胺基酸（Amino acid）
胺基酸是構成蛋白質的基本單位，是人體內不可或缺的重要活性分子；胺基酸（Amino acid）起源於1806年，歷經無數科學家由簡單分離胺基酸，到深入分子生物技術、基因工程，肽鍵形成多肽和蛋白質等研究，進而辨識確立「必需胺基酸」、「非必需胺基酸」、「條件式胺基酸」等作用；使得20世紀中後期，胺基酸的人工合成技術逐漸進入成熟階段，科學家由「谷氨酸」中提取出來「谷氨酸鈉」，也就是「味精 」，從此味精就成為全球的食品調味劑；近代科學家再將胺基酸（Amino acid）更廣泛應用在食品、營養、醫療和生物技術領域，使得胺基酸成為蛋白質營養補充品和運動營養的最佳選擇；尤其是支鏈胺基酸（BCAAs）和必需胺基酸（EAAs），已成為運動員和健身、重訓者在運動後重要的營養補充劑。
胺基酸最新技術
隨著胺基酸（Amino acid）的技術不斷研究與精進，近年來，科學家在基因工程技術和醫療領域上有更大的突破，更能精確控制胺基酸的合成和蛋白質生成結果，如：用胺基酸序列合成特定的蛋白質來治療遺傳疾病或新藥的設計。
以下【醫師好生活】由專業醫師全面解析：胺基酸的定義與結構特點？胺基酸是什麼？胺基酸種類？9種必需胺基酸？非必需胺基酸？條件式胺基酸？支鏈胺基酸？必需胺基酸在人體中的角色與功能？胺基酸的作用？缺乏必需胺基酸對健康的影響？不同年齡階段對必需胺基酸的需求量？如何從飲食中獲得足夠的必需胺基酸？如何從飲食中獲得足夠的必需胺基酸？
胺基酸的定義與結構特點
胺基酸是什麼？
胺基酸是由氮、氫、氧、碳等化學元素和可變的側鏈基團所組成的有機化合物，其餘有些胺基酸還含有硫的元素；胺基酸的結構特點會影響不同胺基酸的性質和功能；即使自然界約有500種胺基酸，但只有20種是用來建構人體的蛋白質，稱為「標準胺基酸」；這20種胺基酸中有人體不可或缺的9種必需胺基酸，是人體無法自行合成，必須由飲食中攝取；因此，如果人體缺乏9種必需胺基酸中的任何一種，就會影響蛋白質的合成，導致其他胺基酸也連帶無法正常建構蛋白質；這就像一條鎖鏈，缺少其中一環，整條鎖鏈就會失去功能，導致影響蛋白質的合成和組織修復，進而損害健康。
胺基酸參與多項人體生理功能，包括：肌肉和骨骼的蛋白質合成、促進肌肉組織修復與增長、酵素和激素（荷爾蒙）的生成、促進新陳代謝、增強免疫系統、維持神經功能與情緒調節、促進傷口癒合、解毒與排毒等。以下是胺基酸的主要作用及功效：
- 肌肉和骨骼的蛋白質合成：
- 胺基酸是蛋白質的基本單位，人體透過胺基酸來合成建構肌肉、骨骼、皮膚、頭髮、指甲等組織所需的蛋白質。
- 促進肌肉組織修復與增長：
- 胺基酸有助於促進肌肉和組織的修復與增長，尤其胺基酸對於細胞生成極為重要。
- 酵素和激素（荷爾蒙）的生成：
- 胺基酸在酵素和激素的生成過程中發揮關鍵性的重要作用，胺基酸既是這些分子的構建材料，也是激素（荷爾蒙）的前體，因此，胺基酸會影響身體的生化反應和生理功能。
- 促進新陳代謝：
- 胺基酸涉及多種代謝過程，能將攝取食物的營養轉換為能量，促進身體各組織系統的正常生理運作。
- 加速肌肉修復與增長：
- 支鏈胺基酸（BCAAs）如：亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，對於運動後的肌肉修復尤為重要；支鏈胺基酸（BCAAs）能減少運動所引起的肌肉損傷，加速肌肉重建和增長。
- 增強免疫系統：
- 有些胺基酸，如：谷氨醯胺，對於維持免疫系統功能極為重要，這些胺基酸有助於免疫細胞的生成，維持身體的防禦系統，尤其在身體處於壓力或疾病狀態時尤為重要。
- 維持神經功能與情緒調節：
