タンパク質（栄養素）

タンパク質は人体にとって必須の栄養素です。^{[1]タンパク質は}体組織の構成要素の1つであり、燃料源としても機能します。燃料として、タンパク質は炭水化物と同じエネルギー密度を提供します。1グラムあたり4kcal（17kJ）。対照的に、脂質は1グラムあたり9kcal（37kJ）を提供します。栄養学の観点から見たタンパク質の最も重要な側面と定義特性は、そのアミノ酸組成です。^[2]

タンパク質は、ペプチド結合によって連結されたアミノ酸からなるポリマー鎖です。人間の消化過程において、タンパク質は胃の中で塩酸とプロテアーゼの作用によって小さなポリペプチド鎖に分解されます。これは、体内で生合成できない必須アミノ酸の吸収にとって非常に重要です。 ^[3]

タンパク質エネルギー栄養失調とそれに伴う死亡を防ぐために、人間が食事から摂取しなければならない必須アミノ酸は9種類あります。それらは、フェニルアラニン、バリン、トレオニン、トリプトファン、メチオニン、ロイシン、イソロイシン、リジン、ヒスチジンです。^{[2] [4]}必須アミノ酸が8種類か9種類かについては議論がありました。^[5]ヒスチジンは成人では合成されないため、9種類であるというのが一般的な見解のようです。[ ^6]人間が体内で合成できるアミノ酸は5種類あります。これら5つは、アラニン、アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン酸、セリンです。乳児の未熟性や重度の異化障害のある人など、特別な病態生理学的条件下では合成が制限される可能性がある条件付き必須アミノ酸が6種類あります。これら6つとは、アルギニン、システイン、グリシン、グルタミン、プロリン、チロシンです。^[2]タンパク質の食事源には 、穀物、豆類、^[7] ナッツ類、^[8] 種子類、^[7] 肉類、乳製品、魚類、卵、食用昆虫、海藻類などがあります。^[9]

タンパク質は、人体の成長と維持に必要な栄養素です。水を除いて、タンパク質は体内で最も豊富な種類の分子です。タンパク質は体のすべての細胞に存在し、体内のすべての細胞、特に筋肉の主要な構造成分です。これには、体の臓器、髪、皮膚も含まれます。タンパク質は、糖タンパク質などの膜にも使用されます。アミノ酸に分解されると、核酸、補酵素、ホルモン、免疫反応、細胞修復、および生命に不可欠なその他の分子の前駆体として使用されます。さらに、タンパク質は血液細胞の形成にも必要です。^{[1] [2]}

タンパク質は幅広い食品に含まれています。^{[11] [12]}世界的に見ると、植物性タンパク質食品は一人当たりのタンパク質供給量の60％以上を占めています。^[9]北米では、動物由来の食品がタンパク質源の約70％を占めています。^[12]昆虫は世界の多くの地域でタンパク質源となっています。^[13]アフリカの一部では、食事中のタンパク質の最大50％が昆虫に由来しています。^[13]毎日20億人以上が昆虫を食べていると推定されています。^[14]

肉、乳製品、卵、大豆、魚、全粒穀物、シリアルはタンパク質源です。^{[11]タンパク質濃度が7%を超える}主食や穀物の例としては、そば、オート麦、ライ麦、キビ、トウモロコシ、米、小麦、モロコシ、アマランサス、キヌアなどがあります（順不同）。^[12] 狩猟肉は、一部の国では手頃なタンパク質源です。^[15]

植物性タンパク質源には、豆類、ナッツ類、種子類、穀物、一部の野菜や果物などがある。タンパク質濃度が7%を超える植物性食品には、大豆、レンズ豆、インゲン豆、白インゲン豆、緑豆、ひよこ豆、ササゲ、ライマメ、キマメ、ルピナス、インゲン豆、アーモンド、ブラジルナッツ、カシューナッツ、ピーカンナッツ、クルミ、綿実、カボチャの種、麻の実、ゴマ、ヒマワリの種などがある（ただし、これらに限定されない） 。^[12]

太陽光発電による微生物タンパク質生産は、太陽光パネルからの電力と空気中の二酸化炭素を使用して微生物の燃料を作り、バイオリアクター槽で培養して乾燥タンパク質粉末に加工します。このプロセスでは、土地、水、肥料を非常に効率的に使用します。^{[16] [17]}

