色氨酸的工艺研究论文

这不是正大老师布置的论文作业们 哈哈哈啊哈哈

L-色氨酸的生产最早主要是依靠化学合成法和蛋白质水解法制造。随对微生物法生产色氨酸的研究的不断发展，人们开始利用微生物法发酵生产色氨酸。现已走向实用并且处于主导地位。微生物法大体可分为微生物发酵法和酶促转化法。近年来还出现了直接发酵法和化学合成法，直接发酵法和转化法相结合生产色氨酸的研究。另外，基因工程、酶的固定化和高密度培养等技术在微生物育种和酶工业上的应用极大地推动了直接发酵法和酶法生产色氨酸的工业化进程。 化学合成法就是利用有机合成和化学工程相结合的技术生产或制备氨基酸的方法。DL-色氨酸的化学法合成，大致可分为以吲哚为原料的合成法和以苯肼为原料的合成法两种。Snydcr和MacDonald研究出了一种简单的合成DL-色氨酸的方法，即在乙酸和乙酸酐的存在下利用吲哚和α-乙酰氨基丙烯酸直接缩合，得到N-乙酞-DL-色氨酸，此物质在氢氧化钠溶液中水解即可得到DL-色氨酸，收率为57．7%。Moe和MacDonald报道以苯肼为原料合成色氨酸，即在乙酸钠存在下，将丙烯醛和乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合，缩合体再与苯肼反应而生成苯腙，苯腙在H2S04或BF3水溶液中回流水解，环化得到化合物3-吲哚基-甲基-乙酰氨基-丙二酸二乙酯，将此化合物水解脱羧可得DL-色氨酸。化学合成法的最大优点是在氨基酸品种上不受限制，既可制备天然氨基酸，又可制备各种特殊结构的非天然氨基酸。但这并不意味着具有工业生产价值，由于合成得到的氨基酸都是DL-型外消旋体，必须经过拆分才能得到人体能够利用的L-氨基酸。故用化学合成法生产DL-色氨酸时，除需考虑合成工艺条件外，还要考虑异构体的拆分与D-色氨酸异构体的消旋利用，三者缺一不可。因此，化学法合成L-色氨酸在工业上的应用也受到一定的限制。 酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生产L-色氨酸的，能够利用化工合成的前体物为原料，既充分发挥了有机合成技术的优势，又具有产物浓度高、收率高、纯度高、副产物少、精制操作容易等优点，是一种成本较低的生产色氨酸的工业化生产方法。目前在L-色氨酸的生产中应用较为广泛。这些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶等。根据提供这些酶的微生物种类数，可以分为双菌酶法和单菌酶法两种类型。双菌酶法是利用两种菌分别提供酶促反应所需的色氨酸合成酶(TS)、丝氨酸消旋酶(SR)，以吲哚和DL-丝氨酸为底物酶促转化L-色氨酸。这种方法可以将具有不同高活性的酶促转化色氨酸所需的酶结合在一起，实现菌种的优势互补，提高底物的转化率。Makiguchi等用大肠杆菌的色氨酸合成酶和恶臭假单胞菌的丝氨酸消旋酶，以吲哚和DL-丝氨酸为底物，在200L反应罐中反应24h，L-色氨酸产量可达到110g/L，对吲哚吸收率为100%(摩尔比，下同)，对DL-丝氨酸收率为91%。单菌酶法是利用一种菌提供色氨酸合成所需的色氨酸酶、色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶等酶类酶促转化色氨酸。Won-giBang等对单酶菌法生产色氨酸进行了研究，利用大肠杆菌B10的高Ts活性转化吲哚和DL-丝氨酸，添加非离子表面活性Triton X-100，37℃反应60h，色氨酸产量可达至141．4g/L，对吲哚收率为93．2%，对DL-丝氨酸收率为93．6%．由于底物吲哚对色氨酸合成酶抑制强烈，而对色氨酸酶抑制较弱，所以近年来人们更为倾向于将色氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成。色氨酸酶正常情况下降解L-色氨酸生成丙酮酸、吲哚和氨，但在高浓度的丙酮酸和氨条件下也能有效地催化丙酮酸、吲哚和氨合成L-色氨酸。该酶还能催化L-丝氨酸或L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸。Nakazawa等以20g吲哚、30g丙酮酸钠、50g乙酸铵和4gProteus rettgeri(雷氏变形杆菌)菌体作为色氨酸酶源，37℃反应48h可积累23gL-色氨酸。Ujimaru等用Achromabacterliquidum(液形无色杆菌)色氨酸酶催化L-丝氨酸和吲哚合成L-色氨酸，L-丝氨酸转化率为82．4%，吲哚转化率为92．4%。国内也有研究以L-半胱氨酸和吲哚为原料酶法生产L-色氨酸。韦平和等用色氨酸酶基因工程菌WWW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，80mL反应液(L-半胱氨酸0．75g，吲哚0．75g)37℃反应48h，可积累L-色氨酸1．18g，L-半胱氨酸转化率为93．2%，吲哚转化率为90．1%，产品总回收率达70%。另外，也有报道利用具有丙酮酸高产率和高活性色氨酸酶的菌株酶促转化L-色氨酸。酶促转化法既可以直接利用高活性色氨酸合成酶、色氨酸酶，或者具有高活性色氨酸合成酶或色氨酸酶的菌体催化L色氨酸的合成，也可以将酶或菌体固定化后进行L-色氨酸的合成。菌体和酶固定化后具有提高酶的稳定性便于反复使用，便于实现生产连续化和自动化等优点。Won—Bang等利用聚丙烯酰胺固定具有高活性色氨酸合成酶的大肠杆菌Escherichia coli B10菌体细胞，在连续搅拌槽反应器中连续使用50天，色氨酸合成酶活性保持80%，最高产酸0.12g.L-1h-1。还有利用其它固定化技术进行酶促转化L-色氨酸。Eggers等报道了一种利用有机脂膜系统利用色氨酸酶酶促转化L-色氨酸。它是以环己烷作为有机相，有机脂膜将两水相和有机相分开，其中一水相构成酶促反应体系，另一水相构成反萃取体系，利用bis-tris-propane作为两水相的缓冲剂维持两水相的pH差值，从而影响反应体系中各物质在两水相的分配常数，再通过有机相中的阴离子交换剂Aliquat-336交换两水相中的丙酮酸和L-色氨酸。这种体系有利于L-色氨酸转运到反萃取水相中，而有助于色氨酸的提取和降低L-色氨酸对酶的抑制作用；而且，有机相还可以储存吲哚，使吲哚在酶促反应体系中的浓度低于对酶的抑制水平。Eggers等还建立了一种反胶团酶促转化L-色氨酸的反应体系，它是将色氨酸酶溶解在含有表面活性剂Brij56的环己烷和水构成的反胶团的水相中，利用吲哚和丝氨酸为底物，在有机相中添加阴离子交换剂Aliquat-336转运水相和有机相中的L-色氨酸。以bis-tris-propane作为两水相的缓冲剂，选择合适的含水量和pH值等参数条件，结果在1dm反应体积内，每g色氨酸酶经过lh反应可产酸10g。该系统除了上述脂膜反应体系的优点外，还可以提高色氨酸酶的稳定性。因此，在L-色氨酸的酶促转化中有着广阔的应用前景。 微生物发酵法包括直接发酵法和添加前体发酵法。1直接发酵法直接发酵法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉价原料为碳源，利用优良的色氨酸生产菌株，在合适的发酵条件下，直接发酵生产色氨酸。选育高产稳产的色氨酸优良菌株是直接发酵法研究的中心问题．在育种技术方面，传统的诱变育种国内外进行了大量的研究。Shiio等以黄色短杆菌酪氨酸缺陷型、对氟苯丙氨酸(4FP)抗性变异株为出发菌株，选育5-氟色氨酸(5-FT)抗性变异株No．187，该菌株可产L-色氨酸8．0 g/L。继续以No．187为亲株选育具有邻氨基苯甲酸结构类似的重氯丝氨酸(AsaSer)抗性变异株A100，其产酸率提高到lO．3 g/L，再从A-100选育磺胺胍(SG)抗性变异株S-225，其产酸率进一步提高到19g/L。国内的张素珍等人以亚硝基胍处理北京棒杆菌AS1.299，得到CG45突变株。该菌株具有5MT，6FT，4MP抗性标记，且以精氨酸和尿嘧啶为必需生长因子，在含12%葡萄糖的培养基中，30℃振荡培养5天。可积累色氨酸8g/L。该方法研究比较早，但在相当长的时间内无法达到工业化生产的要求。主要原因是从葡萄糖到色氨酸的生物合成途径比较长，其代谢流也比较弱，而且色氨酸的合成需要多种前体物质(PRPP、谷氨酰胺、L-丝氨酸等)。