- 胺基酸中，如：色氨酸，涉及神經傳導物質的合成，尤其是5-羥色胺（血清素），這是一種影響情緒、壓力反應和睡眠品質的神經傳導物質；因此，色氨酸能幫助調節情緒和改善睡眠。
- 幫助傷口癒合：
- 胺基酸涉及組織的修復，尤其是膠原蛋白的合成，膠原蛋白對於傷口癒合和皮膚修復至關重要，尤其是精氨酸等胺基酸，在促進血液循環和加快傷口癒合過程具有重要作用。
- 酵素和激素（荷爾蒙）的生成：
- 有些胺基酸還直接參與酵素和激素（荷爾蒙）的生成。
- 解毒與排毒：
- 胺基酸中，如：半胱氨酸，涉及穀胱甘肽的合成，這是一種強效的抗氧化劑，有助於肝臟進行解毒，清除體內的有害物質。
必需胺基酸在人體中的角色與功能
胺基酸有哪幾種？常見的胺基酸可分為三大類：
必需胺基酸（Essential amino acids，EAAs）
人體存在9種必需胺基酸，是人體無法自行合成，必須從飲食中攝取，這9種必需胺基酸對於維持身體健康和蛋白質合成極為重要；9種胺基酸中有3種在化學結構上具有獨特的支鏈結構， 因此稱為「支鏈胺基酸」 (Branched-Chain Amino Acids，BCAAs) ，這3種支鏈胺基酸（BCAAs）包括：白胺酸（Leucine）、異白胺酸（Isoleucine）與纈胺酸（Valine）；這些支鏈胺基酸（BCAAs）是必需胺基酸的特殊子集，在肌肉蛋白質的代謝和修復過程中，具有重要的關鍵作用。
因此，近年來胺基酸已成為運動員和健身重訓者，在運動後，即時補充蛋白質營養的首選；主要是胺基酸能有效促進肌肉的修復與增長。以下是人體所需的9種必需胺基酸，包括：
- 異亮氨酸（Isoleucine）：
- 有助於身體的能量代謝，對肌肉組織的修復和增長有重要作用。
- 亮氨酸（Leucine）：
- 可促進蛋白質合成，幫助肌肉增長和修復，調節血糖。
- 賴氨酸（Lysine）：
- 促進膠原蛋白合成，對骨骼、結締組織修復及免疫功能和激素(荷爾蒙)生成。
- 蛋氨酸（Methionine）：
- 含硫胺基酸，對新陳代謝和排毒有重要作用，促進生長和組織修復。
- 苯丙氨酸（Phenylalanine）：
- 是多種激素（如腎上腺素）和神經傳導物質（如多巴胺）的前體，缺少苯丙氨酸可能會影響情緒和認知功能。
- 蘇氨酸（Threonine）：
- 涉及蛋白質的合成，對免疫系統、神經系統和肝功能至關重要。
- 色氨酸（Tryptophan）：
- 是血清素（調節情緒、睡眠）和褪黑激素（調節睡眠週期）的前體，對情緒調節和睡眠品質有重要影響。
- 纈氨酸（Valine）：
- 有助於刺激肌肉增長，促進能量供應，對肌肉修復和恢復非常重要。
- 組氨酸（Histidine）：
- 是合成組織胺（Histamine）的前體，對免疫系統、胃酸分泌和神經功能有重要作用，尤其對兒童的成長非常重要。
非必需胺基酸 （Non-essential amino acids）
非必需胺基酸（Non-essential amino acids）是指人體可以自行轉換製造的胺基酸，雖然是非必需胺基酸，不需要從飲食中攝取，但仍對維持人體的正常生理功能很重要；以下是常見的非必需胺基酸：
- 丙氨酸（Alanine）：
- 有助於糖類代謝，並在運動中提供肌肉足夠的能量。
- 天冬氨酸（Aspartic acid）：
- 參與能量代謝，協助合成其他胺基酸和核苷酸。
- 天冬醯胺（Asparagine）：
- 涉及蛋白質的合成，對神經系統的發展和功能非常重要。
- 穀氨酸（Glutamic acid）：
- 有助於重要的神經傳導物質，幫助大腦功能及氨的代謝。
- 穀氨醯胺（Glutamine）：