バランスの取れた食事をしている人はタンパク質サプリメントを必要としません。^{[8] [12] [18]}

以下の表は、タンパク質源としての 食品グループを示しています。

カラーキー:

 それぞれのアミノ酸の密度が最も高いタンパク質源。

 それぞれのアミノ酸の密度が最も低いタンパク質源。

カゼイン、ホエイ、卵、米、大豆、コオロギ粉などのプロテインパウダーは、加工・製造されたタンパク質源です。^[19]

食品中のタンパク質濃度の古典的な分析法は、ケルダール法とデュマ法である。これらの試験は、サンプル中の全窒素を測定する。ほとんどの食品の窒素を含む唯一の主要成分はタンパク質である（脂肪、炭水化物、食物繊維には窒素は含まれない）。食品に含まれると予想されるタンパク質の種類に応じた係数を窒素の量に掛けると、全タンパク質を測定できる。この値は「粗タンパク質」含有量として知られている。正確な変換係数の使用は、特に植物由来のタンパク質製品の導入が進むにつれて、激しく議論されている。^[20]しかし、食品ラベルでは、タンパク質の平均窒素含有量は約16％であるため、タンパク質は窒素に6.25を掛けて計算される。ケルダール試験は、AOACインターナショナルが採用した方法であり、世界中の多くの食品規格機関で使用されているため、一般的に使用されているが、デュマ法もいくつかの規格組織で承認されている。^[21]

食品業界では、粗タンパク質含有量の測定値を膨らませる非タンパク質窒素源によるタンパク質ミールの偶発的な汚染や意図的な偽装が何十年も発生していることが知られています。食品の品質を確保するために、タンパク質ミールの購入者は、尿素や硝酸アンモニウムなどの最も一般的な非タンパク質窒素汚染物質を検出するように設計された品質管理テストを定期的に実施しています。^[22]

食品産業の少なくとも一分野である乳製品産業では、一部の国（少なくとも米国、オーストラリア、フランス、ハンガリー）が、粗タンパク質測定ではなく「真タンパク質」測定を支払いと検査の基準として採用している。「真タンパク質は牛乳中のタンパク質のみを測定するものであるのに対し、粗タンパク質は窒素源すべてを測定しており、尿素など、人間にとって食用価値のない非タンパク質窒素も含まれる。…現在の牛乳検査機器は、真タンパク質の直接測定であるペプチド結合を測定する。」^{[23]穀物中のペプチド結合の測定は、カナダ、英国、オーストラリア、ロシア、アルゼンチンなど、}赤外線分光法の一種である近赤外線反射（NIR）技術を使用するいくつかの国で実践されている。^[24]国連食糧農業機関（FAO）は、乳児用調製粉乳など、唯一の栄養源として使用される食品中のタンパク質を測定するためにアミノ酸分析のみを使用することを推奨しているが、次のようにも規定している。「アミノ酸分析のデータが利用できない場合は、ケルダール法（AOAC、2000）または同様の方法による総窒素含有量に基づくタンパク質の測定は許容されると考えられる。」^[25]

肉牛飼料中のタンパク質の検査方法は、戦後科学として発展してきました。米国の標準テキストである「肉牛の栄養所要量」は、少なくとも70年間で8版を重ねてきました。^[26] 1996年の第6版では、第5版の粗タンパク質に代えて「代謝可能タンパク質」という概念が採用されました。これは、2000年頃に「微生物タンパク質と分解されていない摂取タンパク質によって供給され、腸で吸収される真のタンパク質」と定義されました。 ^[27]

ケルダール法の限界は、2007年の中国のタンパク質輸出汚染と、測定された「タンパク質」を増やすために工業用化学物質メラミンが牛乳やグルテンに添加された2008年の中国の牛乳スキャンダルの中心でした。^{[28] [29]}