要想进一步提高L-色氨酸的产量还必须提高这些前体物的产量。另一方面色氨酸生物合成途径中的调节机制比较复杂，除了存在多重反馈调节外，还存在着弱化子系统。这使得色氨酸成为氨基酸发酵工业中最难发酵的氨基酸之一．随着DNA重组技术的在微生物育种中的应用，为优良色氨酸菌种的筛选提供了可靠的技术保证。使得产酸水平逐渐达到工业化生产的要求。Katsumata．R等将带有DAHP合成酶(DS)和色氨酸合成酶(TS) 基因的重组质粒引入产L-色氨酸43g/L的谷氨酸棒杆菌KY10-894中，使该工程菌株的L-色氨酸产量达到了66g/L产酸水平提高了54%。2添加前体发酵法该法又称为微生物转化法，它是使用葡萄糖作为碳源，同时添加合成色氨酸所需的前体物(如邻氨基苯甲酸、吲哚、L-丝氨酸等)，利用微生物的色氨酸合成酶系转化前体来合成L-色氨酸。这种方法很早就投入了工业化生产，目前世界上最大的色氨酸生产厂家日本的昭和电工公司就是采用以邻氨基苯甲酸为前体物，利用Hansenula(汉逊氏酵母)或Bacillus(芽孢杆菌)菌种将其转化为色氨酸的生产方法，Yokozcnki等以DL-5-吲哚-甲基海因为原料，利用黄杆菌T-523分解其为色氨酸，可产L-色氨酸7．1 g/L。Fukui等由枯草杆菌选育5-氟色氨酸(5-FT)抗性突变株，在含l%葡萄糖和5%可溶性淀粉培养基中，连续流加邻氨基苯甲酸，可积累L-色氨酸9．6g/L。Nakayarna等进一步改造该突变株，使其具有5-FT和8-氮鸟嘌呤(8-AG)双重抗性，在含10%葡萄糖培养基中，连续流加邻氨基苯甲酸，可积累L-色氨酸15．6g/L。微生物转化法的不足之处在于当转化液中前体物浓度较高时，转化率有所下降，但可以通过分批次少量流加前体减少其抑制作用。另外，前体物价格比较昂贵，不利于降低成本。因此，有人研究利用发酵法廉价提供一种前体物，再结合其它方法的优势进行色氨酸的生产。Hajimu MOrikota等利用黄色短杆菌P390直接发酵L-谷氨酸-β-半醛(GSA)达13．2g/L，然后将发酵液适当稀释后加入苯肼的1mol/LH2S04溶液中加热回流1小时之后，48%的GSA可转化为L-色氨酸。SMgeru oita等利用硫辛酸和硫胺素双重缺陷性菌株Enterobacter aetogene LT-94，在含5%的葡萄糖培养中产丙酮酸30g/L，然后再通过添加吲哚和氯化铵，利用该菌的色氨酸酶酶促转化L-色氨酸16．7%。

这个够详细的 就怕看晕你 要有耐心啊 参考资料： 氨基酸的生理功能 氨基酸通过肽键连接起来成为肽与蛋白质。氨基酸、肽与蛋白质均是有机生命体组织细胞的基本组成成分，对生命活动发挥着举足轻重的作用。 某些氨基酸除可形成蛋白质外，还参与一些特殊的代谢反应，表现出某些重要特性。 （1） 赖氨酸 赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸。 赖氨酸可以调节人体代谢平衡。赖氨酸为合成肉碱提供结构组分，而肉碱会促使细胞中脂肪酸的合成。往食物中添加少量的赖氨酸，可以刺激胃蛋白酶与胃酸的分泌，提高胃液分泌功效，起到增进食欲、促进幼儿生长与发育的作用。赖氨酸还能提高钙的吸收及其在体内的积累，加速骨骼生长。如缺乏赖氨酸，会造成胃液分沁不足而出现厌食、营养性贫血，致使中枢神经受阻、发育不良。 赖氨酸在医药上还可作为利尿剂的辅助药物，治疗因血中氯化物减少而引起的铅中毒现象，还可与酸性药物（如水杨酸等）生成盐来减轻不良反应，与蛋氨酸合用则可抑制重症高血压病。 单纯性疱疹病毒是引起唇疱疹、热病性疱疹与生殖器疱疹的原因，而其近属带状疱疹病毒是水痘、带状疱疹和传染性单核细胞增生症的致病者。印第安波波利斯Lilly研究室在1979年发表的研究表明，补充赖氨酸能加速疱疹感染的康复并抑制其复发。 长期服用赖氨酸可拮抗另一个氨基酸――精氨酸，而精氨酸能促进疱疹病毒的生长。 （2） 蛋氨酸 蛋氨酸是含硫必需氨基酸，与生物体内各种含硫化合物的代谢密切相关。当缺乏蛋氨酸时，会引起食欲减退、生长减缓或不增加体重、肾脏肿大和肝脏铁堆积等现象，最后导致肝坏死或纤维化。 