- 可幫助組織修復，維持免疫功能，有助於腸道健康。
- 甘氨酸（Glycine）：
- 參與膠原蛋白合成，幫助骨骼、皮膚和結締組織，可作為神經傳導物質，調節中樞神經系統。
- 脯氨酸（Proline）：
- 是膠原蛋白的主要成分，對皮膚、關節和結締組織的健康非常重要。
- 絲氨酸（Serine）：
- 參與脂肪和脂質代謝，對免疫系統和神經系統功能具有重要影響。
- 酪氨酸（Tyrosin）：
- 是多巴胺、腎上腺素和甲狀腺激素的前體，對情緒調節和壓力應對有重要影響。
條件式必需胺基酸（Conditionally essential amino acids）
條件式必需胺基酸正常情況下，人體可以自行合成製造，但當處於高度壓力、術後、病後或化療、放療，甚至長期臥床者的情況下，身體的需求量就會增加，單靠飲食中攝取，仍會不敷所需；因此，必需額外補充條件式必需胺基酸（Conditionally essential amino acids）又稱半必需胺基酸（Semi-essential amino acids）來合成蛋白質，幫助患者加速復原；常見的條件式必需胺基酸，包括：
- 半胱氨酸（Cysteine）：
- 在高度壓力、重大疾病或手術復原期間，半胱氨酸的需求增加，尤其是在抗氧化和排毒的過程中具有重要的影響。
- 酪氨酸（Tyrosine）：
- 酪氨酸是多巴胺和腎上腺素的前體，對於高度壓力和重大疾病時的神經系統功能至關重要。
- 甘氨酸（Glycine）：
- 有助於膠原蛋白合成、增強免疫功能和抗氧化能力，尤其在身體遭受創傷或手術後的恢復期。
- 絲氨酸（Serine）：
- 參與脂肪代謝和神經系統功能，對於細胞修復和增長非常重要。
- 脯氨酸（Proline）：
- 脯氨酸是膠原蛋白合成的關鍵元素，對於傷口癒合和結締組織的修復非常重要。
- 羥脯氨酸（Hydroxyproline）：
- 是由脯氨酸衍生，對於組織修復、維持結締組織的完整性及膠原蛋白的結構至關重要。
- 胱胺酸（Cystine）：
- 是半胱氨酸的雙分子形式，有助於抗氧化系統和免疫系統功能。
胺基酸的結構及特點
胺基酸是蛋白質的基本構成單位，具有共同的結構，但其功能和特性由胺基酸各自的側鏈基團所決定，胺基酸的結構和特點如下：
- 胺基酸的基本結構：每個胺基酸分子都由以下四個基本部分組成：
- α-碳原子：每個胺基酸的核心是一個中央的碳原子，稱為α-碳。
- 胺基（–NH₂）：與α-碳相連的一個胺基團（–NH₂）。
- 羧基（–COOH）：與α-碳相連的一個羧基團（–COOH），這使胺基酸具有酸性的特性。
- 氫原子（–H）：連接在α-碳上的一個氫原子。
- 側鏈基團（R基團）：這是與α-碳相連的第四部分，是每個胺基酸獨特的側鏈基團，決定胺基酸的特性，因此，不同的R基團會造就不同種類的胺基酸。
- 側鏈基團（R基團）的特性：側鏈（R基團）是決定胺基酸性質和功能的關鍵，不同的側鏈會影響胺基酸的極性、疏水性、大小和形狀；側鏈可能是簡單的氫原子（如甘氨酸），也可能是複雜的環狀結構（如苯丙氨酸）；以下是胺基酸側鏈基團（R基團）的特性：
- 極性：胺基酸的側鏈可能是極性（如絲氨酸）或非極性（如丙氨酸）。
- 疏水性與親水性：有些胺基酸的側鏈是疏水性的（如亮氨酸），這些胺基酸往往位於蛋白質的內部；而有些是親水性（如谷氨酸），氨基酸側鏈是親水性更常出現在蛋白質的表面。
- 酸性與鹼性：有些胺基酸具有帶電的側鏈，這些側鏈可能是酸性（如天冬氨酸）或鹼性（如賴氨酸）。
- 胺基酸的特點
