蛋白質如此重要，為什麼體內沒有儲存八種必需氨基酸的機制呢？

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如題，肌肉、組織有一部分不影響功能可分解的蛋白，總量畢竟有限。肌肉不專項鍛煉的話，蛋白質含量也不會增加。如此重要的蛋白，為什麼吃多了沒有用掉還要加大氧化和脫氨基呢？

====20170418修改補充====

經過文獻檢索，發現了一些新的線索，同時也發現原答案站在「人類」這個物種的角度而言，格局太小，用「食物鏈」作為證據容易引起誤導（雖然也不完全錯，但會讓人覺得，處於食物鏈越高的位置就越缺陷），特此修訂部分內容。（原答案的括弧會註明修正內容）

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非常有意思的話題，認真講起來真的可以很長篇。從大框架來說，這個問題可以拆分為：1、為何人體不儲存蛋白質，而選擇儲存糖類（糖原）和脂肪；2、為何人類不進化出合成所有氨基酸的代謝途徑，而反而「故意」留出漏洞？

關於問題2，可以參考我的專欄文章其中的第二節：

扔掉背誦口訣，重拾生物化學的正確學習方法

簡而言之，人類爬到了食物鏈頂端，可以輕鬆獲得更豐富的食物來源，因此不需要所有氨基酸都自己合成。因此在進化上，這樣的代謝缺陷型，並沒有被選擇壓力所淘汰掉。而這樣的代謝缺陷，反而節約了能量與原料，更加經濟節約，從而用更少的代價做更多的事。

【補充說明：必需氨基酸合成通路上的基因，在動物界（消費者，具有捕食能力）是普遍缺失的，具體見下面這個表格。而在植物中（生產者，被動物所消費）卻是完整的。從生產者消費者這樣的食物關係而言，動物的營養缺陷型，並不會因為選擇壓力而在進化過程中被淘汰掉。但這樣的結論若要推廣到單細胞生物中，情況會變得更加複雜。雖然釀酒酵母是高等一些的真核生物，但卻有完整的合成通路，而低等原核定盤基網柄菌，卻有缺陷。關於這一點，需要微生物的專家來參與討論。】

【而植物為什麼要有完整的合成途徑呢？請參考 @安國大將軍的答案。簡而言之，植物的氮源是無機氮（請不要拿豬籠草等來說事），所以要有從頭合成所有氨基酸能力，否則就存活不了。】

而至於問題1，從經濟高效的角度來看待的話，也是比較好理解。糖原和脂肪儲存起來之後，重新利用的代謝途徑比較簡單也比較短。然而氨基酸的高級結構蛋白質，重新以氨基酸的形式利用起來就麻煩多了，要靠蛋白酶。但是，其中涉及到蛋白酶類就非常多，因為一種蛋白酶只能認得一種或一小部分特定的氨基酸序列，將其切斷。這說明，假使有一種能夠儲存蛋白質的器官，它必須要能合成那麼多種類型的蛋白酶。這樣看來，一點都不實惠，還不如吃一口食物來得方便。更多不實惠證據，請看評論區我的補充。（包括蛋白質若要重新利用，涉及複雜的酶系以及跨膜運輸。而儲存單氨基酸，則要面臨細胞內外環境的紊亂的風險。）

當然並不是說，人體完全不能重新利用已合成蛋白中的氨基酸。比較著名的途徑是自噬，也就是細胞自己吃自己。還有在特定的情況下，細胞能夠吞噬周邊的細胞碎片，也能夠重新利用其中的氨基酸。

====進一步補充====

在讀完了其他答主的答案之後，也是學到了許多。不過這裡要補充幾點自己的看法：

有關於氨基酸池（amino acid pool），即機體總會有一定濃度的多種遊離氨基酸，在我的印象中，這是一個外源攝入氨基酸+ 內源氨基酸合成 + 蛋白質turn over的總體結果，算不上嚴格意義上的「儲存」機制。假設儲存的脂肪是「水池」中的水，那麼氨基酸池頂多就是「水管」中的水。水管中的水是為流通而用，理解為儲存有些牽強。（好吧，肯定會有人說，別把水管裡面的水不當水啊……）假設這算是儲存機制的話，那麼無機鹽、維生素等都有儲存機制了。

有關於腸道滯留機制，我個人更願意理解為緩衝機制，而非「儲存」機制。如果沒有猜錯，這跟mTOR感應外界氨基酸濃度而激活，並促進蛋白質合成有關。不過相比起氨基酸池，腸道滯留更有「儲存」的味道了。但整體的運轉速度到底有多快呢？希望有相關領域的朋友來解答。如果又是一種快速turn over的機制，那麼依然也是水管之水，而非水池之水。

不過寫到這裡，突然覺得，咱們是不是應該定義一下「儲存」這個詞呢？到底做到什麼程度才能算「儲存」？我也快暈了。

知乎上不僅有趣的問題越來越少，靠譜的答案也越來越少，跑偏了卻不明覺厲的答案倒是越來越多。嗯，實在忍不住，又要來打一發臉。

（20170419更新）

很令我以外的，「儲存」這個各國語言中都存在相同意義的詞大家居然也拎不清了。我也不強行下定義，給出幾個常用的解釋吧：

絕大多數字典里，儲存就指聚積保存（to accumulate or put away），更嚴格的，還要加上「為了以後使用」（for future use）。
物資停滯，不參與反應活動：「不論是什麼類型的物資，也不論什麼原因導致其停滯，物資在沒有進入生產或消費活動之前或者這些活動結束之後，都會存放起來，這就是儲存」——《物流學概論》
「商品在生產、流通領域中的暫時停泊和存放過程。」商品儲存 - MBA智庫百科

我認為從自然選擇的角度也許可以給一個更好的闡釋。之所以需要儲存，是認為現在物質豐富，預計未來物質缺乏時，給出的一種策略——現在消耗一些能量積累過量的物質，給未來使用。如果物質一直匱乏，或者物質一直過量豐富，那麼這種儲存策略就會喪失優勢。