蛋氨酸还可利用其所带的甲基，对有毒物或药物进行甲基化而起到解毒的作用。因此，蛋氨酸可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝脏疾病，也可用于缓解砷、三氯甲烷、四氯化碳、苯、吡啶和喹啉等有害物质的毒性反应。 （3） 色氨酸 色氨酸可转化生成人体大脑中的一种重要神经传递物质――5–羟色胺，而5–羟色胺有中和肾上腺素与去甲肾上腺素的作用，并可改善睡眠的持续时间。当动物大脑中的5–羟色胺含量降低时，表现出异常的行为，出现神经错乱的幻觉以及失眠等。此外，5–羟色胺有很强的血管收缩作用，可存在于许多组织，包括血小板和肠粘膜细胞中，受伤后的机体会通过释放5–羟色胺来止血。医药上常将色氨酸用作抗闷剂、抗痉挛剂、胃分泌调节剂、胃粘膜保护剂和强抗昏迷剂等。 （4） 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苏氨酸 缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸均属支链氨基酸，同时都是必需氨基酸。当缬氨酸不足时，大鼠中枢神经系统功能会发生紊乱，共济失调而出现四肢震颤。通过解剖切片脑组织，发现有红核细胞变性现象，晚期肝硬化病人因肝功能损害，易形成高胰岛素血症，致使血中支链氨基酸减少，支链氨基酸和芳香族氨基酸的比值由正常人的3.0~3.5降至1.0~1.5，故常用缬氨酸等支链氨基酸的注射液治疗肝功能衰竭等疾病。此外，它也可作为加快创伤愈合的治疗剂。 亮氨酸可用于诊断和治疗小儿的突发性高血糖症，也可用作头晕治疗剂及营养滋补剂。异亮氨酸能治疗神经障碍、食欲减退和贫血，在肌肉蛋白质代谢中也极为重要。 苏氨酸是必需氨基酸之一，参与脂肪代谢，缺乏苏氨酸时出现肝脂肪病变。 （5） 天冬氨酸、天冬酰胺 天冬氨酸通过脱氨生成草酰乙酸而促进三羧酸循环，故是三羧酸循环中的重要成分。天冬氨酸也与鸟氨酸循环密切相关，担负着使血液中的氨转变为尿素排泄出去的部分工作。同时，天冬氨酸还是合成乳清酸等核酸前体物质的原料。 通常将天冬氨酸制成钙、镁、钾或铁等的盐类后使用。因为这些金属在与天冬氨酸结合后，能通过主动运输途径透过细胞膜进入细胞内发挥作用。天冬氨酸钾盐与镁盐的混合物，主要用于消除疲劳，临床上用来治疗心脏病、肝病、糖尿病等疾病。天冬氨酸钾盐可用于治疗低钾症，铁盐可治疗贫血。 不同癌细胞的增殖需要消耗大量某种特定的氨基酸。寻找这种氨基酸的类似物――代谢拮抗剂，被认为是治疗癌症的一种有效手段。天冬酰胺酶能阻止需要天冬酰胺的癌细胞（白血病）的增殖。天冬酰胺的类似物S–氨甲酰基–半胱氨酸经动物试验对抗白血病有明显的效果。目前已试制的氨基酸类抗癌物有10多种，如N–乙酰–L–苯丙氨酸、N–乙酰–L–缬氨酸等，其中有的对癌细胞的抑制率可高达95％以上。 （6） 胱氨酸、半胱氨酸 胱氨酸及半胱氨酸是含硫的非必需氨基酸，可降低人体对蛋氨酸的需要量。胱氨酸是形成皮肤不可缺少的物质，能加速烧伤伤口的康复及放射性损伤的化学保护，刺激红、白细胞的增加。 半胱氨酸所带的巯基（－SH）具有许多生理作用，可缓解有毒物或有毒药物（酚、苯、萘、氰离子）的中毒程度，对放射线也有防治效果。半胱氨酸的衍生物N–乙酰–L–半胱氨酸，由于巯基的作用，具有降低粘度的效果，可作为粘液溶解剂，用于防治支气管炎等咳痰的排出困难。此外，半胱氨酸能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症。其他衍生物，如L–半胱氨酸甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎、鼻粘膜渗出性发炎等。 （7） 甘氨酸 甘氨酸是最简单的氨基酸，它可由丝氨酸失去一个碳而生成。甘氨酸参与嘌呤类、卟啉类、肌酸和乙醛酸的合成，乙醛酸因其氧化产生草酸而促使遗传病草酸尿的发生。此外，甘氨酸可与种类繁多的物质结合，使之由胆汁或尿中排出。此外，甘氨酸可提供非必需氨基酸的氮源，改进氨基酸注射液在体内的耐受性。