第一章 化學(xué)與健康-1

社會Chem與化學(xué)工程學(xué)院第一章化學(xué)與健康

第一節(jié)人體中的化學(xué)化學(xué)工程學(xué)院殷長龍2015年3月本節(jié)主要內(nèi)容一、糖二、脂類三、蛋白質(zhì)四、維生素人體的六大營養(yǎng)素是什么？糖尿病是怎么回事？為什么有人喝牛奶會腸胃不適？人為何不能靠吃草生活？人造甜味劑，如何發(fā)現(xiàn)的？煤氣中毒是怎么回事？貧血病吃什么食物？吃高粱為什么不易消化？維生素分為哪幾類？各有何特點？一、糖類一個人健康的必要條件是其所需分子以所需數(shù)量在所需的時間存在于身體所需的部位。-----萊納斯.波林1954年諾貝爾化學(xué)獎，1962年諾貝爾和平獎獲得者。人體的六大營養(yǎng)素與功用人體的六大營養(yǎng)素碳水化合物（糖類）

[Cx(H2O)y]脂類維生素無機鹽蛋白質(zhì)水對人體的功用能源物質(zhì)：碳水化合物－糖類人體結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)、脂類調(diào)節(jié)生理功能：維生素、無機鹽人體化學(xué)成分的大致比例核酸，7% （遺傳物質(zhì)）碳水化合物（糖類）[Cx(H2O)y]，3%脂類，2%維生素，很少無機鹽，1%蛋白質(zhì)，15%水，70%木乃伊體重的一半為蛋白質(zhì)碳水化合物的營養(yǎng)和生理功能供給能量（人體所需能量的60%由糖氧化分解提供）

C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)+能量構(gòu)成機體組織：

血液中血糖（0.85-1mg/ml),肝臟中肝糖,肌肉中肌糖，體粘液糖蛋白，腦神經(jīng)中糖脂，人體細胞核中核糖。保肝解毒作用控制脂肪和蛋白質(zhì)代謝單糖和多糖單糖:

是最簡單的，不能再被水分解的碳水化合物。二糖:

水解時生成兩分子單糖的化合物叫二糖。低聚糖:

水解時生成2-10分子單糖的化合物叫低聚糖。多糖：水解時生成單糖分子在10以上化合物叫多糖。聚合程度越高，越難水解。如：纖維素、半纖維素糖尿病

健康人胰腺中的胰島素控制血糖的水平，食物消化后（1）血糖上升(2)，胰腺釋放胰島素（3）消耗和儲存葡萄糖（4肝和肌肉），導(dǎo)致葡萄糖水平下降（5），使得胰腺減少胰島素的釋放（6）。糖尿病糖尿病人不能生產(chǎn)足夠的胰島素（B)，血液（C)和尿液中(E)葡萄糖含量高，身體靠分解脂肪產(chǎn)生能量并產(chǎn)生酮酸，嚴重時導(dǎo)致中毒。單糖：葡萄糖的結(jié)構(gòu)葡萄糖：最簡單的單糖，分子式C6H12O6綠色：碳原子紅色：OH基團白色：氫原子正電子發(fā)射斷層照相（positronemissiontomographyPET)腦的活動區(qū)域由葡萄糖提供“燃料”，放射性標記的葡萄糖分子輸入患者的血液，累積到腦部，環(huán)狀的傳感器圍著患者的頭部檢測r射線，計算機處理信號，給出圖象，顯示出腦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標記，當氟原子衰變時，放射出正電子，正電子與電子相遇發(fā)出r射線。人腦工作時葡萄糖的分布人腦工作時葡萄糖的分布二糖常見的二糖有蔗糖、乳糖、麥芽糖和纖維二糖蔗糖水解為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%。乳糖水解時生成一分子葡萄糖和一分子半乳糖，牛奶變酸是由于其中的所含的乳糖變成了乳酸。麥芽糖（飴糖的主要組分）用無機酸水解時生成兩分子葡萄糖。兩糖靠-O-鍵（醚鍵）連接。纖維二糖用無機酸水解時生成兩分子葡萄糖。兩糖靠-O-鍵（醚鍵）連接。甘蔗、甜菜與蔗糖

