生活中的化学--陶菲菲.ppt

生活中的化学,绍兴文理学院 化学化工学院 陶菲菲 ,人类的生活,精神生活,物质生活,离不开物质,光学纤维胃镜,用光导纤维做手术，不用开刀,现代通信用光缆,我们的衣、食、住、行无不与化学有关，人人都需要化学制品，我们生活在化学世界里。,人类的生活离不开化学，只有化学这门科学得到高度发展，才能使我们生活丰富多彩，人们在家庭日常生活中，始终离不开吃、穿、用、住，而其中常常遇到许多有关化学问题。 在吃的方面，如食物和营养、各种调味品； 在穿的方面，如各种天然纤维、人造纤维的合成纤维及其织物，随之所需的肥皂和合成洗涤剂以及它们去垢除污的方法； 在用的方面，如塑料及其制品、各种化妆品、玻璃、陶瓷等制品； 在住的方面，如各种装饰材料，涂料等； ,引 言,化学：是主要研究物质的组成、结构、性质和应用的自然科学；改造原有物质和制造新物质也是化学主要研究内容。,例如：,矿石,各种金属,由于地球上的物质资源分布不均衡和过度开发，还有新物质种类及数量的剧增。当这些超过了自然界的自我调节能力时，便出现众多的环境问题和生活问题。,结论：化学是一把双刃剑 化学不可怕，观念最可怕,戴立信院士等人在化学学报新千年特稿“创造更美好的生活和更清洁的环境化学的回顾与展望”一文中，也有类似的说法：“化学和所有其他科学一样是一把双刃剑”。化学本身无对错，功过全在人，于人类有利还是有害全在人类自己。,化学的存在是对还是错？,化学家认为：物质固有的性质是由它的组成、结构和所处的状态决定的。物质的变化是组成原有物质的各种原子重新组合的过程。但是它们的组合方式和过程不能随心所欲，通常要受到体系的能量、分子的化学结构和反应条件的严格控制。因此，只有化学才能够担负起既要满足人类物质生活不断提高的需要，又要防止环境问题的产生和恶化的要求，从而导致了绿色化学的提出和其内涵的持续扩展。,我们不能责备那些无生命、无意志的化学物质，也不要抱怨那些发明和制造这些物质的化学家和生产者。我们应当清楚，环境问题的出现和恶化是人类忽视了应当与环境保持和谐关系的结果。而解决这些问题又不能不依靠化学。,无论在国外还是在在中国，却有一种世俗的看法使很多人恨化学、怕化学，认为化学是破坏人类环境和安全的头号杀手，认为化学一无是处，事实真是这样的吗？ 请阅读来自美国的以下一段材料：,思考：,伊格洛克中学的一名学生于4月26日赢得大爱达荷瀑布市科学大会的一等奖。他试图向人们说明，我们已经被搞假科学的奇谈怪论者所吓倒，他们在社区到处散布恐慌。他在论文中呼吁人们签署一项请愿书，要求对一种名为“一氧化二氢”的化学物质进行严格控制，或者完全予以废除。理由还非常充足，因为： 1、 它有可能引发过多出汗和呕吐； 2、 它是酸雨的主要成分； 3、 处在气体状态时，它能引起严重的灼伤； 4、 发生事故时，吸入也有可能致命； 5、 它是腐蚀的成因； 6、 它会使汽车制动装置效率减低； 7、 在不可救治的癌症病人肿瘤中已经发现该物质。,他问过50个人，想了解他们是否支持禁止使用这种化学物质。43人说支持；6人说尚不能确定；只有1人准确回答出这种化学物质是什么。,他赢得大奖的论文题目是：,我们到底有多蠢？,商家愚弄大众“化学盲”的悲哀！ 其实不仅在国内，在过去一段较长的时间以来，国外的人们也对化学存在着很深的误解，认为化学就是带来环境污染的祸首，甚至歧视化学、厌恶化学，似乎有化学就不会有“绿色”，“化学”已经被许多人所误解为“污染”同义词在日常生活中，某些所谓“绿色食品”的广告经常声称“本产品绝不含有任何化学元素”。“化学盲”众口铄金对人们造成误导，如今赫赫有名的杜邦公司也不得不让步地从宣传口号“Better Life through Chemistry”中把“Chemistry”去掉!,化学是一门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切关系,化学不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人民科学知识的组成部分，化学教育的普及是社会发展的需要，是提高公民文化素质的需要。