- 兩性電解質：胺基酸具有胺基（鹼性）和羧基（酸性）兩種官能團，在不同pH環境下，胺基酸可以作為酸或鹼，這表示胺基酸在生理條件下（pH 7.4）通常帶有正電荷和負電荷，形成雙性離子（Zwitterion）。
- 光學活性：除甘氨酸外，大多數胺基酸都是光學活性的，因為它們的α-碳原子與四個不同的基團相連，這表示胺基酸可能存在於兩種不同的鏡像異構體（L-型、D-型）中。在生物系統中，幾乎所有的胺基酸都是L-型。
- 肽鍵：胺基酸通過脫水縮合反應形成肽鍵，將一個胺基酸的胺基與另一個胺基酸的羧基連接起來，這是蛋白質合成的基礎。
- 胺基酸的分類：根據側鏈的化學性質，胺基酸通常可分為以下幾類：
- 非極性、疏水性胺基酸：如亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸。
- 極性、未帶電胺基酸：如絲氨酸、天冬醯胺。
- 帶電荷胺基酸：酸性胺基酸：如天冬氨酸、谷氨酸；鹼性胺基酸：如賴氨酸、精氨酸。
缺乏必需胺基酸對健康的影響
缺乏必需胺基酸對身體健康會產生嚴重的負面影響，可能導致無法合成蛋白質、免疫功能下降、肌肉流失等問題；必需胺基酸是人體無法自行合成，必須從飲食中攝取胺基酸；因此，在飲食中應注意營養均衡，以確保維持身體各項功能的正常運作；以下是缺乏必需胺基酸對健康的具體影響：
- 無法合成蛋白質
- 必需胺基酸是蛋白質合成的關鍵要素，如果缺乏9種比需胺基酸的其中任何一種，蛋白質合成的過程將無法順利進行，導致肌肉組織無法正常生成或修復，尤其對於運動員或健身重訓者來說，會嚴重影響肌肉增長和恢復。
- 導致肌肉萎縮與肌力減退
- 缺乏足夠的必需胺基酸會導致肌肉蛋白質分解增多，無法及時補充新的肌肉組織，進而引發肌肉萎縮和肌力減退的現象，尤其長期營養不良或飢餓狀態中特別明顯。
- 免疫力下降
- 必需胺基酸對於合成抗體和免疫細胞非常重要，缺乏這些胺基酸會削弱免疫系統的功能，使身體更容易受到感染和疾病的侵襲。
- 延緩傷口癒合
- 必需胺基酸涉及到組織修復和傷口癒合的過程，缺乏必需胺基酸會導致傷口癒合速度變慢，影響身體的自我修復能力。
- 代謝功能異常
- 必需胺基酸參與多種代謝反應，包括：能量代謝和脂肪代謝；缺乏這些必需胺基酸會導致代謝功能紊亂，進而引發疲勞、體重異常波動及增加代謝相關疾病的風險。
- 情緒與神經功能受損
- 必需胺基酸中，如：色胺酸（Tryptophan）是神經傳導物質（如血清素）的前體，這些神經傳導物質對情緒和睡眠非常重要，缺乏這些胺基酸可能導致情緒低落、焦慮、憂鬱及失眠等。
- 生長發育遲緩
- 對於兒童和青少年的生長發育而言，充足供應必需胺基酸極為重要；缺乏必需胺基酸可能導致生長遲緩、體重不足，甚至影響骨骼及大腦發育。
- 荷爾蒙（激素）生成受阻
- 必需胺基酸是荷爾蒙（激素）合成的前體，如：胰島素、甲狀腺素等，缺乏必需胺基酸會影響荷爾蒙（激素）的平衡及穩定，導致體內血糖調控和代謝失衡，及荷爾蒙（激素）生成受阻。
- 貧血
- 必需胺基酸中有些成分涉及到血紅蛋白的生成，缺乏必需胺基酸可能會導致貧血，進而引發疲勞、頭暈和免疫功能下降等症狀。
缺乏必需胺基酸會對健康造成廣泛而嚴重的影響，包括：蛋白質合成、免疫力、代謝、情緒、神經功能及生長發育等；因此應確保從飲食中攝取足夠的必需胺基酸，有助於維持全面的健康。
不同年齡階段對必需胺基酸的需求量
不同年齡階段對必需胺基酸的需求量，會根據身體生長狀況、代謝和修復需求而有不同變化；隨著年齡的增長，可能需要更多必需胺基酸，來維持肌肉質量和代謝功能；尤其是在嬰兒期、青春期、成年和老年階段，需求差異非常明顯；因此，應特別關注飲食中必需胺基酸的攝取量，以下是在不同年齡階段對必需胺基酸的需求量：