為什么有人喝牛奶會腸胃不適？

分子結(jié)構(gòu)不同性能不同,分子的分解,酶與分子協(xié)同作用乳糖兩糖分子靠

-O-鍵連接麥芽糖兩糖分子靠

-O-鍵連接酶的選擇性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)高度的結(jié)構(gòu)選擇性：鎖和鑰匙的關(guān)系麥芽糖分解成葡萄糖模型Lactose(乳糖)inmilk胃疼或腹瀉?Lactose,akindofsugarfoundonlyinmilk,givesmilkitssweettaste.Makingupabout5percentofmilk’scontent,lactoseisacarbohydratethatisbrokendownbythebodytosupplyenergy.Infantsdigestlactoseeasily,butmanyadults,especiallythoseofAsianandAfricanancestry,havelostsomeoftheirabilitytodigestthissugar.Whentheseadultsdrinkmilk,theyoftensuffergastricdistressanddiarrhea（胃疼或腹瀉）.纖維素和淀粉－多糖的代表物纖維素是自然界中分布最廣的多糖，木材含纖維素50%左右，亞麻約含纖維素80%，棉花是近于純粹的纖維素。每個纖維素分子是最少含有1500個葡萄糖結(jié)構(gòu)單位。淀粉存在于植物的根及種子中，米中含量為62-82%，麥子含57-75%，馬鈴薯中含12-14%。淀粉水解時生成葡萄糖，用酶水解得到麥芽糖。淀粉由直鏈部分（10-20%）和支鏈部分（80-90%）構(gòu)成。直鏈部分含有1000個以上的葡萄糖，每20-25個直鏈葡萄糖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分枝。人為什么不能以草為主食？淀粉結(jié)構(gòu)片段αβ纖維素結(jié)構(gòu)片段人為何不能靠吃草過活？1．草和糧食成分不同：草的主成分是纖維素，糧食的主成分是淀粉，前者為聚β-葡萄糖，后者為聚α-葡萄糖，二者在結(jié)構(gòu)上雖然差別甚微，只是第一個碳原子上的羥基排列不同，但性質(zhì)和功能截然不同?！笆е晾?，差之千里”2．人的消化液中所含的酶只能使淀粉水解成人體能吸收的葡萄糖，卻不能使纖維素水解。人為何不能靠吃草過活？3．牛羊的消化系統(tǒng)里寄生了某些微生物，可以分泌使纖維素水解的酶，這種酶可使纖維素迅速水解成葡萄糖。

農(nóng)業(yè)和林業(yè)的下腳料中木質(zhì)纖維素甚多，它們包含木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。木質(zhì)素不能被生物催化降解，而且還干擾纖維素的發(fā)酵，因此解決木質(zhì)素的廣泛利用問題，將有助于纖維素的轉(zhuǎn)化研究。人造甜味劑，如何發(fā)現(xiàn)的？No-caloriesugarsubstitutesprovideoptionsforenjoyingthesweetlife無熱量，是不能消化糖和節(jié)食者的糖的替代品。Ofthefivesweetenerscurrentlyapprovedasfoodadditivesbymostnationalhealthagencies,saccharinandaspartame(糖精,天冬氨酰苯丙氨酸甲酯)havethelongesthistoryonthemarketandhavereceivedperhapsthemostattentioninthehealthandsafetydebate.糖精（saccharin）比蔗糖甜300倍，如果含量超過0.02%，有苦味。經(jīng)驗式:C7H4NNaO3SaHopkinsresearcheraccidentallyspilledlabmaterialonhishand,thennoticedanunaccountablesweettastewhileeatingdinnerthatnight.“科學(xué)的發(fā)現(xiàn)往往來自偶然”天冬氨酰苯丙氨酸甲酯（aspartame）天冬氨酰苯丙氨酸甲酯(一種約比蔗糖甜200倍的甜味劑)(阿斯巴甜)