涉及到的一些爭議：

@吳思涵跟總量沒有關係，跟與外界發生流通交換的頻率也沒有關係，只要考量一下活息存款這個例子就知道了，你可以存的很少，流通很快。但是與外界的流通不能導致所有物質全進入流通狀態，那就不是儲存了，因此流通的水管和水池是有本質區別的。

緩衝必然包含存儲機制，只有先聚積保存能量/物質/信息，以在未來釋放或使用，才能實現緩衝，否則一定會發生憑空消失和出現。至於一個機制的主要目的是緩衝，還僅僅是存儲，需要討論。

資源回收再利用（廢物利用），嚴格意義上我認為不應視作做一種存儲，因為這些資源一直直接或間接參與各種生產消費、新陳代謝活動中。

（正文）

先上結論：

人體內有儲存必需氨基酸的機制，不止一種！而且人體也可以存儲蛋白質。

況且，雖然我們不能合成必需氨基酸，但是腸道微生物可以啊。

P.S. 有人類不儲存蛋白這種錯覺的，可能是覺得只有肌肉才算蛋白？

1. 高贊答案，在說啥？？

目前的最高贊答案，有大段的內容在討論糖和脂肪的差異，有意或無意地模糊了邏輯主幹。我們不妨給這個長答案剪一剪枝，精簡一下，看看答主到底在說什麼：

儲存氨基酸或蛋白質，降低人體在自然選擇中存活的可能性，為什麼呢？

因為儲存蛋白質，與儲存糖或脂肪相比，儲存同樣多的能量，需要消耗的能量太高了。因此「人體大量儲存脂肪，少量儲存碳水化合物，絕不儲存蛋白質」。

對於其他生物來講，儲存蛋白也同樣的不經濟，按照同樣的邏輯也不應該儲存蛋白。然而反例遍地都是，大量的植物種子和昆蟲等動物都有儲存蛋白（storage protein），鳥類更是有「蛋清」這個蛋白儲存結構。

根源在於，「一個機制A比另一個機制B更優秀，所以生物使用了A不是B」，這個論調本身就不是符合生物進化的，反而是神創論的邏輯。我們不是全知全能神，並不知道其實有一堆更好的機制C、D、E、F。下面我還會提到，高票答案所試圖論證的「人類不儲存氨基酸或蛋白質」本身也是不符合事實的，人的氨基酸儲存機制要更多樣、更有效、更高級。

退一步講，就算高贊說的對，攝入過量的氨基酸，只以脂肪和碳水的形式儲存起來（先不要管氨基酸里的氮元素跑哪去了）。那麼當氨基酸攝入不夠時，人可以通過自身合成非必需氨基酸（不知道從哪又找到了氮元素），但是必需氨基酸（essential amino acids）沒辦法合成，人就會得病。

（一個具體的例子就是糙皮病，如果天天只吃玉米，就會缺乏色氨酸，從而以色氨酸為原料的維生素B3合成就無法進行。人又不能自身合成色氨酸，那麼就會得病。如果繼續只吃玉米，差不多4~5年就掛了！）

那麼問題又回來了：

為什麼沒有儲存必需氨基酸的機制呢？

高贊答案，其實是答非所問呢！╮(╯_╰)╭

2. 先問有沒有，再問為什麼。物質儲存 vs 能量儲存——氨基酸到底是怎麼儲存的？

當我們攝入氨基酸的時候我們到底在攝入什麼？？

氨基酸，能夠進一步合成為蛋白質，實現功能，也可以被降解釋放能量。也就是說，氨基酸既提供生命的物質基礎、也同時提供能量。因此氨基酸的儲存就要同時考慮物質和能量。高票答案只考慮能量儲存，才會跑偏這麼多。

氨基酸在包括人在內的哺乳動物體內有很多儲存方式，這裡說三種重要路線：

a. 教科書中最常見的說法：凱撒的歸凱撒、上帝的歸上帝，進一步拆解後分別儲存。

主要地點：肝臟、肌肉、腎臟等

在這種儲存方式中，氨基酸並不被視為最小單元，而是被拆分成更基本的，碳、氮和能量來源。氨基酸除了被利用轉化為蛋白質和其他重要物質之外，過剩的部分被拆分儲存。

1）氨基酸通過轉氨基或者脫氨反應，生成各種常見的中間代謝產物，主要是各類有機酸。這些有機酸可以進一步地轉化為碳水化合物或者脂肪，從而儲存氨基酸來源的能量和碳、氫、氧。主要發生在肝臟中。（P.S. 這一系列酶在血液中的濃度，也可以估計肝細胞是不是漏了，鑒定肝臟病變）

2）氨基酸的氨基（氮源）則在人體中以幾類非必需氨基酸的形式儲存，其中最主要的是以谷氨醯胺的形式儲存（也因此是人體內的氨基酸中最豐富的一種）。肌肉負責90%的谷氨醯胺合成，並存儲這種氨基酸。肝臟也能夠合成，主要起調節血液中的谷氨醯胺水平的作用。

能量儲存很簡單可以多多益善，但是物質儲存要複雜的多，氨基的儲存，是要碳氮氧跟著陪綁的，如果各個元素之間不能實現平衡，就會產生紊亂、重要分子缺乏、毒性分子生成。因此，多餘的氨基以尿素形式儲存，並排泄出體外。這一過程（尿素循環）主要發生在肝臟，是科學史上發現的第一個生化反應環路哦。

當合成蛋白質時，血液中的某種氨基酸不夠用了怎麼辦？就分別從有機酸、碳水、脂肪中抽調碳骨架分子、能量，從和谷氨醯胺抽調氮源，重新合成氨基酸。幾乎所有細胞都有合成非必需氨基酸的能力。

