课件：化学与健康糖.ppt

化学与社会 3.化学与健康-糖类,主讲：化学化工学院 2012年09月,化学与健康-糖类,一个人健康的必要条件是其所需分子以所需数量在所需的时间存在于身体所需的部位。 -莱纳斯.波林 1954年诺贝尔化学奖， 1962年诺贝尔和平奖获得者。 世界卫生组织给予健康的定 义是：“一个人只有在躯体健 康、心理健康、社会适应良 好和道德健康四个方面健全， 才是健康的人。”,糖 类,躯体健康：一般指人体生理上的健康，要求能抵抗一般性感冒和传染病等。国民的营养状况是衡量一个国家经济和科学文化发达程度的标志。 近代营养学是在生理学和生物化学的基础上逐渐形成的，它是一门综合性的学科。既研究人体的新陈代谢，又研究食物的营养成分和食品卫生；既研究现有食物资源的合理利用，又研究开发新的食物资源；既研究从初生儿到老年人不同年龄阶段人的营养要求，又研究各类病人的营养；既研究各种职业人群（重体力劳动、轻体力劳动、脑力劳动等）的营养，又研究各种地理环境（严寒地区、酷热地区、高海拔地区等）人群的营养。总之，营养学研究不同人的不同营养需求，以便使儿童发育健壮、聪明，使成年人精力充沛，使老年人健康长寿。营养学是以新陈代谢为基础的生物化学。 营养素就是食物的组分，主要包含糖类、脂肪、蛋白质、维生素、无机盐和水等六类物质。人从食物中摄取这些营养素。,人体的六大营养素与功用,人体的六大营养素 碳水化合物（糖类） Cx(H2O)y 脂类 维生素 无机盐 蛋白质 水,对人体的功用 能源物质： 碳水化合物-糖类 人体结构： 蛋白质、 脂类 调节生理功能： 维生素、无机盐,购买保健品时留意成分,人体化学成分的大致比例,核酸，7% （遗传物质） 碳水化合物（糖类）Cx(H2O)y，3% 脂类，2% 维生素，很少 无机盐，1% 蛋白质，15% 水，70% 木乃伊体重 的一半为蛋白质,糖类的营养与生理功能,糖类-包括葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉、纤维素等，它们是人体重要的能源和碳源。其实糖类物质是含多羟基的醛类或酮类化合物。 糖分解时释放能量，供生命活动的需要，糖代谢的中间产物又可以转变成其他的含碳化合物如氨基酸、脂肪酸、核苷等。 糖的磷酸衍生物可以生成DNA，RNA，ATP 等重要的生物活性物质。 植物光合作用产生的糖类是动物的重要营养来源，因为动物体自身没有产生这些糖类的机能。,葡萄糖： 甘露糖,人体能量转化,膦酸腺苷 APPP ： ATP APP ： ADP adenosine triphosphate (ATP三磷酸腺苷) adenosine diphosphate(ADP二磷酸腺苷) Pi-水解下来 的游离的磷酸 ATP-手中的钱 糖类-口袋中的钱 脂肪-银行中的钱,ATP,生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心,ATP,三磷酸腺苷(ATP)是以次黄嘌呤核苷酸为底物，经生物发酵的技术制得的高能化合物，三磷酸腺苷是体内组织细胞一切生命活动所需能量的直接来源，被誉为细胞内能量的“分子货币”，储存和传递化学能，蛋白质、脂肪、糖和核苷酸的合成都需它参与，可促使机体各种细胞的修复和再生，增强细胞代谢活性，对治疗各种疾病均有较强的针对性。 人体中ATP的总量只有大约0.1摩尔。人体细胞每天的能量需要水解200-300摩尔的ATP，这意味着每个ATP分子每天要被重复利用2000-3000次。ATP不能被储存，因为ATP的合成后必须在短时间内被消耗.,ATP,（一）高能磷酸键与高能磷酸化合物 高能磷酸键 水解时释放的能量大于21 kJ/mol的磷酸酯键。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物,淀粉是食物的重要组成部分，咀嚼米饭等时感到有些甜味，这是因为唾液中的淀粉酶将淀粉水解成了单糖。食物进入胃肠后，还能被胰脏分泌出来的淀粉酶水解，形成的葡萄糖被小肠壁吸收，成为人体组织的营养。 胰脏(pancreas)：一个大而细长的葡萄串状的腺体，横于胃后，居脾脏和十二指肠之间；其右端(胰头)较大、朝下，左端(胰尾)是横着的，尾部靠着脾，是人体一个重要的脏器。 