将甘氨酸与谷氨酸、丙氨酸一起使用，对防治前列腺肥大并发症、排尿障碍、频尿、残尿等症状颇有效果。 （8） 组氨酸 组氨酸对成人为非必需氨酸，但对幼儿却为必需氨基酸。在慢性尿毒症患者的膳食中添加少量的组氨酸，氨基酸结合进入血红蛋白的速度增加，肾原性贫血减轻，所以组氨酸也是尿毒症患者的必需氨基酸。 组氨酸的咪唑基能与Fe2+或其他金属离子形成配位化合物，促进铁的吸收，因而可用于防治贫血。组氨酸能降低胃液酸度，缓和胃肠手术的疼痛，减轻妊娠期呕吐及胃部灼热感，抑制由植物神经紧张而引起的消化道溃烂，对过敏性疾病，如哮喘等也有功效。此外，组氨酸可扩张血管，降低血压，临床上用于心绞痛、心功能不全等疾病的治疗。类风湿性关节炎患者血中组氨酸含量显著减少，使用组氨酸后发现其握力、走路与血沉等指标均有好转。 在组氨酸脱羧酶的作用下，组氨酸脱羧形成组胺。组胺具有很强的血管舒张作用，并与多种变态反应及发炎有关。此外，组胺会刺激胃蛋白酶与胃酸。 （9） 谷氨酸 谷氨酸、天冬氨酸具有兴奋性递质作用，它们是哺乳动物中枢神经系统中含量最高的氨基酸，其兴奋作用仅限于中枢。当谷氨酸含量达9％时，只要增加10–15mol的谷氨酸就可对皮层神经元产生兴奋性影响。因此，谷氨酸对改进和维持脑功能必不可少。 谷氨酸经谷氨酸脱羧酶的脱羧作用而形成γ–氨基丁酸，后者是存在于脑组织中的一种具有抑制中枢神经兴奋作用的物质，当γ–氨基丁酸含量降低时，会影响细胞代谢与细胞功能。 谷氨酸的多种衍生物，如二甲基氨乙醇乙酰谷氨酸，临床上用于治疗因大脑血管障碍而引起的运动障碍、记忆障碍和脑炎等。γ–氨基丁酸对记忆障碍、言语障碍、麻痹和高血压等有效，γ–氨基β–羟基丁酸对局部麻痹、记忆障碍、言语障碍、本能性肾性高血压、羊癫疯和精神发育迟缓等有效。 谷氨酸与天冬氨酸一样，也与三羧酸循环有密切的关系，可用于治疗肝昏迷等症。谷氨酸的酰胺衍生物――谷氨酰胺，对胃溃疡有明显的效果，其原因是谷氨酰胺的氨基转移到葡萄糖上，生成消化器粘膜上皮组织粘蛋白的组成成分葡萄糖胺。 （10） 丝氨酸、丙氨酸与脯氨酸 丝氨酸是合成嘌呤、胸腺嘧淀与胆碱的前体，丙氨酸对体内蛋白质合成过程起重要作用，它在体内代谢时通过脱氨生成酮酸，按照葡萄糖代谢途径生成糖。脯氨酸分子中吡咯环在结构上与血红蛋白密切相关。羟脯氨酸是胶原的组成成分之一。体内脯氨酸、羟脯氨酸浓度不平衡会造成牙齿、骨骼中的软骨及韧带组织的韧性减弱。脯氨酸衍生物和利尿剂配合，具有抗高血压作用。 牛 磺 酸 牛磺酸是牛黄的组成成分。 牛磺酸普遍存在于动物乳汁、脑与心脏中，在肌肉中含量最高，以游离形式存在，不参与蛋白质代谢。植物中仅存在藻类，高等植物中尚未发现。体内牛磺酸是由半胱氨酸代谢而来的。 牛磺酸的缺乏会影响到生长、视力、心脏与脑的正常生长。 被细菌感染的病人，由于细菌的大量繁殖消耗了体内的牛磺酸，也会形成牛磺酸缺乏，发生眼底视网膜电流图的变化，而补充牛磺酸后会使眼底的病变好转由于人类只能有限地合成牛磺酸，因此膳食中的牛磺酸就显得非常重要。 奶制品中牛磺酸的含量很低。禽类中，黑色禽肉的牛磺酸含量要比白色肉的高。海产品与禽、畜类比较，以海产品中的牛磺酸含量最高，如牡蛎、蛤蜊与淡菜中牛磺酸可高达400mg/100g以上，同时加热烹调对其牛磺酸的含量没有什么影响。日常的各种食物，包括谷物、水果和蔬菜等，都不含牛磺酸。 精 氨 酸 （一） 精氨酸是鸟氨酸循环中的一个组成成分，具有极其重要的生理功能。多吃精氨酸，可以增加肝脏中精氨酸酶的活性，有助于将血液中的氨转变为尿素而排泄出去。所以，精氨酸对高氨血症、肝脏机能障碍等疾病颇有效果。 精氨酸是一种双基氨基酸，对成人来说虽然不是必需氨基酸，但在有些情况如机体发育不成熟或在严重应激条件下，如果缺乏精氨酸，机体便不能维持正氮平衡与正常的生理功能。病人若缺乏精氨酸会导致血氨过高，甚至昏迷。婴儿若先天性缺乏尿素循环的某些酶，精氨酸对其也是必需的，否则不能维持其正常的生长与发育。 精氨酸的重要代谢功能是促进伤口的愈合作用，它可促进胶原组织的合成，故能修复伤口。在伤口分泌液中可观察到精氨酸酶活性的升高，这也表明伤口附近的精氨酸需要量大增。精氨酸能促进伤口周围的微循环而促使伤口早日痊愈。 