栄養学の観点から見たタンパク質の最も重要な側面および定義的特徴は、そのアミノ酸組成である。^[2]アミノ酸の相対的割合と、いくつかのシステムではタンパク質源の消化率に基づいて、生物に対するタンパク質の有用性を評価する複数のシステムがある。それらには、生物学的価値、正味タンパク質利用率、およびタンパク質効率比（PER）法の修正としてFDAによって開発されたPDCAAS （タンパク質消化率補正アミノ酸スコア）が含まれる。PDCAAS評価は、タンパク質の品質を決定するための「推奨される「最良」の」方法として、1993年に米国食品医薬品局（FDA）および国連食糧農業機関/世界保健機関（FAO/WHO）によって採用された。これらの組織は、タンパク質の品質を評価する他の方法は劣っていることを示唆している。^{[30] 2013年にFAOは}消化可能必須アミノ酸スコアへの変更を提案した。

ほとんどのタンパク質は消化管での消化によって単一のアミノ酸に分解されます。^[31]

消化は通常、胃の中でペプシノーゲンが塩酸の作用でペプシンに変換されるときに始まり、小腸でトリプシンとキモトリプシンによって継続されます。 ^[31]小腸 で吸収される前に、ほとんどのタンパク質はすでに単一のアミノ酸または複数のアミノ酸のペプチドに還元されています。4つのアミノ酸より長いペプチドのほとんどは吸収されません。腸の吸収細胞への吸収は終わりではありません。そこで、ほとんどのペプチドは単一のアミノ酸に分解されます。

食事中のタンパク質が分解されてできるアミノ酸とその誘導体の吸収は、消化管によって行われます。個々のアミノ酸の吸収率は、タンパク質源によって大きく異なります。例えば、多くのアミノ酸のヒトにおける消化率、大豆タンパク質と乳タンパク質の違い^[32]、個々の乳タンパク質、β-ラクトグロブリン、カゼインの違いなどです^[33] 。乳タンパク質の場合、摂取したタンパク質の約50%は胃と空腸の間で吸収され、消化された食物が回腸に到達するまでに90%が吸収されます^[34]。生物学的価（BV）は、食物から吸収されたタンパク質のうち、生物の体のタンパク質に組み込まれる割合を測定したものです。

哺乳類の新生児は、小腸でタンパク質をそのまま吸収することができるという点で、タンパク質の消化と同化に優れています。これにより、受動免疫、すなわち母親から新生児への免疫グロブリンの移行が母乳を介して可能になります。^[35]

タンパク質摂取必要量をめぐる問題については、かなりの議論がなされてきた。^{[36] [37]}人間の食事で必要とされるタンパク質の量は、総エネルギー摂取量、体内の窒素および必須アミノ酸の必要量、体重および体組成、個人の成長率、身体活動レベル、個人のエネルギーおよび炭水化物摂取量、および病気や怪我の存在によって主に決定される。^{[3] [19]}身体活動および運動、ならびに筋肉量の増加は、タンパク質の必要量を増加させる。また、成長および発達のための小児期、妊娠中、または乳児を養うための授乳中、または体が栄養失調や外傷からの回復を必要とするとき、または手術後においても、タンパク質の必要量は増加する。^[38]

米国およびカナダの食事摂取基準ガイドラインによると、欠乏症のリスクを最小限に抑えるには、19～70歳の女性は1日あたり46グラムのタンパク質を摂取する必要があり、19～70歳の男性は1日あたり56グラムのタンパク質を摂取する必要がある。これらの推奨食事摂取量（RDA）は、体重1キログラムあたり0.8グラムのタンパク質と、それぞれ平均体重57キログラム（126ポンド）、70キログラム（154ポンド）に基づいて計算された。^[2]ただし、この推奨事項は構造上の要件に基づいており、エネルギー代謝のためのタンパク質の使用は考慮されていない。^[36]この要件は、通常の座りがちな人向けである。^[39]米国では、平均的なタンパク質摂取量はRDAよりも高い。国民健康栄養調査（NHANES 2013～2014）の結果によると、20歳以上の女性の平均タンパク質摂取量は69.8グラム/日、男性は98.3グラム/日であった。^[40]