胰的外分泌液或胰液经胰管输入十二指肠，其中含有各种消化酶。,碳水化合物的营养和生理功能,供给能量（人体所需能量的60%由糖氧化分解提供） C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) + 能量 构成机体组织： 血液中血糖（0.85-1mg/ml), 肝脏中肝糖，肌肉中肌糖，体粘液糖蛋白， 脑神经中糖脂，人体细胞核中核糖。 保肝解毒作用 控制脂肪和蛋白质代谢,从分子水平到功能,葡萄糖：医院里静脉注射 水果糖：消遣 饼干：充饥 巧克力糖：消遣&补充能量 米、面粉：人类的主食 青草：牛、马、羊的主食,单 糖 和 多 糖,单糖: 是最简单的，不能再被水分解的碳水化合物。如：葡萄糖，果糖。 果糖 二糖: 水解时生成两分子单糖的化合物叫二糖。蔗糖,麦芽糖,乳糖 低聚糖: 水解时生成2-10分子单糖的化合物叫低聚糖。 多糖：水解时生成单糖分子在10以上化合物叫多糖。 聚合程度越高，越难水解。 如：纤维素、半纤维素,血糖-血液中的葡萄糖,高血糖 空腹血糖高于7.2-7.6mmol/L 葡萄糖在肾小管不能全部吸收，从尿中排 出，形成糖尿。 见于胰岛素功能障碍所致的糖尿病。,低血糖 空腹血糖低于3.9-3.3mmol/L 影响脑功能，出现头晕、 心悸、出冷汗、倦怠无力等症状。 见于饥饿或不能进食患者，胰岛功能障碍，肝疾患和内分泌功能异常。,糖尿病,健康人 胰腺中的胰岛素控制血糖的水平，食物消化后（1）血糖上升(2)，胰腺释放胰岛素（3）消耗和储存葡萄糖（4 肝和肌肉），导致葡萄糖水平下降（5），使得胰腺减少胰岛素的释放（6）。,糖尿病人 糖尿病人不能生产足够的胰岛素（B)，血液（C) 和尿液中(E)葡萄糖含量高，身体靠分解脂肪产生能量并产生酮酸， 严重时导致中毒。 突然消瘦,中文名称：胰岛素 英文名称：insulin 定义：胰腺朗格汉斯小岛所分泌的蛋白质激素。由A、B链组成，共含51个氨基酸残基。能增强细胞对葡萄糖的摄取利用，对蛋白质及脂质代谢有促进合成的作用。,胰岛素,胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。 作用： 1、调节糖代谢：胰岛素能促进全身组织对葡萄糖的摄取和利用，并抑制糖原的分解和糖原异生，因此，胰岛素有降低血糖的作用。胰岛素分泌过多时，血糖下降迅速，脑组织受影响最大，可出现惊厥、昏迷，甚至引起胰岛素休克。相反，胰岛素分泌不足或胰岛素受体缺乏常导致血糖升高；若超过肾糖阈，则糖从尿中排出，引起糖尿；同时由于血液成份中改变(含有过量的葡萄糖), 亦导致高血压、冠心病和视网膜血管病等病变。胰岛素降血糖是多方面作用的结果： （）促进肌肉、脂肪组织等处的靶细胞细胞膜载体将血液中的葡萄糖转运入细胞。 （）通过共价修饰增强磷酸二酯酶活性、降低cAMP水平、升高cGMP浓度，从而使糖原合成酶活性增加、磷酸化酶活性降低，加速糖原合成、抑制糖原分解。 （）通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶激活，加速丙酮酸氧化为乙酰辅酶A，加快糖的有氧氧化。 （）通过抑制PEP羧激酶的合成以及减少糖异生的原料，抑制糖异生。 （）抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，减缓脂肪动员，使组织利用葡萄糖增加。,胰岛素,2、调节脂肪代谢：胰岛素能促进脂肪的合成与贮存，使血中游离脂肪酸减少，同时抑制脂肪的分解氧化。胰岛素缺乏可造成脂肪代谢紊乱，脂肪贮存减少，分解加强，血脂升高，久之可引起动脉硬化，进而导致心脑血管的严重疾患；与此同时，由于脂肪分解加强，生成大量酮体，出现酮症酸中毒。 3、调节蛋白质代谢：胰岛素一方面促进细胞对氨基酸的摄取和蛋白质的合成，一方面抑制蛋白质的分解，因而有利于生长。腺垂体生长激素的促蛋白质合成作用，必须有胰岛素的存在才能表现出来。因此，对于生长来说，胰岛素也是不可缺少的激素之一。 其它功能：胰岛素可促进钾离子和镁离子穿过细胞膜进入细胞内；可促进脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)及三磷酸腺苷(ATP)的合成。