碳原子上的氢原子被氨基取代后形成的化合物。

    氨基酸分子中含有氨基和羧基两种官能团。

    作用

    氨基酸在人体内通过代谢可以发挥下列一些作用:①合成组织蛋白质;②变成酸、激素抗体肌酸等含氨物质;③转变为碳水化合物和脂肪;④氧化成二氧化碳和水及尿素,产生能量。

    生理调节

    蛋白质在食物营养中的作用是显而易见的,但它在人体内并不能直接被利用,而是通过变成氨基酸小分子后被利用的。即它在人体的胃肠道内并不直接被人体所吸收,而是在胃肠道中经过多种消化酶的作用,将高分子蛋白质分解为低分子的多肽或氨基酸后,在小肠内被吸收,沿着肝门静脉进入肝脏。一部分氨基酸在肝脏内进行分解或合成蛋白质;另一部分氨基酸继续随血液分布到各个组织器官,任其选用,合成各种特异性的组织蛋白质。
    在正常情况下,氨基酸进入血液中与其输出速度几乎相等,所以正常人血液中氨基酸含量相当恒定。如以氨基氮计,每百毫升血浆中含量为4~6毫克,每百毫升血球中含量为6.5~9.6毫克。饱餐蛋白质后,大量氨基酸被吸收,血中氨基酸水平暂时升高,经过6~7小时后,含量又恢复正常。说明体内氨基酸代谢处于动态平衡,以血液氨基酸为其平衡枢纽,肝脏是血液氨基酸的重要调节器。因此,食物蛋白质经消化分解为氨基酸后被人体所吸收,抗体利用这些氨基酸再合成自身的蛋白质。人体对蛋白质的需要实际上是对氨基酸的需要。
    当每日膳食中蛋白质的质和量适宜时,摄入的氮量由粪、尿和皮肤排出的氮量相等,称之为氮的总平衡。实际上是蛋白质和氨基酸之间不断合成与分解之间的平衡。正常人每日食进的蛋白质应保持在一定范围内,突然增减食入量时,机体尚能调节蛋白质的代谢量维持氮平衡。食入过量蛋白质,超出机体调节能力,平衡机制就会被破坏。*不吃蛋白质,体内组织蛋白依然分解,持续出现负氮平衡,如不及时采取措施纠正,终将导致抗体死亡。氨基酸分解代谢所产生的α-酮酸,随着不同特性,循糖或脂的代谢途径进行代谢。α-酮酸可再合成新的氨基酸,或转变为糖或脂肪,或进入三羧循环,氧化分解成CO2和H2O,并放出能量。
    某些氨基酸分解代谢过程中产生含有一个碳原子的基团,包括甲基、亚甲基、甲烯基、甲炔基、甲酚基及亚氨甲基等。
    一碳单位具有以下两个特点:1.不能在生物体内以游离形式存在;2.必须以四氢叶酸为载体。 能生成一碳单位的氨基酸有:丝氨酸、色氨酸、组氨酸、甘氨酸。另外蛋氨酸(甲硫氨酸)可通过S-腺苷甲硫氨酸(SAM)提供“活性甲基"(一碳单位),因此蛋氨酸也可生成一碳单位。一碳单位的主要生理功能是作为嘌呤和嘧啶的合成原料,是氨基酸和核苷酸联系的纽带。
    参与构成酶、激素、部分维生素。酶的化学本质是蛋白质(氨基酸分子构成),如淀粉酶、胃蛋白酶、胆碱脂酶、碳酸酐酶、转氨酶等。含氮激素的成分是蛋白质或其衍生物,如生长激素、促甲状腺激素、肾上腺素、胰岛素、促肠液激素等。有的维生素是由氨基酸转变或与蛋白质结合存在。酶、激素、维生素在调节生理机能、催化代谢过程中起着十分重要的作用。
    医疗作用
    氨基酸在医药上主要用来制备复方氨基酸输液,也用作治疗药物和用于合成多肽药物。用作药物的氨基酸有一百几十种,其中包括构成蛋白质的氨基酸有20种和构成非蛋白质的氨基酸有100多种。
    由多种氨基酸组成的复方制剂在现代静脉营养输液以及“要素饮食"疗法中占有非常重要的地位,对维持危重病人的营养,抢救患者生命起积极作用,成为现代医疗中不可少的医药品种之一。
    谷氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、胱氨酸、L-多巴等氨基酸单独作用治疗一些疾病,主要用于治疗肝病疾病、消化道疾病、脑病、心血管病、呼吸道疾病以及用于提高肌肉活力、儿科营养和解毒等。此外氨基酸衍生物在癌症治疗上出现了希望。

