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體內的能量來自哪些食物?

能量來自三大營養素包含 1) 碳水化合物 (可分為纖維素、醣類及澱粉三種) 2)蛋白質 3)脂肪，建議比例以「碳水化合物：脂肪：蛋白質」為 65%：20%：15%最適合。

食物在小腸形成的最小單元物質是什麼?

1) 碳水化合物分解成葡萄糖(單醣)

2) 蛋白質分解成胺基酸

3) 脂肪分解成甘油及脂肪酸

營養素在體內如何轉換能量?

葡萄糖(單糖)

碳水化合物(多糖)及脂肪會在小腸被酵素分解成葡萄糖(單醣)及脂肪酸，然後進入細胞核的粒腺體的基質中，在正常需氧條件下，葡萄糖通過糖酵解而脂肪酸透過β-氧化代謝成乙醯輔酶A (acetyl CoA)。乙醯輔酶A (acetyl CoA)，乙醯輔酶A (acetyl CoA)是產生能量的過程中第一個形成的物質，它是「檸檬酸循環」中的起點，在「檸檬酸循環」反應的過程中會消耗氧氣、生成能量並產生二氧化碳和水(如下圖)。

檸檬酸循環是三大營養素（糖、脂肪、蛋白質）的共同代謝途徑，它是由乙醯輔酶A (acetyl CoA)開始進行一連串生化循環反應，在反應的過程中會消耗氧氣、生成能量(36~38個ATP)並產生二氧化碳(6個)和水(6個)。

游離脂肪酸

游離脂肪酸通過脂解作用釋放到循環中，並通過β-氧化分解成乙醯輔酶A (acetyl CoA)。在葡萄糖可用性過低的條件下，在肝臟中會產生三個酮體包含3-羥基丁酸酯(3-hydroxybutyrate)，乙酰乙酸酯(acetoacetate)和丙酮(acetone)，丙酮不能用作能源，丙酮通過乙酰乙酸酯的非酶脫羧(non-enzymic decarboxylation)形成。乙酰乙酸(acetoacetate)和3-羥基丁酸(3-hydroxybutyrate)從肝臟傳遞到大循環並被非肝組織吸收，在那裡它們可以進行檸檬酸循環提供細胞的能量。

圖片引用來自: https://www.diapedia.org/metabolism-and-hormones/51040851169/ketone-body-metabolism

胺基酸

蛋白質會被分解成氨基酸，不同的氨基酸將被分流到葡萄糖分解代謝的特定路徑中，以便產生能源供身體活動所需(如下圖)。

各種胺基酸可在多種位置進入檸檬酸循環中進行分解代謝

圖片引用來自: https://courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/connections-of-carbohydrate-protein-and-lipid-metabolic-pathways/

如何將碳水化合物（carbohydrate）轉換成葡萄糖?

碳水化合物（carbohydrate）與葡萄糖相同是由碳、氫和氧三种元素组成，來自不同種類食物的碳水化合物，其對人體的營養價值也會不同。有碳水化合物的食物可以用以下三種方式來分類：1)纖維素2)醣類及3)澱粉等三種。其在消化道被分解的過程如下圖所示

因為單醣可以從胃或腸直接吸收而進入血液中，至於澱粉（多醣）和蔗糖（雙醣）都需要體內的酵素將其分解成單醣後才能吸收。因此當食物進入消化道之後，澱粉會被消化酵素分解為多糖及雙糖的分子，然後形成單糖 (如葡萄糖)之後才能被體內吸收進入血液循環，過多的糖分會形成肝糖並儲存於肝臟之內。人體只有能吸收糖類和澱粉，對於纖維素無法消化分解及吸收，但纖維素可以增加飽足感並促進消化，幫助食物移動並可清除腸壁上的物質，對於人體健康十分重要。

如何將蛋白質（protein）轉換成胺基酸?

氨基酸是蛋白質的基本組成部分，因此蛋白質被分解成所有身體組織使用的氨基酸。氨基酸佔運動過程中燃燒的燃料的約5-15％。

蛋白質被細胞中的各種酶水解形成氨基酸，之後被再循環到合成新的蛋白質。但是，如果身體處於飢餓狀態，則一些氨基酸將被分流到葡萄糖分解代謝的途徑中，以便產生能源供身體活動所需。

蛋白質消化和吸收

圖片引用來自:Joseph Feher, in Quantitative Human Physiology (Second Edition), 2017

上圖彩色圓圈表示一個個別單位的氨基酸。在胃階段，胃蛋白酶將蛋白質分解成多肽(polypeptides)和一些氨基酸(amino acid)。在腸道中，胰蛋白水解酶(pancreatic proteolytic enzymes)被腸激酶(enterokinase)激活並進一步將蛋白質分解成較小的寡肽(oligopeptides)和氨基酸。腸道絨毛刷狀緣(brush border)中的許多蛋白酶(proteases)完全消化蛋白質並將氨基酸釋放到運輸機制中，所謂的運輸機制是將氨基酸和一些二胜肽(di-peptides)和三胜肽(tri-peptides)送入腸細胞內。

如何將脂肪（fat）轉換成脂肪酸?

進餐後，膳食脂肪會在消化道分解成甘油三酯（triglycerise,TG），之後再會被脂肪酶水解，產生脂肪酸（fatty acid, FA）和單酰甘油（monoacylglycerol, MAG），然後被吸收進入腸細胞。在腸上皮細胞吸收後，脂肪酸會經由淋巴系統被送到肝臟進行合成脂蛋白(包覆脂肪酸)的反應，以便讓親水性的脂蛋白(包覆脂肪酸)進入血液循環，將被包覆的脂肪酸運送到身體需要的地方，過多的脂蛋白(包覆脂肪酸)會被儲存在肌肉脂肪組織以作為能量儲備之用。

參考文獻

• https://courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/connections-of-carbohydrate-protein-and-lipid-metabolic-pathways/
• https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/connections-between-cellular-respiration-and-other-pathways
• Lambert, Jennifer E, and Elizabeth J Parks. “Postprandial metabolism of meal triglyceride in humans.” Biochimica et biophysica acta vol. 1821,5 (2012): 721-6. doi:10.1016/j.bbalip.2012.01.006
• https://www.diapedia.org/metabolism-and-hormones/51040851169/ketone-body-metabolism