食品生物化學1馬俊鋒吉林大學生命科學學院

食品生物化學馬俊鋒吉林大學生命科學學院概念

生物化學是用化學的原理和方法，從分子水平來研究生物體的化學組成，及其在體內的代謝轉變規(guī)律從而闡明生命現(xiàn)象本質的一門科學。生物體的化學組成自然界所有的生命物體都由三類物質組成：水、無機離子和生物分子生命體的元素組成在地球上存在的92種天然元素中，只有28種元素在生物體內被發(fā)現(xiàn)第一類元素：包括C、H、O和N四種元素，是組成生命體最基本的元素。這四種元素約占了生物體總質量的99%以上。第二類元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。這類元素也是組成生命體的基本元素。第三類元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物體內存在的主要少量元素。第四類元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。生物分子生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結構基礎和功能基礎，是生物化學研究的基本對象。生物分子的主要類型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白質等生物大分子維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等。七大營養(yǎng)要素：水、無機鹽、糖、脂、蛋白質、維生素、氧生物化學的發(fā)展簡史1780-1789Lavoisier（法）研究“生物體內的燃燒”，指出此類“燃燒”耗氧并排出二氧化碳。后人稱他是生物化學之父。1830-1842Liebig（德）將食物分為糖、脂、蛋白質類，提出“代謝”一詞，證明動物體溫形成是食物在體內“燃燒”的緣故。最先寫出兩本生物化學相關專著。1890－1902Fischer（德）首次證明了蛋白質是多肽；發(fā)現(xiàn)酶的專一性，提出并驗證了酶催化作用的“鎖-匙”學說；合成了糖及嘌呤。1902年獲諾貝爾獎。1937年

Krebs（英）發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)，1953年獲諾貝爾獎。漢斯·克雷勃斯（HansA.Krebs）李納斯·鮑林（Linus

Pauling）1949Pauling（美）指出鐮刀形紅細胞性貧血是一種分子病，并于1951年提出蛋白質存在二級結構。1954年獲諾貝爾獎詹姆斯·沃森（JamesD.Watson）1953年Watson（美）與Crick（英）提出DNA分子的雙螺旋結構模型，1962年共獲諾貝爾獎。弗朗西斯·克里克（FrancisH.Crick）1969-1972,Arber(瑞士),Smith(美)與Nathans(美)在核酸限制酶的分離與應用方面做出突出貢獻,1978年共獲諾貝爾獎。1972Berg（美）在基因工程基礎研究方面作出了杰出成果，獲1980年諾貝爾獎。1973Cohen等（美）用核酸限制性內切酶EcoR1，首次基因重組成功。HamiltonO.SmithDanielNathans

WernerArber

PaulBergHerbertBoyerStanleyCohen2001Venter（美）等報道完成了人類基因組草圖測序。生物化學主要是應用化學的理論和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學本質。生物化學的基本內容包括：發(fā)現(xiàn)和闡明構成生命物體的分子基礎生物分子的化學組成、結構和性質；生物分子的結構、功能與生命現(xiàn)象的關系；生物分子在生物機體中的相互作用及其變化規(guī)律。內容生物大分子的結構與功能：蛋白質、核酸化學、酶、維生素與微量元素物質代謝：糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝，生物氧化、代謝調節(jié)遺傳信息的傳遞規(guī)律：DNA復制、RNA轉錄、蛋白質生物合成、基因表達調控、基因工程、基因組學器官生化（重要組織器官的代謝特點）:肝膽、血液、結締組織骨牙、感覺系統(tǒng)化學、神經(jīng)系統(tǒng)化學專題：細胞信息傳遞、細胞生長調控與腫瘤、生物信息學第一章：糖的化學概念：糖類物質是含有多羥基的醛類或酮類化合物及其縮聚物和衍生物的總稱。分類與命名（按糖的聚合度分）單糖（Monosaccharides）

：不能被水解成更小分子的糖類，也稱為簡單糖，3C—7C（丙糖——庚糖），常見的是5C和6C糖，核糖，葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖。

