化学与健康糖1.ppt

化学与社会3 化学与健康 糖类 主讲 化学化工学院赵瑞玉2010年3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 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 人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 人体能量转化 膦酸腺苷A P P P ATPA P P ADPadenosinetriphosphate ATP三磷酸腺苷 adenosinediphosphate 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 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21KJ 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 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and补充能量青草 马 牛 羊的主食米 面粉 人类的主食 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 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 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 葡萄糖的空间椅式构型 葡萄糖 葡萄糖的结构模型 葡萄糖 正电子发射断层照相 positronemissiontomographyPET 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 Lactoseinmilk胃疼或腹泻 Lactose 乳糖 akindofsugarfoundonlyinmilk givesmilkitssweettaste Makingupabout5percentofmilk scontent lactoseisacarbohydratethatisbrokendownbythebodytosupplyenergy Infantsdigestlactoseeasily butmanyadults especiallythoseofAsianandAfricanancestry havelostsomeoftheirabilitytodigestthissugar Whentheseadultsdrinkmilk theyoftensuffergastricdistressanddiarrhea 胃疼或腹泻 乳糖与分解 纤维素和淀粉 多糖的代表物 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 淀粉水解时生成葡萄糖 用酶水解得到麦芽糖 淀粉由直链部分 10 20 和支链部分 80 90 构成 直链部分含有1000个以上的葡萄糖 每20 25个直链葡萄糖结构产生分枝 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 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 枝链淀粉片段 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 caloriesugarsubstitutesprovideoptionsforenjoyingthesweetlife无热量 是不能消化糖和节食者的糖的替代品 Ofthefivesweetenerscurrentlyapprovedasfoodadditivesbymostnationalhealthagencies 卫生机构 saccharinandaspartame 糖精 天冬氨酰苯丙氨酸甲酯 havethelongesthistoryonthemarketandhavereceivedperhapsthemostattentioninthehealthandsafetydebate 糖精 saccharin 比蔗糖甜300倍 如果含量超过0 02 有苦味 经验式 C7H4NNaO3SaHopkinsresearcheraccidentallyspilledlabmaterialonhishand thennoticedanunaccountablesweettastewhileeatingdinnerthatnight 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 achemistatG D Searlewasresearchingtreatmentsforgastriculcers 胃溃疡 in1965whenheaccidentallyspilledaspartylphenylalaninemethylester simplycalledaspartame onhishands Whenhelickedhisfingerstopickupsomepaper henoticedtheytastedsweet 天冬氨酰苯丙氨酸甲酯 aspartame Aspartameissynthesizedfromasparticacidandphenylalanine苯基丙氨酸 Thebodybreaksdownaspartameintotheseaminoacidsalongwithasmallamountofmethanol 甲醇 Methanolismetabolizedtoformaldehyde 甲醛 防腐剂 andformicacid 甲酸 FormaldehydeisclassifiedbytheWorldHealthOrganizationasaprobablehumancarcinogen 致癌 andisthemajorsourceofcontroversy 论战 overaspartame ssafety 天冬氨酰苯丙氨酸甲酯不宜的人 peoplewiththeraregeneticdisorderphenylket