いくつかの研究では、活動的な人やアスリートは、筋肉量の増加や発汗による損失、身体の修復やエネルギー源の必要性から、タンパク質摂取量の増加（0.8 g/kgと比較して）が必要になる可能性があると結論付けています。 [ ^{36] [37]}推奨量は、持久力運動をしている人の場合は1.2～1.4 g/kg、筋力運動の場合は1.6～1.8 g/kg ^{[37] [39]}、高齢者の場合は最大2.0 g/kg/日と幅広くなっています。 ^[41]一方、提案されている1日の最大タンパク質摂取量は、エネルギー必要量の約25％、つまり約2～2.5 g/kgです。^[36]しかし、まだ多くの疑問が残っています。^[37]

さらに、減量のためにカロリー制限食を使用しているアスリートは、除脂肪筋肉量の減少を避けるために、タンパク質摂取量をさらに1.8～2.0g/kgまで増やすべきだと示唆する人もいます。^[42]

持久力アスリートは、筋力増強アスリートほどトレーニングで筋肉量を増やすことができないという点で、筋力強化アスリートとは異なります。^[要出典]研究によると、持久力運動を行う人は、持久力トレーニング中に破壊された筋肉を修復するために、座りがちな人よりも多くのタンパク質摂取が必要です。^[43]アスリートのタンパク質必要量はまだ議論の余地がありますが（たとえば、Lamont、Nutrition Research Reviews、2012年、142〜149ページを参照）、持久力アスリートが参加する運動の種類は依然としてタンパク質代謝経路を変えるため、持久力アスリートはタンパク質摂取量を増やすことで利益を得ることができることが研究で示されています。持久力トレーニングを受けたアスリートでは、アミノ酸の酸化のために全体的なタンパク質必要量が増大します。^[43]長時間（1回のトレーニングセッションあたり2〜5時間）運動する持久力アスリートは、消費エネルギー全体の5〜10％をタンパク質から得ています。したがって、持久力アスリートにとって、エネルギー消費で失われたタンパク質と筋肉の修復で失われたタンパク質を補うために、タンパク質摂取量をわずかに増やすことは有益である可能性がある。あるレビューでは、持久力アスリートは1日のタンパク質摂取量を体重1kgあたり最大1.2～1.4gまで増やすことができると結論付けている。^[19]

研究によると、筋力トレーニングを行う人は、運動をしない人よりも多くのタンパク質を必要とすることが示されています。筋力トレーニングを行うアスリートは、筋肉タンパク質合成を高めるため、または運動中のアミノ酸酸化の損失を補うために、毎日のタンパク質摂取量を体重1kgあたり最大1.4～1.8gまで増やすことができます。多くのアスリートは、トレーニングの一環として高タンパク質の食事を維持しています。実際、無酸素スポーツ（例：ウェイトリフティング）を専門とするアスリートの中には、非常に高いレベルのタンパク質摂取が必要であると考え、高タンパク質の食事とタンパク質サプリメントを摂取する人もいます。^{[3] [19] [43] [44]}

食物アレルギーは、食物中のタンパク質に対する異常な免疫反応です。兆候や症状は軽度から重度まであります。かゆみ、舌の腫れ、嘔吐、下痢、じんましん、呼吸困難、低血圧などが含まれます。これらの症状は通常、曝露後数分から1時間以内に現れます。症状が重度の場合、アナフィラキシーと呼ばれます。次の8つの食品が、アレルギー反応の約90％の原因です：牛乳、卵、小麦、甲殻類、魚、ピーナッツ、木の実、大豆。^[45]

高タンパク質食が慢性腎臓病を引き起こすという決定的な証拠はないが、この病気の人はタンパク質の摂取を減らすべきだというコンセンサスがある。2018年に更新された2009年のレビューによると、タンパク質の摂取を減らした慢性腎臓病の人は、末期腎臓病に進行する可能性が低い。^{[46] [47]}さらに、この病気の人が低タンパク質食（0.6 g/kg/日 - 0.8 g/kg/日）を摂取すると、腎機能を維持する代謝補償が生じる可能性があるが、人によっては栄養失調が起こる可能性がある。^[47]

フェニルケトン尿症（PKU）の患者は、精神障害やその他の代謝合併症を防ぐために、必須アミノ酸であるフェニルアラニンの摂取量を極めて低く抑える必要があります。フェニルアラニンは人工甘味料アスパルテームの成分であるため、PKUの患者は低カロリーの飲料やこの成分を含む食品を避ける必要があります。^[48]