,单糖：葡萄糖的结构,葡萄糖：最简单的单糖，分子式C6H12O6,绿色：碳原子 红色：OH基团 白色：氢原子,葡萄糖和其镜像- 类似左手与右手的关系（手性）,葡萄糖的环状结构,-葡萄糖,-葡萄糖,葡萄糖的结构模型,-葡萄糖,正电子发射断层照相(positron emission tomography PET),脑的活动区域由葡萄糖提供“燃料”， 放射性标记的葡萄糖分子输入患者的血液， 累积到脑部，环状的传感器围着患者的头部检测 r射线，计算机处理信号，给出图象，显示出脑的哪一部分使用更多的燃料。 原理：葡萄糖分子被放射性氟原子标记， 当氟原子衰变时，放射出正电子，正电子与电子相遇发出 r射线。,人脑工作时葡萄糖的分布,人脑工作时葡萄糖的分布,二糖,常见的二糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖和纤维二糖 蔗糖水解为一分子葡萄糖和一分子果糖,甘蔗中含蔗糖16-26%，甜菜中含蔗糖12-15%。 乳糖水解时生成一分子葡萄糖和一分子半乳糖，牛奶变酸是由于其中的所含的乳糖变成了乳酸。 麦芽糖（饴糖的主要组分）用无机酸水解时生成两分子葡萄糖。两糖靠-O-键（醚键）连接。 纤维二糖用无机酸水解时生成两分子葡萄糖。两糖靠-O-键（醚键）连接。,甘蔗、甜菜与蔗糖,为什么有人喝牛奶会肠胃不适？ 分子结构不同性能不同, 分子的分解, 酶与分子协同作用,乳糖 两个糖分子靠 -O- 键连接,麦芽糖 两个糖分子靠 -O- 键连接,蔗糖 两个糖分子靠 -O- 键连接,酶的选择性与分子结构有关,高度的结构选择性：锁和钥匙的关系 maltose麦芽糖 glucose 葡萄糖,麦芽糖 葡萄糖,Lactose in milk 胃疼或腹泻?,Lactose(乳糖), a kind of sugar found only in milk, gives milk its sweet taste. Making up about 5 percent of milks content, lactose is a carbohydrate that is broken down by the body to supply energy. Infants digest lactose easily, but many adults, especially those of Asian and African ancestry, have lost some of their ability to digest this sugar. When these adults drink milk, they often suffer gastric distress and diarrhea（胃疼或腹泻）.,乳糖与分解,纤维素和淀粉-多糖的代表,纤维素是自然界中分布最广的多糖，木材含纤维素50%左右，亚麻约含纤维素80%，棉花是近于纯粹的纤维素。每个纤维素分子是最少含有1500个葡萄糖结构单位。 淀粉存在于植物的根及种子中，米中含量为 62-82%，麦子含57-75%，马铃薯中含12-14%。 淀粉进入人体后，一部分淀粉收唾液所和淀粉酶的催化作用，发生水解反应，生成麦芽糖；余下的淀粉在小肠里胰脏分泌出的淀粉酶的作用下，继续进行水解，生成麦芽糖。麦芽糖在肠液中麦芽糖酶的催化下，水解为人体可吸收的葡萄糖，供人体组织的营养需要。,人为什么不能以草为主食？,淀粉结构片段,纤维素结构片段,人为何不能靠吃草过活？,1草和粮食成分不同：草的主成分是纤维素，粮食的主成分是淀粉，前者为聚-葡萄糖，后者为聚-葡萄糖，二者在结构上虽然差别甚微，只是第一个碳原子上的羟基排列不同，但性质和功能截然不同。“失之毫厘，差之千里” 2人的消化液中所含的酶只能使淀粉水解成人体能吸收的葡萄糖，却不能使纤维素水解。 3牛羊的消化系统里寄生了某些微生物，可以分泌使纤维素水解的酶，这种酶可使纤维素迅速水解成葡萄糖。 4目前正研究从木霉菌中提取纤维素酶，以将纤维素转化为葡萄糖，这样就可将纤维素制成饲料和食品。 