achemistatG.D.Searlewasresearchingtreatmentsforgastriculcers(胃潰瘍）in1965whenheaccidentallyspilledaspartylphenylalaninemethylester,simplycalledaspartame,onhishands.Whenhelickedhisfingerstopickupsomepaper,henoticedtheytastedsweet.二、蛋白質(zhì)▲蛋白質(zhì)（protein）是一種生物大分子；▲組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸；▲氨基酸通過脫水縮合形成肽鏈，每一條多肽鏈有二十~數(shù)百個氨基酸殘基不等；▲一條或多條多肽鏈組成蛋白質(zhì)，20多種氨基酸殘基按一定的順序排列；▲非常復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)。▲蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。▲人體中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質(zhì)參與。蛋白質(zhì)占人體重量的16.3%。▲人體內(nèi)有1000多種蛋白質(zhì)，性質(zhì)、功能各異，但都是由20多種氨基酸按不同比例組合而成的，并在體內(nèi)不斷進行代謝與更新?！匦璋被幔?種人體不能或不足以自身合成的氨基酸，必需通過食物攝??；其余：非必需氨基酸－可以自身合成。蛋白質(zhì)的生理功能1、構(gòu)造人的身體：蛋白質(zhì)是肌體細胞的重要組成部分。2、修補人體組織：人體細胞生命的最小單位，它們處于永不停息的衰老、死亡、新生的新陳代謝過程中。3、維持肌體正常的新陳代謝和各類物質(zhì)在體內(nèi)的輸送。4、白蛋白：維持機體內(nèi)的滲透壓的平衡及體液酸堿平衡。5、免疫細胞和免疫蛋白：構(gòu)筑和維持人體免疫系統(tǒng)。6、構(gòu)成人體必需的催化和調(diào)節(jié)功能的各種酶。7、人體激素的主要原料。8、構(gòu)成神經(jīng)遞物質(zhì)乙酰膽堿、五羥色氨等。9、提供熱能。蛋白質(zhì)與血液病血液的組成紅細胞的載氧功能血管中的血紅細胞血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能?

生理功能是運輸氧和二氧化碳?

由四條多肽鏈（兩條鏈，兩條鏈）共574個氨基酸單元構(gòu)成. 每條鏈含141個氨基酸單元，每條鏈含146個氨基酸單元.

血紅蛋白(hemoglobin，Hb)每個紅細胞內(nèi)約含2.8億個血紅蛋

白分子,分子量約為66700。

?

一種含鐵的結(jié)合蛋白質(zhì)，由珠蛋白肽鏈結(jié)合4分子血紅素而成，是人和其他脊椎動物的紅細胞的主要成分。紅細胞輸送氧與二氧化碳的功能主要是通過血紅蛋白來完成，舊稱血色素。? 中國成年男性血紅蛋白正常值為12～16g/dl(120～160g/L)，女性為11～15g/dl(110～150g/L)。新生兒為17～20g/dl(170～200g/L),出生后逐漸降低。

血紅蛋白(hemoglobin，Hb)劇毒氰化鉀

KCN?Afewmilligramsofthesubstanceandofrelatedcyanidescanberapidlyfatal（致命）tohumans,actingbyblocking（阻止）theabilityofcellstouseoxygen.結(jié)合氧與脫氧血紅蛋白?血紅蛋白也能與一氧化碳(CO)結(jié)合成一氧化碳血紅蛋白(HbCO)，由于CO與血紅素中的Fe結(jié)合,使血紅蛋白失去了攜帶氧的能力。煤氣中毒就是由于煤炭燃燒不完全而產(chǎn)生CO,被人體吸入后形成HbCO的結(jié)果。CO與血紅蛋白的親和力較氧氣約大210倍,只要空氣中CO的含量達到千分之一左右，即可使血液中50％的血紅蛋白成為HbCO，造成缺氧狀態(tài)，甚至致死。煤氣中毒與血紅蛋白貧血病的治療?貧血：人體血液中血紅蛋白的含量低于正常值?缺鐵性貧血的藥物，硫酸亞鐵富含鐵的食物：豬肝、蛤蜊、海帶、黑木耳、魚、雞、牛肉、蛋、紫菜、菠菜、芝麻、紅棗、山藥、豆類等，不妨多吃一點。此外，在吃含鐵食物的同時，也要多吃富含維生C的水果及蔬菜，這樣更有助于鐵質(zhì)的吸收和利用。高粱不易消化的部分原因

