第一章化學與健康

第一章化學與健康第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第一章化學與健康

第一節(jié)人體中的化學化學工程學院殷長龍2015年3月第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一本節(jié)主要內(nèi)容一、糖二、脂類三、蛋白質四、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？第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一一、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年諾貝爾化學獎，1962年諾貝爾和平獎獲得者。第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一人體的六大營養(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水對人體的功用能源物質：碳水化合物－糖類人體結構：蛋白質、脂類調節(jié)生理功能：維生素、無機鹽第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一人體化學成分的大致比例核酸，7% （遺傳物質）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，15%水，70%木乃伊體重的一半為蛋白質第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一碳水化合物的營養(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代謝第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一單糖和多糖單糖:

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、半纖維素第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一糖尿病

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，嚴重時導致中毒。第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一單糖：葡萄糖的結構葡萄糖：最簡單的單糖，分子式C6H12O6綠色：碳原子紅色：OH基團白色：氫原子第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一正電子發(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。第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一人腦工作時葡萄糖的分布第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一人腦工作時葡萄糖的分布第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一二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。第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一甘蔗、甜菜與蔗糖

第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一為什么有人喝牛奶會腸胃不適？

分子結構不同性能不同,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-鍵連接第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一酶的選擇性與分子結構有關高度的結構選擇性：鎖和鑰匙的關系麥芽糖分解成葡萄糖模型第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一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）.第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一纖維素和淀粉－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個葡萄糖結構單位。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個直鏈葡萄糖結構產(chǎn)生分枝。第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一人為什么不能以草為主食？淀粉結構片段αβ纖維素結構片段第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一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，二者在結構上雖然差別甚微，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。第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一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)的下腳料中木質纖維素甚多，它們包含木質素、纖維素和半纖維素。木質素不能被生物催化降解，而且還干擾纖維素的發(fā)酵，因此解決木質素的廣泛利用問題，將有助于纖維素的轉化研究。第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一人造甜味劑，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.第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一糖精（saccharin）比蔗糖甜300倍，如果含量超過0.02%，有苦味。經(jīng)驗式:C7H4NNaO3SaHopkinsresearcheraccidentallyspilledlabmaterialonhishand,thennoticedanunaccountablesweettastewhileeatingdinnerthatnight.“科學的發(fā)現(xiàn)往往來自偶然”第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一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.第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一二、蛋白質▲蛋白質（protein）是一種生物大分子；▲組成蛋白質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，20多種氨基酸殘基按一定的順序排列；▲非常復雜的三維立體結構。第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一▲蛋白質是生命的物質基礎，沒有蛋白質就沒有生命?！梭w中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質參與。蛋白質占人體重量的16.3%。▲人體內(nèi)有1000多種蛋白質，性質、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。第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質的生理功能1、構造人的身體：蛋白質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：構筑和維持人體免疫系統(tǒng)。6、構成人體必需的催化和調節(jié)功能的各種酶。7、人體激素的主要原料。8、構成神經(jīng)遞物質乙酰膽堿、五羥色氨等。9、提供熱能。第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質與血液病第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一血液的組成第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一紅細胞的載氧功能第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一血管中的血紅細胞第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一血紅蛋白的結構和功能?

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個氨基酸單元構成. 每條鏈含141個氨基酸單元，每條鏈含146個氨基酸單元.

第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一血紅蛋白(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。

第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

?

一種含鐵的結合蛋白質，由珠蛋白肽鏈結合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)第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一劇毒氰化鉀

KCN?Afewmilligramsofthesubstanceandofrelatedcyanidescanberapidlyfatal（致命）tohumans,actingbyblocking（阻止）theabilityofcellstouseoxygen.結合氧與脫氧血紅蛋白第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一?血紅蛋白也能與一氧化碳(CO)結合成一氧化碳血紅蛋白(HbCO)，由于CO與血紅素中的Fe結合,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第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一貧血病的治療?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，這樣更有助于鐵質的吸收和利用。第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一高粱不易消化的部分原因

高粱所含的蛋白質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體都被一層結實的蛋白質壁所包圍。胃液里的酶需要突破這層壁才能吸收里面的蛋白質，因此所需的時間要長于消化玉米等其他谷物。第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質化學舉例－豆腐的制作▲豆制品－優(yōu)質植物蛋白▲豆腐：蛋白質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、壓制第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一豆腐制作的物理-化學過程▲煮豆?jié){：通過加熱煮沸（95~105C)4~6min使蛋白質變性（煮熟），便于蛋白質的凝固。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。第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一豆腐制作的物理-化學過程▲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，形成蛋白質絮狀物（豆花、豆腐腦）。靜止30min使蛋白質充分絮凝形成蛋白質凝膠絮狀物。點鹵量決定豆腐的軟和硬（嫩和老）。第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一豆腐制作的物理-化學過程▲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（蛋白質凝膠）。壓制過程有輕到重，時間短則豆腐嫩，時間長豆腐老。第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一脂類的營養(yǎng)和生理功能?

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

構成機體組織：磷脂、糖脂、膽固醇

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維持體溫、保護臟器

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促進脂溶維生素的吸收?

供給必需脂肪酸、調節(jié)生理功能

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提高食品的飽腹感和美味三、脂類第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一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第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一脂肪酸,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亞麻酸第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一橄欖油，最好的食用油?營養(yǎng)學家認為，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。第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一水、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。第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一四、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。第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一Vitaminsenhancethebody'suseofcarbohydrates,proteins,andfats.Theyarecriticalintheformationofbloodcells,hormones（激素）,nervoussystemchemicalsknownasneurotransmitters（神經(jīng)傳遞素）,andthegeneticmaterialdeoxyribonucleicacid(DNA).Vitamins

維生素第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一? Fat-solublevitamins,whichincludevitaminsA,D,E,andK,areusuallyabsorbedwiththehelpoffoodsthatcontainfat.? Water-solublevitamins,whichincludevitaminsC(alsoknownasascorbicacid),B1(thiamine),B2(riboflavin),B3(niacin),B6,B12,andfolicacidtwogroups vitamins第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一? FolicacidisaBvitamin.Itisusedinourbodiestomakenewcells.Ifawomanhasenoughfolicacidinherbodybeforesheispregnant,itcanhelppreventmajorbirthdefectsofherbaby’sbrainandspine(脊骨）.ThesebirthdefectsarecalledneuraltubedefectsorNTDs.WomenneedtotakefolicacideverydaystartingbeforetheyarepregnanttohelppreventNTDs.WhyFolicAcidisSoImportant第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一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VPP第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一Fatcontainingthesevitaminsisbrokendownbybile(膽汁),aliquidreleasedbytheliver,andthebodythenabsorbsthebreakdownproductsandvitamins.Excessamountsoffat-solublevitaminsarestoredinthebody‘sfat,liver,andkidneys.Becausethesevitaminscanbestoredinthebody,theydonotneedtobeconsumedeverydaytomeetthebody’sneeds不用每天吃.fat-soluble vitamins第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一Water-solublevitamins,whichincludevitaminsC(alsoknownasascorbicacid),B1(thiamine),B2(riboflavin),B3(niacin),B6,B12,andfolicacid,cannotbestoredandrapidlyleavethebodyinurineiftakeningreaterquantitiesthanthebodycanuse.Foodsthatcontainwater-solublevitaminsneedtobeeatendaily（每天吃）

toreplenishthebody'sneeds.Water-soluble vitamins第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一維生素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-光敏感皮膚第56頁，共66頁，2