這種存儲的優點很明顯，統一庫存，按需分配，優化使用。只要吃夠一種氨基酸，其他的非必需氨基酸都不會缺乏。當然吃谷氨醯胺是最方便的，在氮源上，免得費二道手續轉化了，這也是為什麼廣大健身愛好者可以沒事吃兩罐:P（雖然好像並沒有卵用）。

缺點也很明顯，存在嚴重的物質浪費，由於尿素循環的存在，很多氨基酸最後的終點就是糖和脂肪，再也回不到氨基酸了。

另外，存在這麼一系列「必需氨基酸」，人體沒有辦法合成。也就引出了我們的這個問題。這些必需氨基酸，只能通過食物攝入獲得並原樣儲存。

b. 直接合成為蛋白質，以蛋白質的形式暫時存儲。

地點：胃腸道

@夏睿同學已經提到了，這種存儲機制發生在消化系統，我再詳細講一下。

很久很久以前，我們就已經觀察到了一個現象，人體在進食時身體含氮量有一個凈增長，不進食時含氮量降低，隨著技術進步，我們確認，這種變化是蛋白質造成的 (Millward D J et al., 1990, 1991)：

在進食的時候，很多氨基酸會被合成為蛋白質儲存起來，等到飯勁過去了，再重新分解成為氨基酸。這個蛋白質儲存，被稱為蛋白質池(labile protein pool)。一開始人們猜測這件事情發生在肌肉，但是另大多數健身愛好者沮喪的是，其實發生在肚子。

胃腸道在進食時的蛋白質合成強度和氧氣消耗非常之高，與其他組織相比（如肌肉），胃腸道的蛋白質合成速率有7倍之高（Lobley et al., 1980, 1992; Attaix et al., 1986; Burrin et al., 1992; Davis et al., 1996），四捨五入就是一個億啊，同志們！

這種存儲方法的優勢是，原汁原味地保存了所有種類的氨基酸，而且反應速度很快。而且由於血液中的氨基酸含量不會快速上升，降低了尿素合成，避免物質浪費。

缺點也很明顯，特別特別特別地浪費能量——蛋白質合成需要大量的能量，而蛋白質水解並不能貢獻可利用的能量，完全是賠本買賣。這種儲存方式在身體其他部分是行不通的。不過在進食的時候，胃腸道部分能夠接觸到的能量來源本來就極其豐富，因此這個缺點也就不是什麼嚴重的問題了。

c. 每家每戶的小金庫——氨基酸池

地點：各個細胞

很早以前我們就發現了人類細胞具有富集並儲存氨基酸的能力（PIEZ KA, EAGLE H. 1958），這種儲存並不需要額外合成蛋白質，就以遊離的氨基酸儲存即可。細胞中富集的必需氨基酸的濃度大多數可以達到環境中的5~10倍，被稱為氨基酸池（amino acids pool）。

Hela細胞在培養液中對必需氨基酸富集，PIEZ KA, EAGLE H. 1958

前文提到肌肉合成了90%的谷氨醯胺，用以儲存氨基酸中的氮。肌肉，其實也儲存了大量其他類型的遊離氨基酸。成年男性，在肌肉中儲存了1.2~1.5g遊離氨基酸/每公斤體重，其中約120mg是必需氨基酸，主要是蘇氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸、組氨酸、酪氨酸（Bergstr?m J et al. 1974）。

僅肌肉一項的必需氨基酸儲備，基本上就已經和每日最低攝入量達到一個量級了，雖然組成比例並不相同。

摘自維基百科

氨基酸池的優點是既不需要耗費太多能量，也不存在物質浪費的問題。但是缺點就是不夠高效，一個細胞能夠容納的氨基酸總量有限。

除了以上三種主要的儲存方式之外，氨基酸的獲得，還有其他各種各樣的途徑。
比如有人提到的內源性地降解蛋白質，我認為是不是可以稱為是「存儲」有爭議，但也是不可忽視的也是重要的氨基酸供應途徑。
比如說，血清白蛋白在人體內合成速率很高，平均每天肝要合成 ~110mg/kg體重（Barle H et al. 1997），而日均最低蛋白攝入量是800mg/kg體重（Protein Intake – How Much Protein Should You Eat Per Day?），相當大比例的蛋白攝入最後都會轉化為血清白蛋白，並在不同組織中被重新分解利用。因為白蛋白隨著血液不斷流通，我認為看做儲存是不妥的，實際上是一個運輸過程，並沒有聽說哪個器官組織有大量積累白蛋白的行為。

當然，集裝箱一停滯運輸，那自然就可以是儲存了。比如鳥卵中就會積累大量的白蛋白，這就是儲存了——比如常見的雞蛋蛋清，90%是水，5%是白蛋白，5%是其他各類蛋白。

綜上，食物中攝入的氨基酸，至少有三個儲存和釋放使用的步驟：

1）可以以蛋白質的形式在胃腸道儲存，在進食後緩釋氨基酸；

2）血漿中的氨基酸由細胞攝入後，各自以遊離氨基酸的形式儲存；

3）過剩的氨基酸會被降解轉化為糖、脂肪、谷氨醯胺等儲存。

三個主要步驟使得氨基酸的使用和代謝能夠實現優化。其中前兩步，可以實現必需氨基酸的儲存。

一餐只吃玉米，不會立刻因為缺乏色氨酸掛掉，反而活蹦亂跳，但是儲存是有限度的，連續5年吃玉米，就續不了了。

在人以外的一些動物中，還有一個專門的設計特殊的蛋白質用來儲存的例子：

煙草天蛾幼蟲的體內就有一種Manducin的蛋白質，專門儲存氨基酸，其中芳香性氨基酸（他們的必需氨基酸）高達20%。幼蟲一輩子都在吃，而在閉嘴化蛹之前，會把80%的蛋白質都轉化成Manducin（STEVEN J. KRAMER et al. 1979）。