高粱所含的蛋白質(zhì)等于或超過其他谷物，但高粱的許多營養(yǎng)成分卻不易被人體吸收。

高粱粒里的每個蛋白質(zhì)體都被一層結(jié)實的蛋白質(zhì)壁所包圍。胃液里的酶需要突破這層壁才能吸收里面的蛋白質(zhì)，因此所需的時間要長于消化玉米等其他谷物。蛋白質(zhì)化學(xué)舉例－豆腐的制作▲豆制品－優(yōu)質(zhì)植物蛋白▲豆腐：蛋白質(zhì)10~15%，水82~88%▲原料：黃豆、水凝固劑：石膏、鹽鹵、葡萄糖酸內(nèi)酯▲過程：泡豆、打漿、過濾、煮豆?jié){、點鹵、壓制豆腐制作的物理-化學(xué)過程▲煮豆?jié){：通過加熱煮沸（95~105C)4~6min使蛋白質(zhì)變性（煮熟），便于蛋白質(zhì)的凝固。豆腐可以“生吃”－已經(jīng)是熟的；進一步的烹制只是為了提高口感。豆腐制作的物理-化學(xué)過程▲點鹵：攪拌中向豆?jié){中緩緩加入適量鹵水（石膏水、葡萄糖酸內(nèi)酯）使蛋白絮凝，形成蛋白質(zhì)絮狀物（豆花、豆腐腦）。靜止30min使蛋白質(zhì)充分絮凝形成蛋白質(zhì)凝膠絮狀物。點鹵量決定豆腐的軟和硬（嫩和老）。豆腐制作的物理-化學(xué)過程▲壓制：將豆花倒入鋪有濾布、漏水的容器中，用濾布包好豆花，用適當重量的重物壓制，使豆花進一步脫水形成豆腐（蛋白質(zhì)凝膠）。壓制過程有輕到重，時間短則豆腐嫩，時間長豆腐老。脂類的營養(yǎng)和生理功能?

供給和儲存熱量C17H35COOH(s)+26O2(g)=18CO2(g)+18H2O(l)+熱量(比糖和蛋白質(zhì)大一倍多）?

構(gòu)成機體組織：磷脂、糖脂、膽固醇

?

維持體溫、保護臟器

?

促進脂溶維生素的吸收?

供給必需脂肪酸、調(diào)節(jié)生理功能

?

提高食品的飽腹感和美味三、脂類脂類是脂肪和類脂的總稱。脂肪主要是由一分子甘油和三分子脂肪酸甘形成的甘油三脂。飽和脂肪酸（固體）脂肪--豬油、牛油、黃油。不飽和脂肪酸（液體）脂肪--菜油、花生油、豆油等。類脂包括磷脂、糖脂、膽固醇和脂蛋白。CH2OHCHOHCH2OH脂肪酸,R-COOH飽和脂肪酸

-CH2-CH2-?碳鏈為12、14、16、

18的碳酸?16碳脂肪酸為軟脂酸? 18碳脂肪酸為硬脂酸不飽和脂肪酸(有雙鍵）-CH1=CH1-為18碳酸? 單不飽和--18：1油酸? 雙不飽和--18：2亞油酸? 三不飽和--18：3亞麻酸橄欖油，最好的食用油?營養(yǎng)學(xué)家認為，橄欖既是蔬菜，也是水果,營養(yǎng)價值很高。據(jù)分析，橄欖果實中含水分67%、油脂23%、蛋白質(zhì)5%、鈣、鐵、磷等礦物1%、維生素A、B、D、E、K，以及膠角鯊烯、多酚等。其中維生素E和多酚是強抗氧化劑。橄欖油既是果汁又是油，含近90%的不飽和脂肪酸，即油酸和亞油酸。其中，油酸的含量為80%，是植物油中含此單不飽和脂肪酸最高的。水、液、奶、乳、霜

的主要區(qū)別是什么？水、液、奶、乳、霜的主要區(qū)別在于含油量的不同。一般來說，水的含油量最低，例如保濕柔膚水，油相成份的含量不到3%；液、奶、乳的含油量依次遞增，霜的含油量最高，例如保濕嫩膚霜，油相成份高達20%以上。四、維生素?