    物质基础

    正如恩格斯所说:“蛋白质是生命的物质基础,生命是蛋白质存在的一种形式。"如果人体内缺少蛋白质,轻者体质下降,发育迟缓,抵抗力减弱,贫血乏力,重者形成水肿,甚至危及生命。一旦失去了蛋白质,生命也就不复存在,故有人称蛋白质为“生命的载体"。可以说,它是生命的第一要素。
    蛋白质的基本单位是氨基酸。如果人体缺乏任何一种必需氨基酸,就可导致生理功能异常,影响机体代谢的正常进行,最后导致疾病。即使缺乏某些非必需氨基酸,会产生机体代谢障碍。精氨酸和瓜氨酸对形成尿素十分重要;胱氨酸摄入不足就会引起胰岛素减少,血糖升高。又如创伤后胱氨酸和精氨酸的需要量大增,如缺乏,即使热能充足仍不能顺利合成蛋白质。
    食物
    成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%~37%。
    氨基酸在食品中的作用不可忽视,有的是调味剂,有的是营养强化剂,有的可起增香作用等。
    1.氨基酸的味
    大多数氨基酸都有味感,在食品中起着酸、甜、苦、涩等味的作用。色氨酸无毒,甜度强,它及其衍生物是很有发展前途的甜味剂。还有一些水溶性小的氨基酸具有苦味,是食品加工中蛋白质水解的产物。
    谷氨酸主要存在于植物蛋白中,可用小麦产面筋蛋白水解得到。谷氨酸具有酸味和鲜味两种味,其中以酸味为主。当加碱适当中和后生成谷氨酸钠盐;生成盐以后,谷氨酸的酸味消失,鲜味增强。谷氨酸钠是广泛使用的鲜味剂——味精的主要成分。
    2.风味的前提物质之一
    氨基酸与糖类物质发生羰氨反应是食品加工中重要的香气和上色的重要原因,在反应过程中消耗了一部分氨基酸和糖,生成了风味物质。氨基酸也会加热分解生成某些风味物质,或在细菌的分解下产生具有异味的物质,所以氨基酸是风味物质的前提物质,也是腐.败菌的营养物质。
    蛋白质是一类大分子物质,可以在酸、碱或蛋白酶的作用下水解为小分子物质:蛋白质*水解后,能得到其基本组成单位——氨基酸(amino acid)。存在于自然界中的氨基酸有300余种,但是参与构成蛋白质的氨基酸通常有20种,并且它们均属于L-α-氨基酸(甘氨酸除外)。这些氨基酸以不同的连接顺序通过肽键连接起来构成蛋白质。
    代谢途径
    氨基酸参与代谢的具体途径有以下几条:
    主要在肝脏中进行:包括如下几种过程:
    1、氧化脱氨基作用:第一步,脱氢,生成亚胺;第二步,水解。生成的H2O2有毒,在过氧化氢酶催化下,生成H2O和O2,解除对细胞的毒害。
    2、非氧化脱氨基作用:①还原脱氨基(严格无氧条件下);②水解脱氨基;③脱水脱氨基;④脱巯基脱氨基;⑤氧化-还原脱氨基,两个氨基酸互相发生氧化还原反应,生成有机酸、酮酸、氨;⑥脱酰胺基作用。
    3、转氨基作用:转氨作用是氨基酸脱氨的重要方式,除Gly、Lys、Thr、Pro外,大部分氨基酸都能参与转氨基作用。α-氨基酸和α-酮酸之间发生氨基转移作用,结果是原来的氨基酸生成相应的酮酸,而原来的酮酸生成相应的氨基酸。
    4、联合脱氨基作用:单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基,单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基:1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用。氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上,生成相应的α-酮酸和Glu,然后在L-Glu脱氨酶催化下,脱氨基生成α-酮戊二酸,并释放出氨。2、通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用。骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。
    生物体内大部分氨基酸可进行脱羧作用,生成相应的一级胺。氨基酸脱羧酶专一性很强,每一种氨基酸都有一种脱羧酶,辅酶都是磷酸吡哆醛。氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中,有些产物具有重要生理功能,如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸,是重要的神经递质。His脱羧生成组胺(又称组织胺),有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺,有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒,体内有胺氧化酶,能将胺氧化为醛和氨。
    因此,氨基酸在人体中的存在,不仅提供了合成蛋白质的重要原料,而且对于促进生长,进行正常代谢、维持生命提供了物质基础。如果人体缺乏或减少其中某一种,人体的正常生命代谢就会受到障碍,甚至导致各种疾病的发生或生命活动终止。

    工业发展历史

    最早从事氨基酸工业化生产的是日本味之素公司的创造人池田菊苗。他于20世纪40年代初在实验室中偶然发现:在海带浸泡液中可提取出一种白色针状结晶物。该物质具有强烈鲜味,分析结果表明它是谷氨酸的一种钠盐。池田菊苗最后终于找到一种工业化生产味之素的新途径即利用小麦粉加工淀粉后剩下的“面筋"为原料,首先用盐酸将其水解得到谷氨酸,然后加入纯碱中和即可得到食品级的谷氨酸钠。

    谷氨酸是第一个工业化生产的氨基酸单一产品。此后,科学家利用蛋白质水解法可将羽毛、人发、猪血等原料水解成为氨基酸,但这些氨基酸多为“DL混合型氨基酸"其拆分十分困难。
    在60年代确立的工业微生物发酵法使氨基酸工业开始起飞。此后许多种常用氨基酸品种(其中包括:谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等等)均可利用微生物发酵法生产,从而使其产量大增,成本大为下降。

     

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