幼蟲寶寶 MANDUCA SEXTA

植物雖然沒有必需氨基酸的概念，但是也有諸如大豆蛋白這樣的氨基酸儲存方式，幫助種子更好的萌發。

3. 為什麼會存在必需氨基酸？

對於這種「為什麼」的問題，如果只看生化機理，考慮最優的機制啊，更優的機制啊，基本上就是走上邪路，坐等被反例打臉的節奏了。還是要放在進化機制的大背景下去討論從哪來到哪去。

在異養生物（吃別人的消費者）中，出現必需氨基酸（營養缺陷型）是一個進化中的必然結果，除此之外，很多小分子、維生素、必需脂肪酸需要額外攝入補充也是一樣的道理。

要知道，合成一種小分子，是多麼的困難，需要辣么多的酶，也就需要辣么多的基因編碼這些酶。一個不小心，一個酶突變了，壞了，整個系統都跟著完蛋，渣渣！

給大家展示一下，大腸桿菌生產亮氨酸（我們的必需氨基酸）有多麻煩，一共需要7個酶，還不算整個系統需要的調控元件：

代謝通路來自http://EcoCyc.org

如果通過「吃」，能夠繼續獲得這些小分子，那麼還能接著走兩步續一秒，於是所有的子孫後代就都會繼承這個突變，也繼承了相應的食譜。

除了吃之外，生態上的合作也有可能繼續獲得這些小分子。比如我們的腸道微生物，可以合成維生素B12和諸多必需氨基酸。

一旦丟了一個酶，那麼巴不得把剩下的酶都趕緊丟了，不然全是累贅。把已經有的酶丟了很容易，但是把丟掉的酶在找回來就難了。

因此，雖然進化是隨機的，不同的生物的必需氨基酸的類型則不盡相同，但是在漫長的時間長河中，出現一些異養生物（吃東西的）喪失一些氨基酸合成的能力卻幾乎是必然的。像人類有8個之多的必需氨基酸，可能和我們進化層級高，積累了太多突變有關，可能和雜食性也有關，仍需要更多的證據探討。

最後，感謝 @河森堡關注這個有趣的問題。

相關閱讀：

Pellagra - Wikipedia

Glutamine - Wikipedia

Gastrointestinal protein and amino acid metabolism in growing animals (http://cdn.elsevier.com/promis_misc/639059zab24.pdf)

The protein sparing function of the gut and the quality of food protein

THE FREE AMINO ACID POOL OF CULTURED HUMAN CELLS

Intracellular free amino acid concentration in human muscle tissue.

看到有的朋友在疑惑：既然人體能夠把攝入的氨基酸合成為蛋白質，為何又說人體不能儲存氨基酸？請有此疑問的朋友思考下面三個問題：

1、儲存的定義是什麼？它與人體把攝入的氨基酸合成為蛋白質有何區別？

2、人體的狀態是一成不變的，還是隨時在變化的？

3、為什麼你吃很多食物（即便是高蛋白低脂肪食品）而不運動，只能長一身肥膘，卻不會長出一身肌肉？

參加本周四我的Live的朋友將會在Live中知曉答案（因為這涉及到增肌的基本原理，與減脂也有密切聯繫），其他人對問題感興趣但對Live內容不感興趣的可以私信我，共同討論。

知乎上有意思的問題越來越少了，好不容易遇到一個當然要回答。簡單說，人體不能儲存氨基酸，是因為兩個原因：

1、儲存氨基酸（或蛋白質），不會給人體帶來足以在自然選擇中勝出的優勢；

2、儲存氨基酸（或蛋白質），卻會給人體帶來可能被自然選擇淘汰的風險。

由於以上兩個因素，即使在漫長的生物演化史中出現過能夠儲存氨基酸（或蛋白質）的個體，也會被自然選擇所淘汰，而不能逐漸累積下來成為普遍現象。如果把氨基酸（或蛋白質）和碳水化合物（糖）、脂肪在這兩方面做個對比，就能看得更清楚一些，下面我就把儲存糖原/脂肪相對於儲存蛋白質的優勢細說一下。

先說風險，這裡要引進一個概念：食物生熱效應（thermic effect of food，縮寫為TEF），指某種營養素或某種食物在消化、吸收、轉運、代謝和儲存過程中消耗的能量。顯然，如果一種食物的生熱效應過高，則身體吃下這種食物後從中實際得到的熱量必然較少（例如有些觀點認為芹菜和葡萄柚是「負熱量」食物，就是因為身體從中獲取的熱量不足以彌補消化吸收的消耗）。這對於因熱量過剩而苦於肥胖困擾的現代人來說當然是件好事，但對於經常面臨飢餓威脅的野生動物（也包括一百年前及更早期的人類）而言，就不是什麼好消息了。

說到這你應該已經知道我要說什麼了——蛋白質的食物生熱效應是不是比碳水化合物和脂肪更高？對，而且不是高一點點，是高出許多（以下百分比系消耗量與食物本身提供熱量之比）：

碳水化合物的生熱效應：5~10%（不同文獻的數據有差異，有低至5%的，也有高達15%的）

脂肪的生熱效應：3~5%（不同文獻的數據有差異，有低至3%的，也有高達10%的）

蛋白質的生熱效應：20~30%（不同文獻的數據有差異，有低至20%的，也有高達35%的）

需要注意的是，這差異主要來源於合成階段：將脂肪轉化為甘油三酯所需的能量最少，將葡萄糖轉化為糖原所需的能量稍多，而將氨基酸轉化為蛋白質所需的能量最多。所以，即使在現代人攝入熱量和蛋白質都過剩的時候，也是將多餘氨基酸脫去氨基再轉化為脂肪儲存——直接把氨基酸以蛋白質形式儲存起來的能耗太高了，自然狀態下經常面臨飢餓威脅的野生動物和早些年的人類即便偶（bu）然（xing）通過基因突變有了這個功能，也很容易因為消耗能量太多而被一波接一波的饑荒淘汰掉。

