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吃下去的蛋白质会分解成氨基酸,被人体吸收,参与后续代谢,或参与合成新的蛋白质以及其他物质。口服某种蛋白质只是补充氨基酸的方式,不能补充这种蛋白质。
详细解读版:
蛋白质,常常出现在食物或保健品的成分表或广告中,我们不禁要问,吃下去的蛋白质会发生哪些变化、发挥哪些作用呢?
在解答这个问题之前,让我们先来明确蛋白质究竟是怎样的一种物质。
蛋白质是生命体重要的组成成分,种类和功能都十分多样,能够参与多种生命活动,包括且不限于维持细胞生长、参与细胞更新、催化化学反应、转运各种物质、调节代谢过程等等,也可以作为能源物质,即通过氧化分解释放能量使其他生命活动得以完成。蛋白质占人体固体成分的45%,全部成分的18%;我们常说的肉鱼蛋奶中也都含有丰富的蛋白质。
蛋白质作为一种有机大分子,是由许多小分子氨基酸组成的。氨基酸有一个氨基(-NH3)和一个羧基(-COOH)。一个氨基酸的氨基能够和另一个氨基酸的羧基发生反应,脱去一份子水(H2O),形成肽键(-NH2-CO-),这个新形成的分子就是二肽,二肽加上一个氨基酸就变成三肽,三肽再加上一个氨基酸就变成四肽……
这个过程不断重复,多个氨基酸就形成一条肽链,当氨基酸数目小于10时通常称为寡肽,大于10且不是那么大时通常称为多肽;多肽和蛋白质的界限并不明确,不过通常认为39个氨基酸构成的促肾上腺皮质激素为多肽,51个氨基酸构成的胰岛素则为蛋白质。
当然一条好的肽链要想成为一个合格的蛋白质,仅仅有氨基酸的连接还不够,还需要弯曲折叠成合适的形状,才能更好地发挥功能;甚至有些蛋白质需要多条肽链组合在一起才能完成它在生命活动中的使命。
我们可以把人体内的氨基酸比喻成一群正在游戏的小孩子,手拉手就使形成了肽键,很多小孩子手拉手就形成了肽链,当这些手拉手的小孩子排列出一定的队形,就形成了蛋白质。
那么蛋白质进入我们的消化道后,都发生了哪些变化呢?
首先我们口腔中的唾液没有能够作用于蛋白质的物质,因此蛋白质会顺着食道进入胃,在这里开始初步的消化分解。
胃能够分泌胃蛋白酶原和盐酸,盐酸提供了酸性条件,即较低的pH值(pH=7为中性,pH<7为酸性,pH>7为碱性),且能够将无活性的胃蛋白酶原激活为有活性的胃蛋白酶,就像一种魔法解开了胃蛋白酶的封印,使其能够加速蛋白质的水解,即肽键的断裂。
这个过程就好比找到那一群手拉手的小孩子中关系并不融洽的两个,让他们紧握着的手松开,本来完整的队形被打散,不再具有原来的效果。同时盐酸也使蛋白质发生变性,能够更好地暴露水解位点,就相当于能够更容易地找到关系不融洽的小孩子。
奇妙的是,胃蛋白酶也是蛋白质,但它们的性质使得它们能够在pH值较低的条件下,保持正常的结构并发挥作用。而其他大多数蛋白质则不能幸免,因为蛋白质需要合适的pH和温度等条件来保持正常的空间结构,从而发挥生物功能。
最常见的例子就是加热鸡蛋会使其中的蛋白质变性而凝固,一些杀菌消毒的手段也是利用了蛋白质变性的原理。我们常听到的免疫球蛋白、胶原蛋白等也只能在接近中性的环境中保持结构、发挥功能。因此口服的蛋白质,通常在胃这一关就已经失去活性,无法行使它原本具有的功能了,也就是“吃什么补什么”是行不通的,所以一定要谨慎对待那些口服产品关于蛋白质的宣传语。
胃蛋白酶的最适pH为2.0-3.5,pH升高时胃蛋白酶活性降低,pH超过5便发生不可逆的变性而失去活性,因此当胃酸分泌不足就会导致消化不良。
那你可能会问,既然胃酸pH那么低,对大多数蛋白质来说都不合适,由细胞构成的胃,为什么不会受到影响呢?因为胃粘膜表面不分泌盐酸的部分,会分泌粘液,形成有较强粘滞性的粘液层,使H+(酸)和其中的HCO3-(碱)扩散速度很慢,酸碱在粘液层中和并形成一个pH梯度,靠近胃腔一侧为酸性,靠近胃粘膜上皮细胞一侧则呈中性或弱碱性,防止酸和具有活性的胃蛋白酶损伤胃粘膜。