寡糖（Oligosaccharides）：水解時生成幾個單糖（2—10個），有用的是雙（二）糖（蔗糖、麥牙糖、乳糖）多糖（Polysaccharides）

：水解時產生20個以上單糖分子的糖類，包括：同多糖（由一種單糖或其衍生物構成，如淀粉、糖原）

雜多糖（由一種以上單糖或其衍生物構成如，半纖維素、透明質酸）。

復合糖（Combinesaccharides

）：糖蛋白和糖脂

糖衍生物（Sugarderivatives

）：糖胺、糖酸和糖酯

單糖的構型單糖的鏈狀結構單糖構型的命名含n個手性C的化合物的旋光異構體的數(shù)目=2n（個），對映體的數(shù)目=2n/2（對）

離羰基碳最遠的那個手性C的構型作為醛糖分子的構型。單糖的環(huán)狀結構α和β異頭物（anomers,a&b）異頭C（anomericC1）

a(OHbelowthering)

b(OHabovethering).吡喃糖和呋喃糖：

Haworth式（透視式）

單糖的構象（configuration）

——船式（boat）和椅式（chair）。Chairform單糖的理化性質

1.物理性質：旋光性：旋光性，變旋現(xiàn)象甜度：溶解度：

2.化學性質

:（一）醛基的反應：

（二）羥基的反應：

（三）其它反應：

寡糖

寡糖：初生寡糖次生寡糖一．結構與性質：1．參與組成的單糖單位

2．參與成糖苷鍵的C原子的位置

3．參與成糖苷鍵的每一異頭碳（1位）羥基的構型（異頭定向）4．單糖單位的次序（非同一種單糖殘基）5．寡糖的命名

糖苷鍵（GlycosidicBonds）

R-OH+HO-R'R-O-R'+H2O麥芽糖（Maltose）纖維二糖（Cellobiose）常見二糖（Disaccharides）蔗糖（Sucrose）乳糖（Lactose）第三節(jié)多糖

（Polysaccharides）分類：（1）

根據(jù)生物來源不同：植物多糖、動物多糖、微生物多糖；（2）

根據(jù)單糖組成不同：同多糖、雜多糖；

（3）根據(jù)生物功能不同：貯存（貯能）多糖、結構多糖、細胞專一的識別信號；

同多糖（均一多糖）：

1.淀粉：直鏈淀粉：

支鏈淀粉：

2.糖原（動物淀粉）：

3.

纖維素：

二．雜多糖（不均一多糖）

Amylose（直鏈淀粉）

isaglucosepolymerwitha(14)linkages.Itadoptsahelicalconformation.TheendofthepolysaccharidewithananomericC1notinvolvedinaglycosidicbondiscalledthereducingend.Amylopectin

（支鏈淀粉）

isaglucosepolymerwithmainlya(14)linkages,butitalsohasbranchesformedbya(16)linkages.Branchesaregenerallylongerthanshownabove.Thebranchesproduceacompactstructure&providemultiplechainendsatwhichenzymaticcleavagecanoccur.Glycogen,theglucosestoragepolymerinanimals,issimilarinstructuretoamylopectin.Butglycogenhasmorea(16)branches.Thehighlybranchedstructurepermitsrapidreleaseofglucosefromglycogenstores,e.g.,inmuscleduringexercise.Theabilitytorapidlymobilizeglucoseismoreessentialtoanimalsthantoplants.Cellulose,amajorconstituentofplantcellwalls,consistsoflonglinearchainsofglucosewithβ(1-4)linkages.Everyotherglucoseisflippedover,duetotheβlinkages.Thispromotesintra-chainandinter-chainH-bondsandvander