再說好處，我在之前的Live里曾經提到過，碳水化合物作為「理想能量來源」的一個重要原因是它既能滿足高強度運動（無氧糖酵解）的需要，也能滿足中低強度（有氧氧化）運動的需要（相比之下，脂肪和蛋白質只能通過有氧氧化供能，無法為身體進行高強度運動提供所需的能量），且在進行有氧氧化時，其輸出功率要比脂肪和蛋白質的有氧氧化高出大約100%（也就是說能讓你跑得更快），這在自然界動物的生存競爭中可謂是生死攸關：

（誰跑得慢，誰就得死！不是餓死，就是被咬死！）

所以身體以糖原的形式儲存一定量的碳水化合物是非常有必要的——沒有這個機制的生物更容易因為跑不過捕食者或獵物而被淘汰。但既然如此，那為什麼身體還要儲存脂肪呢？這我在為什麼人體儲存能量以脂肪的形式為主，而不是以肌肉儲存能量呢？ - 知乎里曾經解釋過，此處再複述一遍：

1、糖原飽含羥基，儲存時是以水合物形式存在（脂肪疏水就沒這個問題），身體每儲存每一克糖原，就要相應儲存三克水。而同樣重量的糖原所含能量又不及脂肪的一半（按完全氧化釋放的能量算，每克脂肪相當於2.3克碳水化合物，如果按完全氧化後產生的ATP分子數算，則是每克脂肪相當於2.5克碳水化合物），也就是說，儲存相同的能量，脂肪帶來的體重增加只是糖原的1/9~1/10（1克脂肪對應2.3~2.5克糖原再加上6.9~7.5克水）。

2、同樣地，由於糖原儲存時以水合物形式存在，其體積也大大增加。人體每儲存一克脂肪約佔據體積1.2毫升，而每儲存一克糖原所佔據的體積將近5毫升，大約是脂肪的4倍。如前所述，由於同樣重量的脂肪所含能量是糖原的2.3~2.5倍（取決於是按釋放能量算還是生成的ATP分子數算），所以儲存相同的能量，脂肪所佔的體積也只是糖原的1/9~1/10。

這裡你可以捏捏身上的肥肉，想像一下，如果動物和人類只能以糖原形式儲存能量，那麼這些肥肉變成儲能相等的糖原後，體積和重量都要變成原來的十倍……那麼上面獵豹追擊羚羊的畫風就會變成下面這樣：

總之，完全以糖原代替脂肪來儲存能量會讓身體變得龐大沉重，行動不便，不利於在追逐獵物或是逃避捕食者中勝出，所以不把脂肪作為儲能主要形式的機制也會被自然選擇所淘汰。

（食物生熱效應在這裡也有一定作用，但相比之下不是主要因素，如前面給出的數據所示，碳水化合物和脂肪的食物生熱效應的差異遠不如蛋白質和脂肪/碳水化合物大）

綜上所述，在漫長的演化之後，自然界最終為人體選擇的儲存機制如下：

（一）多餘氨基酸只能以脂肪形式儲存，決不能以蛋白質形式儲存——儲存蛋白質既不能帶來碳水化合物高功率輸出（有利於快速跑動追擊獵物或逃避捕食者）的優勢，也不能帶來脂肪用很少能耗、體積和重量儲存大量能量（有利於度過饑荒和身體輕巧追擊獵物或逃避捕食者）的優勢，卻會因為高得多的食物生熱效應而大幅度增加能量消耗，從而更容易在饑荒時餓死。所以攝入的氨基酸在滿足了身體組織新陳代謝需求後，多餘部分只能被脫去氨基後作為燃料燒掉，或轉化為脂肪儲存。

（二）多餘碳水化合物必須以糖原形式儲存一部分，但不能太多——碳水化合物能提供高功率輸出，有利於追擊獵物或逃避捕食者，但儲存太多又會讓身體變得龐大沉重，行動不便，反而不利於追擊獵物或逃避捕食者。所以最終通過自然選擇遴選的機制是以糖原的形式少量儲存碳水化合物以備緊急之需（例如人體肝糖原儲備在不進食的情況下只能滿足一天的能量需求，之後只能靠糖異生來補充，而肌糖原也只能維持大約70~75%最大吸氧量強度下運動90~120分鐘），其餘的碳水化合物仍然要轉換為脂肪再儲存。

（三）儲存多餘能量主要靠脂肪，但不能全靠脂肪——如前所述，脂肪能夠以最低代價（食物生熱效應，佔據體積和重量）儲存最多能量，因而是身體儲存多餘能量的主要途徑（正常身材的人體內脂肪足夠連續步行20天或跑步5天）。但如果全以脂肪形式儲存能量，就無法滿足突發緊急情況下高強度運動的需要（脂肪有氧氧化的能量輸出功率只及糖有氧氧化的一半，無氧糖酵解的四分之一），不利於追擊獵物或逃避捕食者，因而仍然要以糖原形式儲存一部分能量，以備緊急情況時動用。

（人體在飢餓時會分解肝糖原來補充血糖，但不會分解肌糖原補充血糖，也是同理——肌糖原要留著緊急時刻拚命用）

以上就是人體「大量儲存脂肪，少量儲存碳水化合物，絕不儲存蛋白質」的原因所在。演化與自然選擇，以及人類社會在進入文明時代後的巨變所帶來的「生活方式和身體運作機制的不匹配」是非常有意思的話題，以後有機會我會好好講講這個的。

首先你這個「必需氨基酸」的前提必須是人或其他高等動物
因為對絕大多數生物而言——比如植物——蛋白質同樣是「非常重要」的，但顯然它們沒有「必需氨基酸」的概念
那麼答案就很簡單了
——絕大多數植物的氮源非常簡陋，基本就是銨根或硝酸根而已，因此植物必須擁有（從頭）合成全部氨基酸的能力
——而動物相比於植物，擁有「攝食」這個「特異功能」，其氮源（氨基酸）可以通過從外界攝取蛋白質來彌補，所以在正常條件下動物對合成氨基酸的要求就比植物低得多了，也就是說「沒有進化壓力」
這就好像問「為什麼動物不能光合作用」一樣，答案也是因為「沒有進化壓力」