精氨酸的免疫调节功能，可防止胸腺的退化（尤其是受伤后的退化），补充精氨酸能增加胸腺的重量，促进胸腺中淋巴细胞的生长。 补充精氨酸还能减少患肿瘤动物的体积，降低肿瘤的转移率，提高动物的活存时间与存活率。 在免疫系统中，除淋巴细胞外，吞噬细胞的活力也与精氨酸有关。加入精氨酸后，可活化其酶系统，使之更能杀死肿瘤细胞或细菌等靶细胞。 郑建仙博士，华南理工大学教授 氨基酸与人类健康 氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质，是在生物体内构成蛋白质分子的基本单位，与生物的生命活动有着密切的关系。它在抗体内具有特殊的生理功能，是生物体内不可缺少的营养成分之一。 一、构成人体的基本物质，是生命的物质基础 1．构成人体的最基本物质之一 构成人体的最基本的物质，有蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐、维生素、水和食物纤维等。 作为构成蛋白质分子的基本单位的氨基酸，无疑是构成人体内最基本物质之一。 构成人体的氨基酸有20多种，它们是：色氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、3.5.二碘酪氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、精氨酸、瓜氨酸、乌氨酸等。这些氨基酸存在于自然界中，在植物体内都能合成，而人体不能全部合成。其中8种是人体不能合成的，必需由食物中提供，叫做“必需氨基酸”。这8种必需氨基酸是：色氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸。其他则是“非必需氨基酸”。组氨酸能在人体内合成，但其合成速度不能满足身体需要，有人也把它列为“必需氨基酸”。胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、丝氨酸和甘氨酸长期缺乏可能引起生理功能障碍，而列为“半必需氨基酸”，因为它们在体内虽能合成，但其合成原料是必需氨基酸，而且胱氨酸可取代80%～90%的蛋氨酸，酪氨酸可替代70%～75%的苯丙氨酸，起到必需氨基酸的作用，上述把氨基酸分为“必需氨基酸”、“半必需氨基酸”和“非必需氨基酸”3类，是按其营养功能来划分的；如按其在体内代谢途径可分为“成酮氨基酸”和“成糖氨基酸”；按其化学性质又可分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸，大多数氨基酸属于中性。 2．生命代谢的物质基础 生命的产生、存在和消亡，无一不与蛋白质有关，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，影响抗体代谢的正常进行，最后导致疾病。同样，如果人体内缺乏某些非必需氨基酸，会产生抗体代谢障碍。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。总之，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。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。由此可见，氨基酸在人体生命活动中显得多么需要。 二、在食物营养中的地位和作用 人类为了生存必需摄取食物，以维持抗体正常的生理、生化、免疫机能，以及生长发育、新陈代谢等生命活动，食物在体内经过消化、吸收、代谢，促进抗体生长发育、益智健体、抗衰防病、延年益寿的综合过程称为营养。食物中的有效成分称为营养素。 作为构成人体的最基本的物质的蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐（即矿物质，含常量元素和微量元素）、维生素、水和食物纤维，也是人体所需要的营养素。它们在机体内具有各自独特的营养功能，但在代谢过程中又密切联系，共同参加、推动和调节生命活动。机体通过食物与外界联系，保持内在环境的相对恒定，并完成内外环境的统一与平衡。 