- 嬰兒和兒童成長階段
- 需求量：高
- 根據世界衛生組織（WHO）的建議，每公斤體重的嬰兒所需的必需胺基酸量比成人高出很多。
- 青春期（青少年）階段
- 需求量：高
- 青春期的蛋白質需求隨性別不同而有差異，男性肌肉增長較多，對胺基酸需求會略高於女性。
- 成年階段
- 需求量：中等
- 根據飲食指南，成年人每公斤體重大約需要0.8克蛋白質，其中應該攝取含有必需胺基酸的優質蛋白質來源。
- 老年階段
- 需求量：略高於成年人
- 根據最新研究，老年人每公斤體重的蛋白質需求應增加至1.2克，以對抗肌肉流失和維持身體組織的修復。
如何從飲食中獲得足夠的必需胺基酸
要從飲食中攝取足夠的必需胺基酸，關鍵在於攝取含有優質蛋白質的食物來源，必需胺基酸是人體無法自行合成，必須透過食物攝取來補充。以下是必需胺基酸的有效飲食策略：
- 動物性蛋白質來源
- 動物性蛋白質通常被稱為「完全蛋白質」，主要是動物性蛋白質因含有所有9種必需胺基酸，並且比例符合人體的需求。以下是動物性蛋白質來源，包括：
- 肉類：牛肉、雞肉、豬肉、羊肉等都是優質的蛋白質來源。
- 魚類和海鮮：魚類如鮭魚、鱈魚、鯖魚等及海鮮類如蝦、蟹、貝類，含有豐富的必需胺基酸。
- 蛋類：雞蛋是一種經濟、方便且營養豐富的優質蛋白質來源，含有完整的必需胺基酸。
- 乳製品：牛奶、乳酪、優格等乳製品，也是優質蛋白質來源，同樣提供全方位的必需胺基酸。
- 植物性蛋白質來源
- 雖然大多數植物性蛋白質不含所有必需胺基酸，被稱為「不完全蛋白質」，但透過食物組合，可以攝取到充足的必需胺基酸。以下是植物性蛋白質來源：
- 豆類和豆製品：大豆和豆製品（如豆腐、豆漿、味噌、毛豆）是少數植物性蛋白質中含有所有必需胺基酸的來源。
- 穀物與豆類組合：穀物（如米、麥）與豆類（如黑豆、扁豆）一起食用可以互補胺基酸，獲得完整的必需胺基酸。例如：
- 米飯+豆類（如紅豆飯、米飯加豆腐）、玉米+豆類（如墨西哥玉米餅配豆泥）。
- 堅果與種子：杏仁、葵花籽、芝麻等，可提供良好的胺基酸來源，如與其他食物結合可以增強必需胺基酸的攝取量。
- 蛋白質補充劑
- 在有些情況下，透過蛋白質補充劑也可以幫助獲取足夠的必需胺基酸，尤其是對於運動員、健身重訓者或蛋白質攝取不足的人；以下是蛋白質補充劑的來源：
- 乳清蛋白（Whey protein）：來源於牛奶，含有全部必需胺基酸，並且吸收速度快。
- 植物性蛋白粉：如豌豆蛋白、大麻蛋白、大豆蛋白等，是素食者或乳製品過敏者的理想選擇。
- 注意素食者和特殊飲食需求
- 素食者和純素食者（Vegan）因為不食用動物性食物，需要特別注意蛋白質的來源，可適度搭配食物來確保攝取足夠的必需胺基酸，例如：
- 穀類（如全麥麵包）+ 豆類（如扁豆湯）、穀類（如糙米）+ 堅果（如杏仁）。
- 植物性蛋白粉：如大豆蛋白、豌豆蛋白粉等也是素食者的良好補充選擇。
- 均衡飲食
- 確保攝取各類食物組合，保持均衡飲食是獲取充足必需胺基酸的關鍵，多樣化飲食不僅能提供完整的胺基酸，還能確保其他營養素的均衡攝取，促進全面健康。以下是常見富含必需胺基酸的食物：
- 肉類：牛肉、雞肉、羊肉
- 魚類：鮭魚、鱈魚、鯖魚
- 蛋類：雞蛋
- 豆類：大豆、扁豆、黑豆
- 乳製品：牛奶、乳酪、優格
- 穀物：糙米、全麥麵包、燕麥
- 堅果：杏仁、胡桃
- 種子類：葵花籽、南瓜籽、芝麻
從飲食中要獲取足夠的必需胺基酸，最重要的是多樣化飲食，結合動物性蛋白質與植物性蛋白質的來源；如果是素食者，應透過搭配不同的植物性食物，來補充所有的必需胺基酸；對於運動員和健身重訓者或需要補充蛋白質的人，都可以考慮選擇蛋白質補充劑來補足需求。