很有趣的一個問題。

自然界有沒有儲存蛋白的呢？有

有一個叫做白色體（ Leucoplast ）的細胞器，是葉綠體的分化，主要掌管儲存，其中有一種是儲存蛋白質的。

當然，這還是有異議的，Robert Wise 認為目前給出的證據不夠。但是有沒有呢？在細胞的液泡里還是有的，特別是種子。

那麼問題來了，為什麼人類不儲存？

因為又沒必要儲存，儲存價格又貴啊！

首先看看合成蛋白的步驟：
轉錄，翻譯，摺疊，運輸

每一步都耗時耗力耗ATP。

別人植物的種子由於離體了需要大量蛋白先用著，人類哺乳動物啊。。。

懷孕時母體供能，哺乳期母體供能，接著自己就能直接吃東西了啊！

要儲存蛋白何用？

人體的進食是植物和動物——已經包括了所有必需的氨基酸種類，剩下的氨基酸都能較容易地變構合成。

在這種情況下還浪費能量去自己儲存而不是進食應該都因浪費過多被拋棄了。

Wise, Robert (2007). "1". The Diversity of Plastid Form and Function (PDF). Springer.

知乎上有個說法：先說是不是，再說為什麼；科學的思維不僅基於邏輯，更首先基於客觀事實。

人體貯存氨基酸主要有兩個層面：腸道滯留和內源性營養源（清蛋白）

（1）腸道滯留：

吃進去的蛋白質，是先在消化道內被消化（digestion）為小分子（氨基酸、二肽或三肽），再經歷小腸細胞的吸收（absorption）後，被送入肝門靜脈系統，最後進入血液。

圖1、小腸對蛋白質的吸收：蛋白質經過消化液的消化後，產物是氨基酸、二肽、三肽，吸收主要發生在小腸，小腸上皮對這些產物的吸收是主動運輸或協同運輸的。（圖片摘自：Principles of ANATOMY PHYSIOLOGY）

小腸是代謝非常旺盛的器官，小腸黏膜（intestinal mucosa）上皮細胞可通過攝食時合成蛋白質及在非攝食時分解蛋白質，使氨基酸緩釋進入門靜脈，也就是說小腸黏膜上皮細胞某種程度上是蛋白質消化和吸收的緩衝器。

After a meal there is a net accumulation of protein in the gut, whereas in the postabsorptive state a net loss of protein takes place. The hypothesis is that net retention of amino acids as protein in the gut serves to 「buffer」 a bolus meal containing protein.

基於縮膽囊素的生理學層面機制和小腸粘膜緩衝蛋白質吸收的細胞學層面機制，兩種共同構成了氨基酸的腸道滯留（gut retention）

圖2、氨基酸的腸道滯留（摘自：Ten Have G A, Engelen M P, Luiking Y C, et al. Absorption kinetics of amino acids, peptides, and intact proteins.[J]. International Journal of Sport Nutrition Exercise Metabolism, 2007, 17 Suppl(1):S23-36. ）

（2）內源性營養源（清蛋白）

血液流入肝臟，會合成一些血漿蛋白質，其中以清蛋白（Alb）最多，佔到血漿總蛋白的57%～68%，每升血漿高達35～50克，是人體氨基酸的內源性營養源；在血漿中的半壽期高達為15～19天，達到了「儲存蛋白質」的要求。

此外，從調控上來說，清蛋白儲存氨基酸與糖原儲存葡萄糖有很多相似之處：當我們進食之後胰島素受到刺激分泌，胰島素作用於靶器官肝臟和肌肉，通過翻譯後修飾糖原合酶，使肝糖原和肌糖原加倍速率合成，儲備進來的葡萄糖；而飢餓時，胰高血糖素又作用於肝臟，通過修飾糖原合酶減小糖原合成速度，更多讓糖原分解維持血糖。同樣地，進食後清蛋白的合成速率也加倍（Caso G, Feiner J I, Bryan L, et al. Response of albumin synthesis to oral nutrients in young and elderly subjects.[J]. American Journal of Clinical Nutrition, 2007, 85(2):446-451.），吸納新進來的氨基酸；而在進食蛋白缺失時，肝臟又在mRNA水平上減少清蛋白的合成速率（Pain V M, Clemens M J, Garlick P J. The effect of dietary protein deficiency on albumin synthesis and on the concentration of active albumin messenger ribonucleic acid in rat liver.[M]// Dictionary of artificial intelligence and robotics /. Wiley, 1978:129-35.），清蛋白分解為氨基酸。因此，在事實上，清蛋白確實起到了儲存氨基酸的功能。

清蛋白的其他功能： ① 可維持著血液膠體滲透壓； ② 清蛋白也作為血液的酸鹼緩衝物質； ③ 作為一些水溶性差的小分子物質（如類固醇激素、膽紅素等）的載體……

如果祖父母一輩經歷過三年自然災害，自然知道那時有很多人浮腫成大胖子，這就是因為營養不良，攝入的蛋白質不夠，肝臟不能合成足夠的清蛋白，而清蛋白維持著膠體滲透壓，可以把一處滲透壓理解為該處抓水的能力，清蛋白缺乏致使血液抓水能力下降，水進入滲透壓相對較高的組織間液和細胞內，導致浮腫。

三種宏觀營養素都可以儲存，在此做個歸納總結：

① 、糖類的儲存：吃進去的碳水化合物在腸道中分解成小分子單糖進入血液增加血糖，過多的血糖以肝糖原和肌糖原的形式存起來；當血糖濃度下降或應急時，肝糖原可分解補充血糖；肌肉在運動的時候，直接分解肌糖原。