氨基酸在这些营养素中起什么作用呢？ 1．蛋白质在机体内的消化和吸收是通过氨基酸来完成的 作为机体内第一营养要素的蛋白质，它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。 2．起氮平衡作用 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。完全不吃蛋白质，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。 3．转变为糖或脂肪 氨基酸分解代谢所产生的a－酮酸，随着不同特性，循糖或脂的代谢途径进行代谢。a－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。 4．参与构成酶、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。 5．人体必需氨基酸的需要量 成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%，——37%。 三、在医疗中的应用 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。目前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。 四、与衰老的关系 老年人如果体内缺乏蛋白质分解较多而合成减慢。因此一般来说，老年人比青壮年需要蛋白质数量多，而且对蛋氨酸、赖氨酸的需求量也高于青壮年。60岁以上老人每天应摄入70克左右的蛋白质， 而且要求蛋白质所含必需氨基酸种类齐全且配比适当的，这样优质蛋白，延年益寿。 余传隆（中国医药科技出版） 氨基酸与老年健康 美国“发现”号航天飞机把世界上年龄最大的宇航员（77岁）格伦送入太空。这天对老年人来说，称为最伟大的一天，最引人瞩目。暮年再征太空的格伦，他要帮助医学进行科学实验。老人蛋白质分解、人体氨基酸的生物学试验就是一项重要的研究。氨基酸与老人健康，不仅在地球上要研究，在太空的也要研究。因为氨基酸与老年人的寿命、衰老相关太重要了。为什么重要，下面的分述便可知道。 1．老年的生理变化与氨基酸 一般认为人们进入60岁以上是进入了老年。老年的生理与营养状态随着老年的进程而改变。蛋白质在老年人体的变化归纳起来有二：一是合成，合成组织蛋白质及各种活性物质；二是分解，组织蛋白质的分解、产生能量、产生废物。对于生长发育期的婴儿及青少年合成大于分解，因而身体逐渐成长；对于一般成年人是合成等于分解，因而体重相对稳定。对于老年来说，人体衰老的过程中蛋白质代谢以分解为主，合成代谢逐渐缓慢，身体内的蛋白质逐渐被消耗，往往呈负氮平衡。如血红蛋白质合成减少，因此贫血为常患的老年性疾病；由于酶的作用及小肠功能衰退，蛋白质吸收过程中分解不充分，体内肽类增多，游离氨基酸减少。因老年人肾功能低下而影响氨基酸再吸收，因肝功能下降，对肽的利用也减少。近年研究报告，老年人与中青年人给予相同营养条件，但老年人其血浆氨基酸（缬、亮、酪、赖、蛋、丝、丙氨酸）含量减低，特别支链氨基酸（缬、亮、异亮氨酸）显示不足。有人认为，高浓度支链氨基酸有提供合成的作用，当补给支链氨基酸时，能通过产生三磷酸腺苷（ATP）供能源，降低蛋白质分解作用，并通过促进胰岛素分泌量加强蛋白质的合成。现国外已将支链氨基酸用于临床维持氮平衡，促进蛋白质合成。国内已有用于肝病、肾病及儿童的特殊氨基酸。 由于氨基酸的吸收或利用。因老年化而影响到免疫功能，免疫活性的变化也影响其他器官的功能，如感染、癌症、免疫复合病、自身免疫病、淀粉状蛋白变性的发病率在老年均增高，易致衰老病死。 2．氨基酸与长寿 为了促进老年人的健康，如抗衰老、提高身体抵抗力、促进免疫机制的功能，需要食品富含微量元素或糖类。但免疫的物质基础是蛋白质，人体免疫物质没有一样不是由蛋白质组成。如免疫球蛋白、抗体、抗原、补体等，即使白细胞、淋巴细胞与吞噬细胞等细胞内蛋白质的含量也在90%以上。因此人体若不缺乏蛋白质或氨基酸，上述的微量元素与多糖会起作用。如果缺乏，则无论用多少都不起作用。