米国とカナダのタンパク質に関する食事摂取基準の見直しでは、許容上限摂取量、つまり安全に摂取できるタンパク質の上限量を確立するための十分な証拠がないという結論が出されました。 ^[2]

アミノ酸が必要量を超えると、肝臓がアミノ酸を吸収して脱アミノ化します。このプロセスにより、アミノ酸の窒素がアンモニアに変換され、肝臓で尿素回路を経て尿素にさらに処理されます。尿素は腎臓から排泄されます。アミノ酸分子の他の部分はグルコースに変換され、燃料として使用できます。^{[39] [49] [50]}食物タンパク質の摂取量が定期的に高かったり低かったりすると、体は「不安定なタンパク質貯蔵庫」を使用してタンパク質摂取量の日々の変動を補い、タンパク質レベルを平衡に保とうとします。しかし、将来のカロリー需要のための貯蔵庫としての体脂肪とは異なり、将来の需要のためのタンパク質貯蔵庫はありません。^[2]

タンパク質の過剰摂取は尿中へのカルシウム排泄を増加させる可能性があり、これは含硫アミノ酸の酸化によるpH不均衡を補うために起こる。これにより、腎循環器系におけるカルシウムによる腎結石形成のリスクが高まる可能性がある。^[2]あるメタアナリシスでは、タンパク質摂取量の増加が骨密度に悪影響を及ぼさないことが報告された。^[51]別のメタアナリシスでは、タンパク質を多く含む食事を摂ると収縮期血圧と拡張期血圧がわずかに低下し、動物性タンパク質と植物性タンパク質に違いはないと報告された。^[52]

メタ分析では、高タンパク質食は、ベースラインのタンパク質食と比較して、3か月間でさらに1.21 kgの減量につながることが示されています。^[53]体格指数とHDLコレステロールの低下による利点は、高タンパク質摂取が総エネルギー摂取量の45%と分類された研究よりも、タンパク質摂取量のわずかな増加のみを扱った研究でより強く観察されました。^[53] 6か月以下の短期ダイエットでは、心血管活動への有害な影響は観察されませんでした。長期の高タンパク質食が健康な個人に及ぼす潜在的な悪影響についてはほとんどコンセンサスがなく、減量の一形態として高タンパク質摂取を使用することに対する警告勧告につながっています。 [ ^{53] [47] [54]}

2015～2020年の米国人のための食事ガイドライン（DGA）では、男性と10代の少年は果物、野菜、その他の摂取不足の食品の摂取を増やすことを推奨しており、これを達成する手段としてタンパク質食品の摂取を全体的に減らすことが推奨されている。^[55] 2015～2020年のDGAレポートでは、赤肉や加工肉の摂取量の推奨制限は設定されていない。レポートでは、赤肉や加工肉の摂取量が少ないと成人の心血管疾患のリスクが低下することを示す研究を認めているが、これらの肉から得られる栄養素の価値についても言及している。推奨されているのは、肉やタンパク質の摂取量を制限することではなく、特定の肉やタンパク質の摂取の結果として増加する可能性のあるナトリウム（2300 mg未満）、飽和脂肪（1日の総カロリーの10%未満）、添加糖（1日の総カロリーの10%未満）を監視し、1日の摂取量の範囲内に抑えることである。 2015年のDGA報告書では赤肉や加工肉の摂取量を減らすよう勧告しているが、2015～2020年のDGAの主要勧告では、ベジタリアンと非ベジタリアンの両方のタンパク質源を含む、さまざまなタンパク質食品を摂取することを推奨している。^[56]

タンパク質欠乏症と栄養失調（PEM）は、知的障害やクワシオルコルを含む様々な病気を引き起こす可能性があります。^[58]クワシオルコルの症状には、無気力、下痢、活動性の低下、成長障害、皮膚の剥離、脂肪肝、腹部と脚の浮腫などがあります。この浮腫は、アラキドン酸に対するリポキシゲナーゼの作用によりロイコトリエンが形成され、体液バランスとリポタンパク質輸送におけるタンパク質の正常な機能によって説明されます。^[59]

PEMは世界中で子供と大人の両方でかなり一般的であり、毎年600万人が死亡しています。先進国では、PEMは主に病院で見られ、病気と関連しており、高齢者によく見られます。^[2]

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