5农业和林业的下脚料中木质纤维素甚多，它们包含木质素、纤维素和半纤维素。木质素不能被生物催化降解， 而且还干扰纤维素的发酵，因此解决木质素的广泛利用问题，将有助于纤维素的转化研究。,B型血能转换成O型(万能血源)？,人们很早以前就有这样的期盼，如果血库里全是O 型血该多好，这样病人再遇上危急情况，无须验血 就可直接输入这种万能的救命血了。众所周知，人 的血型共分O、A、B、AB四种, 血型是由红细胞表面的糖分子结构决定的。 O型血糖分子结构链为：葡萄糖半乳糖N-乙酰半乳糖胺半乳糖岩藻糖 B型血糖分子结构链为：葡萄糖半乳糖N-乙酰半乳糖胺半乳糖岩藻糖半乳糖,B型血能转换成O型(万能血源)？,中国军事医学科学院的科学家经过多年的探索和研究从海南咖啡豆里提取到一种酶2半乳糖苷酶，它可以 把B型血“枝杈”剪掉转变成O型血，但是，咖啡豆中的2半乳糖酶却少得可怜，从50磅的咖啡豆中提取的酶， 只能完成200毫升B型血变O型血的转化。科学家又想出了新主意，他们把从咖啡豆中提取的酶的基因，转移到一种叫毕赤的酵母里，这种酶就会大量繁殖，复制出无数个把B型血裁成O型血的“剪子”这样就可以把 大量的B型血变成O型血了。 “酶转移技术”,毛细管电泳仪 -细胞内糖、聚糖、 糖蛋白的分离与检测,人造甜味剂,No-calorie sugar substitutes provide options for enjoying the sweet life 无热量，是不能消化糖和节食者的糖的替代品。 Of the five sweeteners currently approved as food additives by most national health agencies(卫生机构), saccharin and aspartame (糖精,天冬氨酰苯丙氨酸甲酯) have the longest history on the market and have received perhaps the most attention in the health and safety debate.,糖精（saccharin）,比蔗糖甜300倍 ，如果含量超过0.02% ，有苦味。不吸收 化学名称：邻苯甲酰磺酰亚胺 经验式: C7H4NNaO3S a Hopkins researcher accidentally spilled lab material on his hand, then noticed an unaccountable sweet taste while eating dinner that night. “科学的发现往往来自偶然”,天冬氨酰苯丙氨酸甲酯 (aspartame),天冬氨酰苯丙氨酸甲酯(一种约比蔗糖甜200倍的甜味剂) a chemist at G. D. Searle was researching treatments for gastric ulcers(胃溃疡） in 1965 when he accidentally spilled aspartylphenylalanine methyl ester, simply called aspartame, on his hands. When he licked his fingers to pick up some paper, he noticed they tasted sweet.,天冬氨酰苯丙氨酸甲酯 （ aspartame）,Aspartame is synthesized from spartic acid and phenylalanine苯基丙氨酸. The body breaks down aspartame into these amino acids along with a small amount of methanol（甲醇）. Methanol is metabolized to formaldehyde（甲醛，防腐剂）and formic acid（甲酸). Formaldehyde is classified by the World Health Organization as a probab