②、脂肪的儲存：吃進去的脂肪在腸道中分解，在小腸內膜重新合成甘油三酯並裝配到乳糜微粒（CM），這叫脂代謝的外源途徑，CM主要的命運是在毛細血管內皮脂蛋白脂酶（LPL）切割成遊離脂肪酸（FFA）， LPL有多種同工酶，肌肉組織血管內皮與脂肪組織血管內皮上的LPL分布不同，當進食後人體胰島素分泌增加時，脂肪組織血管內皮上的LPL被激活，CM中甘油三酯被切割下FFA，脂肪組織中的FFA濃度增加，後者進入脂肪細胞合成甘油三酯。此外，吃進去的碳水化合物也可以在肝臟中合成甘油三酯並裝配到極低密度脂蛋白（VLDL），這叫脂代謝的內源途徑，VLDL以類似的方式把甘油三酯運進脂肪組織儲存。

③、蛋白質的儲存：吃進去的蛋白質在腸道中分解，在小腸內合成蛋白質（即腸道滯留作用），過多的氨基酸可以合成清蛋白等血漿蛋白質（也就是上述機制的綜述）；實在用不完，就進入氨基酸分解途徑，按照生酮氨基酸和生糖氨基酸的區別，脫去氨基後分別分解成脂肪的前體和葡萄糖的前體，最後生成脂肪和葡萄糖。

蛋白質儲存對於健身的應用層面：

本文問題由一位健身愛好者提出，關注者們也有大量健身人群，本人主要業餘愛好也是健身，然而大多答案主要在理論方面討論，鮮有答案提到與健身的關係。事實上，本人半年多前就曾寫過一篇文章，講到了腸道滯留蛋白質與健身蛋白質攝入之間的關係，有興趣的讀者可以移步：為什麼推薦每頓吃30克蛋白質？ - 知乎專欄

點評一下這個問題下的若干答案：

最高贊答案答主 @kmlover 雖然在健身方面是很多人的導師，但在生物化學方面畢竟不是專業，受到了書上概念先入為主的影響；在行文結構上，更像是糖代謝、脂代謝和蛋白質代謝的大雜燴大綜述，主線並不在蛋白質代謝上，太多籠統的概念，部分論點也缺乏相應的文獻支持。

而 @郭昊天則是詳細講到了各個儲存形式，文獻支持也相對充足；最後作為升華，也從進化角度分析了各種代謝策略，比較典型的「先說是不是再說為什麼」的知乎行文風格，而且每段都緊扣蛋白質代謝的主題，個人認為他的回答是此問題的標準答案。

因此，書本上說的東西不一定都是全面的：生化書上說活性維生素D3屬於維生素而不歸為激素，但後來研究發現認為其又能在體內合成又有靶器官，普遍認為它就是一種激素了；同樣，很多營養學書上都說蛋白質不能被儲存，但實際上人體確實有自己的辦法儲存，不能片面照著書上的說法。

還有個爭議的地方，在於我提出的清蛋白作為儲存氨基酸的形式，其實清蛋白作為氨基酸內源性營養源的概念，也是從書上看來的；個人認為清蛋白儲存氨基酸是有很大優勢的：首先清蛋白的量非常大，可以隨著血液到處流轉（隨取隨用），半壽期長又使其可作為長期供應來源，飲食後還可以由肝臟合成補充；總的來說，符合了儲存器的定義和條件。

從大達爾文主義角度來考慮，基本上能說的上面回答都說了，即存在即合理，是適應環境的相對最優解。換句話說，就是不存會更好的節省空間時間和降低生物複雜度，提高生存幾率。

從單純的生物化學角度來說，儲存氨基酸以及發展合成所有氨基酸的能力確實太麻煩了。你可以觀察不能合成的氨基酸的結構，大概就是一些環狀的和多分枝的aa（氨基酸）不能合成，要想合成這些aa，需要一套完整的酶系，一個專門的場所，然而這些aa用量未必就很大，尤其是那些合成苯環之類的機制，除了合成aa還有什麼用嗎？好像用處不多。但現存的可以合成非必需aa的機制（其實就是個碳骨架的剪切和轉氨基反應）可以說有很多其他用途。因此發展這種機制完全得不償失。相比較來說，發展一下不同氨基酸之間的轉換還是可以的，畢竟食物中攝取的aa種類構成比和人體所需完全不吻合，如果能取長補短的話還是很有意義的，這種轉化的機制每次吃東西都能用到，划算！

再說說儲存。就我對這個問題的認識來看，一個成年不發育的人類，其實不太需要儲存aa，你要知道純素食主義者蛋白質一樣相當充足，完全夠一個沒生病的成年人消耗，搞搞創傷修復蛋白合成什麼的。因此只要能量吃的足，aa自然就足了，反過來卻不存在氨基酸吃夠了，能量卻不夠這樣的問題，生物都是精打細算的，不會儲存常常能得到的東西。你要是問如果食物不足沒有必須aa怎麼辦？我只能說估計你aa缺乏的癥狀還沒出現的時候你已經因為沒能量餓死了。那麼有沒有反例？有啊，你要是特別偏食，那確實有可能能量足足的，某種aa不夠…

相反的，我還可以舉出一個儲存蛋白的例子，甲狀腺大量儲存甲狀腺球蛋白，其實其本質是儲存甲狀腺素，或者說儲存碘，因為碘確實在野外不是每天都能吃到…你看只要有必要，其實蛋白質也是可以想辦法存起來的對嗎……