随着营养学与生物化学的进展，新的研究表明补给某种非必需氨基酸虽然人体能够合成，但在严重应激的状态（包括精神紧张、焦虑、思想负担）或某些疾病的情况下容易发生缺乏。如果缺乏，则对人体会发生有害的影响，这些氨基酸称之为条件性必需氨基酸。如牛磺酸、精氨酸和谷氨酰胺。 在正常条件下缺乏必需氨基酸可以减低体液的免疫反应。例如色氨酸缺乏的大鼠，其IgG及IgM受体抑制，而当重新加入色氨酸能维持正常的抗体生成；苯丙氨酸和酪氨酸均缺乏，可以抑制大鼠的免疫细胞对肿瘤细胞作出反应；蛋氨酸与胱氨酸的缺乏，还可引起抗体的合成障碍。已证明，氨基酸的平衡也有这种不利作用。因此必需氨基酸在免疫中起着重要的作用，要延长老年人寿命，必须提高免疫力，重视必需氨基酸的供给。当前与寿命相关的正是热门研究的必需氨基酸有： 牛磺酸：人体牛磺酸的来源一是自身合成，二是从膳食中摄取。牛磺酸的生物合成由蛋氨酸经硫化作用转化成胱氨酸，并由胱氨酸合成，其中经过一系列的酶促反应，许多高等动物包括人已失去了合成足够牛磺酸以维持体内牛磺酸整体水平的能力，需从膳食中摄取牛磺酸以满足机体的需要。有报道，牛磺酸在中枢神经系统衰老中的作用；老年期神经系统退行性变化是全身各系统最复杂而深奥的过程之一，中枢神经系统衰老在形态上或生化水平上都有明显的改变，单胺类和氨基酸类神经递质的合成、释放、重吸收及运输机制方面出现增年性变化。脂褐质是衰老过程中具有特征性物质，大脑脂褐质增加是神经衰老变化标志之一，当神经元胞浆蓄积较大量的脂褐质时，细胞核、细胞质受压变形，影响神经元的正常代谢功能。衰老时，组织中脂褐质含量明显增高，而牛磺酸可使下降、且使超氧化物歧化酶（SOD）活性增加，并且能抑制脂质过氧化产物丙二醛（MDA）对低密度脂质蛋白（LDL）的修饰。同时牛磺酸与葡萄糖的反应产物表现出较强抗氧化作用，能够阻止蛋黄卵磷脂氧化成脂质过氧化物，因而有显著抗衰老的作用。 精氨酸：精氨酸虽然不是必需氨基酸，但在严重应激情况下（如发生疾病或受伤）、或当缺乏了精氨酸便不能维持氮平衡与正常生理功能，因此它又是条件性必需氨基酸。最新提出的理论，精氨酸是一氧化氮（NO）与瓜氨酸反应的酶系统代谢途径中的必要物质。NO或内皮细胞衍生的松弛因子的主要生化作用是刺激机体提高吞噬细胞中环鸟苷酸的水平，并能刺激白介素的产生来调节巨噬细胞的吞噬细菌作用。与精氨酸有关的NO酶系统，也在血管的内皮细胞、脑组织与肝脏的枯否（kupffer）细胞中发现，它能导致这些器官与组织的激素分泌、从而起到免疫功能的作用。为了提高老年人的免疫也可用氨基酸注射液。 谷氨酰胺：在正常情况下，它是一非必需氨基酸，但在剧烈运动、受伤、感染等应激情况下，谷氨酰胺的需要量大大超过了机体合成谷氨酰胺的能力，使体内的谷氨酰胺含量降低，而这一降低，便会使蛋白质合成减少、小肠粘膜萎缩及免疫功能低下，因此它又称条件性必需氨基酸。 最近发现肠道是人体中最大的免疫器官，也是人体的第三种屏障。前两种屏障是血脑屏障和胎盘屏障。如果肠内没有营养供应，肠道就会营养不良，使肠道的免疫功能减弱与发生细菌相互移位。动物试验证明若动物用无谷氨酰胺的全静脉输液或要素膳补充营养，则动物小肠的绒毛发生萎缩，肠壁变薄，肠免疫功能降低。在静脉输液中提供2%的谷氨酰酶（约氨基酸总量的25%）对恢复肠绒毛萎缩与免疫功能有显著作用。谷氨酰胺在维持肠粘膜功能中的作用对提高免疫能力有一定作用，特别老年人是不可缺少的。 3、老年人如何科学补充氨基酸 老年人对氨基酸的需要量随年龄增长，机体蛋白质总量下降，一位健康老人蛋白质总量为青壮年的60%～70%。这可能与骨骼肌的减少有关，但不能由此认为老年人蛋白质需要减少。老年人体内以分解代谢为主，胃液及胃蛋白酶分泌减少、胃液酸度下降、对蛋白质消化吸收下降，此外热能摄入低、饮食氮存留下降，所以老人蛋白质需要不比成年人的少。一般在正常膳食时，蛋白质摄入0.7～1.0g/kg体重可维持氮平衡，1.0～1.2g/kg体重可达平衡。据此定出每日蛋白质供给量大致为60～75g，其中1/3为动物性蛋白质。如按蛋白质供热比考虑，以12%～14%为宜。在氨基酸代谢方面研究，提示苏氨酸、色氨酸、蛋氨酸等的需要与青年不同，故必需氨基酸的适宜模