Waalsinteractions,thatcausecellulosechainstobestraight&rigid,andpackwithacrystallinearrangementinthickbundlescalledmicrofibrils.結構及性質直鏈淀粉支鏈淀粉糖原纖維素主要分布植物植物人及動物植物功能能源及碳源（長期貯備）能源及碳源（短期貯備）能源及碳源（短期貯備）細胞壁的結構多糖溶解性少量地溶于熱水易溶于水，形成穩(wěn)定的膠體易溶于水不溶于水及多種其它溶劑

分子量（Da）平均分子量為1×105—2×106（600—12000個葡萄糖殘基）平均分子量為1×106—6×106（6000—37000個葡萄糖殘基）平均分子量為3×106——15×106，無堿分離法得到的糖原分子量可達100×106平均分子量為1—2×106單糖單位葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖二糖單位麥芽糖麥芽糖麥芽糖纖維二糖

糖苷鍵α—1,4糖苷鍵連接成的線形分子高度分支，約每25—30個單位有1個分支點，線形鏈部分是α—1,4糖苷鍵，分支點處是α—1,6糖苷鍵連接高度分支，平均每8—12個殘基發(fā)生一次分支，與支鏈淀粉很相似，線形，殘基間通過β（1,4）糖苷鍵相連與I2作用的顏色

深藍色

紫色到紫紅色

紅紫色至紅褐色

不作用

二級結構左手螺旋，每圈含6個單糖殘基有分支的螺旋結構有分支的螺旋結構微晶（膠束）→微纖維crystalline第二章脂類化學概論（Overview)

一．定義：

脂質

(lipid,脂類或類脂

)：是一類低溶于水、高溶于非極性溶劑的生物有機分子。

化學本質——脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。

脂肪酸——多是4碳以上的長鏈一元酸。

醇——甘油(丙三醇)、鞘氨醇、高級一元醇和固醇。

元素組成——主要是碳、氫、氧

,有些尚含氮、磷及硫。

脂肪又稱三酯酰甘油或甘油三脂類脂磷脂糖脂異戊二烯酯甾醇萜類甘油磷脂鞘氨醇磷脂卵磷脂腦磷脂二.脂類的分類(1)單純脂--是脂肪酸和醇類所形成的酯，其中典型的為甘油三酯。(2)復合脂--除醇類、脂肪酸外還含有其它物質，如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。(3)其它脂--為一類不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜類、前列腺素類和甾類化合物等。單純脂

復合脂

磷酸甘油脂，又稱甘油磷脂，是最具有代表性的復合脂，廣泛存在于動物、植物和微生物。磷酸甘油脂是細胞膜結構重要的組分之一，在動物的腦、心、腎、肝、骨髓、卵以及植物的種子和果實中含量較為豐富。最簡單的磷酸甘油脂結構如圖:貯藏物質/能量物質

脂肪是機體內代謝燃料的貯存形式，它在體內氧化可釋放大量能量以供機體利用。脂肪組織儲存脂肪,約占體重10～20%.1g脂肪在體內徹底氧化供能約38KJ，而1g糖徹底氧化僅供能16.7KJ。

合理飲食脂肪氧化供能占15～25%

空腹脂肪氧化供能占50%以上禁食1～3天脂肪氧化供能占85%

飽食、少動脂肪堆積，發(fā)胖三.脂類的功能提供給機體必需脂成分（1）必需脂肪酸亞油酸18碳脂肪酸，含兩個不飽和鍵；亞麻酸18碳脂肪酸，含三個不飽和鍵；花生四烯酸20碳脂肪酸，含四個不飽和鍵；（2）生物活性物質:激素、膽固醇、維生素等。生物體結構物質（1）作為細胞膜的主要成分幾乎細胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜結構的基本組成成分。（2）保護作用脂肪組織較為柔軟，存在于各重要的器官組織之間，使器官之間減少摩擦，對器官起保護作用。用作藥物卵磷脂、腦磷脂可用于肝病、神經(jīng)衰弱及動脈粥樣硬化的治療等。脂肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸結合而成的酯。脂肪酸飽和脂肪酸：軟脂酸（16C）、硬脂酸（18C）不飽和脂肪酸含1個雙鍵（油酸）含2個雙鍵（亞油酸）含3個雙鍵（亞麻酸）含4個雙鍵（花生四烯酸）三脂酰甘油的結構1－軟脂酰－2,3－二油酰甘油