葡萄糖是聚合成一串形成糖原來儲存，脂肪酸是和甘油形成甘油三酯來儲存，那氨基酸為什麼不能靠形成肽和蛋白質來儲存呢？

可實際上，別說儲存「甲纈賴異苯亮色蘇「，就連蛋白質都不能儲存呢。不僅不能儲存，還存在氮平衡。

好奇怪哈。

一、啥是負氮平衡

我們知道，蛋白質是由C、H、O、N、S等，其中，N（氮元素）通常被用來表徵蛋白質的含量，一般蛋白質的平均含氮量為16%。人體蛋白質的吸收和代謝可以用氮平衡來表示，氮平衡值得是蛋白質攝取量與排出量的對比關係，常用以下公式表示：

氮平衡=I-（U+F+S）

式中，I為攝入氮，U為尿素氮，F為糞便氮，S為皮膚及其他排出的氮。

在特定的時間，比如24小時，機體攝入的氮的數量與排出的氮數量相等，這就是氮平衡，指正常的成人。

對於正在生長發育的嬰幼兒和青少年、孕婦等，為了滿足新增組織細胞形態的形成，有一部分蛋白質將在體內儲存，及攝入的蛋白質大於排出的，這種情況成為正氮平衡；反之，身體在飢餓、消耗性疾病等狀態下，排出量超過攝入量，則稱負氮平衡。

測定證明，成人膳食中完全不含蛋白質時，一般每公斤體重每天從尿液、糞便、汗水等途徑丟失的氮為54毫克，也就是說舉例，一個體重65kg的男性，1天總共損失65*54=3.510g氮，按蛋白質平均含氮量16% 計算，則相當於丟失了22g蛋白質。

實際上，成年人進食22g蛋白質根本不能維持氮平衡，因為食物蛋白質組成與人體蛋白質組成不可能完全相同，加上消化率的影響，實驗研究表明，成人每日需進食45g以上蛋白質才能不讓機體蛋白質的分解損失。

負氮平衡一般發生在飢餓、疾病和老年時。

二、那問題就來了。為啥每天都要吃啊，蛋白質（氮）就不能像脂肪和糖原一樣儲存在體內嗎？

真的不能。

複習下高中生物，人體合成蛋白質的過程可以分為轉錄-翻譯-翻譯後修飾三個步驟。首先在細胞核中，RNA聚合酶會以DNA的模板鏈為模板合成信使RNA（mRNA）。經過修飾的mRNA離開細胞核進入細胞質，攜帶有不同氨基酸的轉運RNA（tRNA）在核糖體的幫助下以mRNA為模板開始肽鏈的合成（tRNA上的3個鹼基對形成一個反密碼子，決定一個氨基酸）。最後合成的肽鏈還要經過化學修飾，形成最終有特定功能的蛋白質。

這中間有兩個問題，首先就是蛋白質合成太費勁了（不信問問練肌肉的同學），上面這一長串過程不知道要耗費多少能量，根本不划算，就像傳說中日本人把中國東北的煤挖回去埋在海里一樣荒唐。

其次，蛋白質都是有功能的，不是負責運送氧氣的血紅蛋白，就是負責打仗的免疫蛋白，沒有一種蛋白質專門用作儲存，這樣一來不管哪一種蛋白質過多都會打破體內的穩態。

所以蛋白質幾乎不能儲存（餓得實在不行，肌肉也還是可以拿來分解供能的）。

氨基酸呢？首先以單個氨基酸儲存效率太低，如果以多肽和蛋白質形式儲存，又得浪費轉錄翻譯的能量；且很多氨基酸還是信號因子，比如血液循環中半胱氨酸偏高會導致很多疾病（記不太清了）。還有些氨基酸與胰島素分泌也有關。

所以儲存氨基酸比較費勁。

就像一座工廠，沒有系統維護和備用件，機器還能運行一段時間，沒有能源就得立刻停工。如果工廠倉庫空間和管理有限，儲存能源物質比較重要。

外包節省成本

你應該反過來想想，人體內20種氨基酸，其中11種-12種（因人而異）已經能夠通過其餘8-9種實現自主生產了。

如果設計一套儲存氨基酸的機制，必然會增加能量的消耗，那麼脂肪的存儲機制就還需要加強，而總重量增加以後，組成強大的肌肉就需要更多的氨基酸、行動需要消耗更大的能量。……什麼倒霉玩意兒？

這種問題想想就蛋疼，所以還不如感慨，「造物主」才是世界上最偉大的設計師：人有兩件寶，雙手和大腦，雙手會做工，大腦會思考。

氧氣這麼重要，為什麼人體不能自己供氧呢

按你邏輯，駱駝最好。所有的節肢動物早就該滅絕了。生物進化的推動力和目的是適應環境、生存繁衍。儲存營養只是其中某個再小不過的因素。

出自CM
犯罪心理

並非剛需，不具備這種能力又不會致命，也不會影響生兒育女，這種性狀自然不會被淘汰。

從進化的角度的分析（不是很喜歡進化這個詞，適應或者演化好一點）
這種功能是不必要的，不關鍵的，並不能影響生存率
所以說不定有些人類是有的，而大部分人是沒有的

有啊。肌肉不就是蛋白質的存儲器。。

而必需氨基酸的意思不是說人無法存儲它，而是指自身無法合成

其實這個問題挺複雜，屬於生物學營養學範疇，但簡單解釋一下吧，其實體內都有轉氨酶，一些糖分解的中間產物可以通過轉氨酶來形成氨基酸。

有三種可能
1.因為吃多了懶得造一一用進廢退
2.有補充途徑，又剛好丟了八次卻倖存下來
3.補充的便宜，丟了八次的幹掉丟了七次的

感謝各位，我沒表達清楚，重點是一次吃多的蛋白分解的必須氨基酸為什麼不儲存起來，防止以後攝入不足的時候參與機體修復和細胞更替之類，發揮其不可代替的功能，而不是作為能量氧化浪費掉。是為了保持競爭力防止被淘汰嗎？

這個問題換一種問法，為什麼水很重要，卻不能一次喝一噸呢

聽說過蛋白質中毒這一說么，豆腐不能多吃，吃多了就會中毒，好的東西不一定是越多越好，物極必反