天然食物中的一種成分，不能供給能量。?

維持機體正常生長生育和生理功能所必需的。?

體內(nèi)合成的量不足需要，必需由食物提供。?

過多和過少都于身體不利。Vitaminsenhancethebody'suseofcarbohydrates,proteins,andfats.Theyarecriticalintheformationofbloodcells,hormones（激素）,nervoussystemchemicalsknownasneurotransmitters（神經(jīng)傳遞素）,andthegeneticmaterialdeoxyribonucleicacid(DNA).Vitamins

維生素? Fat-solublevitamins,whichincludevitaminsA,D,E,andK,areusuallyabsorbedwiththehelpoffoodsthatcontainfat.? Water-solublevitamins,whichincludevitaminsC(alsoknownasascorbicacid),B1(thiamine),B2(riboflavin),B3(niacin),B6,B12,andfolicacidtwogroups vitamins? FolicacidisaBvitamin.Itisusedinourbodiestomakenewcells.Ifawomanhasenoughfolicacidinherbodybeforesheispregnant,itcanhelppreventmajorbirthdefectsofherbaby’sbrainandspine(脊骨）.ThesebirthdefectsarecalledneuraltubedefectsorNTDs.WomenneedtotakefolicacideverydaystartingbeforetheyarepregnanttohelppreventNTDs.WhyFolicAcidisSoImportant維生素的分類脂溶性維生素fatsoluble? VA? VD? VE? VK水溶性維生素watersoluble? VB1? VB2? VB6? VB11? VB12? VC? VH及VPPFatcontainingthesevitaminsisbrokendownbybile(膽汁),aliquidreleasedbytheliver,andthebodythenabsorbsthebreakdownproductsandvitamins.Excessamountsoffat-solublevitaminsarestoredinthebody‘sfat,liver,andkidneys.Becausethesevitaminscanbestoredinthebody,theydonotneedtobeconsumedeverydaytomeetthebody’sneeds不用每天吃.fat-soluble vitaminsWater-solublevitamins,whichincludevitaminsC(alsoknownasascorbicacid),B1(thiamine),B2(riboflavin),B3(niacin),B6,B12,andfolicacid,cannotbestoredandrapidlyleavethebodyinurineiftakeningreaterquantitiesthanthebodycanuse.Foodsthatcontainwater-solublevitaminsneedtobeeatendaily（每天吃）

toreplenishthebody'sneeds.Water-soluble vitamins維生素A1和A2?促進生長發(fā)育?參與視覺作用，治療夜盲癥A１視黃醇，咸水魚肝臟A２脫氫視黃醇，淡水魚肝臟老年癍-光敏感皮膚胡蘿卜素在人體腸壁內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A.維生素D缺乏造成骨骼變形維生素D的唯一比較豐富的來源是魚的肝和內(nèi)臟.人體中維生素D原經(jīng)紫外線作用后轉(zhuǎn)化為維生素D3維生素E（生育酚）有抗氧化作用，有抗衰老效果,植物油中含量豐富。

Antioxidant,vitaminEAsanantioxidant,vitaminEmayalsoprotectfromheartdiseaseandcataractandmaystrengthentheimmunesystem（防止心臟病，白內(nèi)障，增強免疫）.GoodsourcesofvitaminEincludewheatgermoilandsunflowerseeds（葵花子）.維生素B1

?谷物的果皮中含量高

?嚴重缺乏會得腳氣病維生素B2

?缺乏時發(fā)生皮炎、

爛嘴角維生素B6缺乏時會導(dǎo)致頭痛、失眠吡多胺吡多醇吡多酸維生素C--抗壞血酸

?嚴重缺乏引起壞血病

?可預(yù)防感冒和癌癥

?人體從蔬菜和水果獲得Get VcAscorbicacidoccurs naturallyinmanyfruitsandvegetables,particularlyintomatoes（西紅柿）,citrus （柑橘類）fruits,cantaloupe,broccoli, spinach（菠菜）,greenpeppers,cabbage,andpotatoes（土豆）.Thevitaminis easilydestroy