蛋白质经过在胃中的洗礼,已经被水解成多肽和少量的氨基酸。接下来,这些部分水解的蛋白质将进入小肠。
小肠中最重要的消化液就是由胰腺分泌的胰液(pH7.8-8.4),其中含有多种蛋白质水解酶,包括胰蛋白酶(含量最多)、糜蛋白酶、羧基肽酶等等;胰蛋白酶和糜蛋白酶使蛋白质分解为大小不等的多肽,羟基肽酶则将多肽分解为氨基酸。胰蛋白酶和糜蛋白酶均以酶原形式存在,被小肠中的肠致活酶激活。
那么这意味着胰腺也面临类似胃会被盐酸和胃蛋白酶侵蚀的问题,胰腺又是怎么解决的呢?胰腺细胞也很机智,它还能够分泌胰蛋白酶抑制物,包裹胰蛋白酶。当胰蛋白酶抑制物出现问题,就会使胰腺组织自身消化,引发急性胰腺炎。
当然除胰液外,小肠还会分泌一些寡肽酶(氨基肽酶、二肽酶等),参与到寡肽水解成氨基酸的过程。
至此,我们可以看到蛋白质已经水解,逐步从多肽到寡肽再到氨基酸。这些氨基酸几乎全部被小肠的上皮细胞吸收。可见,我们吃下去的蛋白质是一种重要的补充氨基酸的方式。
组成人体蛋白质有20种,这20种中有8种(赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸)人体不能自身合成,必须由食物供应。因此我们需要吃下蛋白质,补充氨基酸。而所谓蛋白质的质量,就是指构成蛋白质的氨基酸种类和含量,质量好、营养价值高就意味着这类蛋白质含有体内所需各种氨基酸,含量充足,且必需氨基酸比例较高。
当然,并不是所有的蛋白质都经历了上述过程。食物中约95%的蛋白质可完全水解,而一些纤维状蛋白质只能部分水解,这时就需要肠道微生物来进行消化分解。在微生物的作用下,蛋白质也会水解为氨基酸,微生物还能够利用这些氨基酸进行脱羧基作用生成胺类,或脱氨基生成氨,或可能产生有害物质(苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢等),不过这些有害物质大部分随粪便排出,小部分被吸收,在肝内代谢转变而解毒。另外,仅有非常少数的完整蛋白质能够通过入胞方式被小肠上皮细胞吸收进入血液,成为抗原引起免疫反应。
但是,你以为就到此为止了吗?那些被吸收的氨基酸又去了哪里呢?
它们的命运通常有两个大方向,一个是重新合成蛋白质,另一个是转化为其他含氮物质。
在第一条路中,氨基酸在细胞的核糖体中合成蛋白质,由内质网、高尔基体加工修饰,分泌到细胞外,或留在细胞内,发挥蛋白质该有的功能。
而在第二条路中,又有几个岔路口。其一是脱氨基形成α-酮酸,并能够继续转变为糖类或脂类,或通过三羧酸循环与生物氧化体系生成二氧化碳和水,释放能量,供生理活动需要;另外,这个过程中产生的氨,会在肝脏中形成尿素,在肾中形成铵盐,作为代谢终产物排出体外。其二是脱羧基形成胺,比如牛磺酸(结合胆汁酸)、组胺(血管舒张剂)和多胺(促进细胞增殖)等,在生命活动中起到不一样的作用。其三是产生一碳单位(含有一个碳原子的基团),如甲基、甲炔基、甲酰基等,这些一碳单位不能单独存在,而是与四氢叶酸结合参与代谢,是合成嘌呤的原料,嘌呤、嘧啶又是合成核酸的基本单位。可见,氨基酸能够将身体内的许多物质联系在一起,使各项生命活动有序进行。
蛋白质三个字,看似简单,但当你吃下它时,一切就变得复杂起来了。我们在看蛋白质发生变化的过程中,看到了机体微妙的平衡(比如胃蛋白酶和其他蛋白性质不同;比如胰腺需要保护自身不受消化),和生命物质的相互转化(比如蛋白质水解为氨基酸,氨基酸又能够再次合成蛋白质;比如氨基酸能够转化为糖类、脂类和核苷酸,这些物质也能够转化为氨基酸)。这些奇妙的生命现象极具魅力,正因如此,当你越深入了解生命科学,你会越沉浸在生命的美妙之中。