當3個脂肪酸都是同一種脂肪酸時，稱為簡單三脂酰甘油，當3個脂肪酸至少有一個不同時，稱為混合三脂酰甘油。三脂酰甘油（三酰甘油）（甘油三酯）某些天然存在的脂肪酸通俗名系統(tǒng)名簡寫符號熔點月桂酸n-十二酸12:044.2軟脂酸n-十六酸16:063.1花生酸n-二十酸20:076.5棕櫚油酸十六碳-9-烯酸（順）16:1Δ9C-0.5-0.5鱈油酸二十碳-9-烯酸（順）20:1Δ9C23-23.5亞油酸十八碳-9,12-二烯酸（順，順）18:2Δ9C,12C-5α-亞麻酸十八碳-9,12,15-三烯酸（全順）18:3Δ9C,12C,15C-11花生四烯酸二十碳-5,8,11,14-四烯酸（全順）20:4Δ5C,8C,11C,14C-49EPA二十碳-5,8,11,14,17-五烯酸（全順）-54--53DHA二十二碳-4,7,10,13,16,19-六烯酸（全順）-45.5–-44.1甘油三酯（三酰甘油）1．分類：簡單三酰甘油：三個脂肪酸相同?；旌先８视停喝齻€脂肪酸任何2個不相同或3個各不相同。大多數(shù)天然油脂都是簡單甘油三酯和混合甘油三酯的復雜混合物。

2．構型和命名：

3．物理性質：（1）顏色和氣味：無色、無味的稠性液體或蠟狀固體（2）溶解度和密度：密度都〈1g/cm3，不溶于水，略溶于低級醇，易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等。（3）熔點（混合物）：不飽和數(shù)↑熔點↓液態(tài)鏈長↑熔點↑固態(tài)（4）光學活性：具有光學活性。

4.化學性質：

（1）皂化：

（2）水解第三節(jié)

磷

脂

磷脂——甘油磷脂

+鞘磷脂；是生物膜的主要成分，其中，甘油磷脂是第一大類膜脂。

甘油磷脂（磷酸甘油酯）：組成：甘油2個脂肪酸磷脂酸（甘油磷脂的母體）磷酸

X（極性醇，如：膽堿，乙醇胺，Ser，肌醇，甘油等）極性頭+非極性尾

Phosphatidate(磷酯酸)Inphosphatidate:fattyacidsareesterifiedtohydroxylsonC1&C2theC3hydroxylisesterifiedtoPi.PhosphatidicAcidistheparentphospholipidInmostglycerophospholipids(phosphoglycerides),

PiisinturnesterifiedtoOHofapolar

headgroup(X):serine,choline,ethanolamine,glycerol,orinositol.

The2fattyacidstendtobenon-identical.Theymaydifferinlengthand/orthepresence/absenceofdoublebonds.(甘油磷脂）Phosphatidylcholine（磷脂酰膽堿）,withcholineaspolarheadgroup,isanexampleofaglycerophospholipid.Itisacommonmembranelipid.Phosphatidylinositol（磷脂酰肌醇）,withinositolaspolarheadgroup,isanotherglycerophospholipid.Inadditiontobeingamembranelipid,phosphatidylinositolhasrolesincellsignaling.Eachglycerophospholipidincludesapolarregion:

glycerol,carbonyloffattyacids,Pi,&thepolarheadgroup(X)2non-polarhydrocarbontailsoffattyacids(R1,R2).Suchanamphipathiclipidmayberepresentedasatright.鞘氨醇磷脂類（鞘磷脂，Sphingolipids

）：鞘氨醇（骨架）組成：脂肪酸神經(jīng)酰胺（鞘磷脂類的母體）磷酸

X(神經(jīng)酰胺)(鞘氨醇)(鞘磷脂）（鞘磷