,化学与人类生活息息相关,化学与衣、食、住、行 衣：合成纤维，衣料的化学处理与印染 食：化肥、农药、植物生长激素和除草剂 住、行：金属、非金属材 料、高分子材料,化学与社会发展密切相关,环境、能源、材料、生命过程奥秘探索与化学密切相关。 环境问题主要有大气环境，水环境，土壤环境 常见的能源：煤炭、石油、天然气等 材料：新型无机材料、高分子材料、纳米材料 生命：化学是生命科学的基础,目录,第一章 化学与生命健康 第二章 化学与食品 第三章 化学与生活,第一章 化学与生命健康,生命过程就是生物体发生的各种物质转化以及能量转化的总结果。在生命活动过程中，化学元素和营养物质则通过食物链循环转化，再通过微生物分解返回环境。 危害人类健康的疾病都与体内某些元素平衡的失调有关。,生命化学进化过程四个阶段,从无机小分子物质生成有机小分子物质； 从有机小分子物质形成有机高分子物质； 从有机高分子物质组成多分子体系； 从多分子体系演变为原始生命。,物质在一个相当漫长的历史长河中从低级向高级，从无生命向有生命的发展进化。 地球本身经历了元素的进化（由宇宙中最丰富的元素氢通过核反应合成各种各样的元素，以构成星体本身）。 分子的进化（由原子间的反应生成分子，由分子间的反应生成更复杂的分子，聚合物分子以及生物聚合物分子）和生物的进化（由最原始的细胞的出现进化到人）。,1.1 生物体中的化学元素的分类和主要功能,存在于生物体内的元素可分为： 必需元素、常量元素和微量元素； 非必需元素； 有毒（有害）元素。 人体内大约含30多种元素，其中有11种为常量元素，C、H、O、N、S、P、C1、Ca、Mg、Na、K等，约占99.95 ，其余的0.05为微量元素或超微量元素。,哪些是构成人体的必需元素? C、H、O和N四种元素约占人体体重的96。此外，体内还有少量P、NaCl。 对于每种必需元素，都有一段其相应的最佳健康浓度，有的具有较大的体内恒定值，有的在最佳浓度和中毒浓度之间只有一个狭窄的安全限度。,有2030种普遍存在于组织中的元素，它们的浓度是变化的，而它们的生物效应和作用还未被人们认识，有待于研究，所以称它们为非必需元素。 另外一些则是能显著毒害机体的元素。如，血液中非常低浓度的铅、镉或汞，具有有害的作用，就可称为有毒元素，亦称有害元素。,每一种必需元素在体内都有其合适的浓度范围。 例如， 人们对碘的最小需要量为0.1 mg /天，耐受量为1000 mg/天，当大于10000 mg/天即为中毒量。 有时元素的过量可能比缺乏更令人担忧，因为某个元素的缺乏易于补充，而过量往往则难以清除，或清除过程中会产生副作用。,元素在生物体内所起到的生理和生化作用,结构材料： 无机元素中Ca、P构成硬组织，C、H、O、N、S构成有机大分子结构材料，如多糖、蛋白质等。 运载作用： 如含有Fe2+的血红蛋白对O2和CO2的运载作用等。 组成金属酶或作为酶的激活剂 调节体液的物理、化学特性 存在于体液中的Na+、K+、Cl-等发挥了重要作用。,“信使”作用 化学信号的接受器是蛋白质。Ca+作为细胞中功能最多的信使，它的主要受体是一种由很多氨基酸组成的单肽链蛋白质，称钙媒介蛋白质(分子量为16700)。 有些元素可同时在几个方面发挥作用 例如，Ca2+就有多方面的生物功能。,元素在生物体内所起到的生理和生化作用,钙,钙是骨骼和牙齿的主要成分。调控人体正常肌肉收缩和心肌收缩，同时起细胞信使作用。例如，血液中Ca2+过多，会造成神经传导和肌肉反应的减弱，使人对任何刺激都无反应，但血液中Ca2+太少，又会造成神经和肌肉的超应激性，在这种极度兴奋的情况下，微小的刺激，比如一个响声、咳嗽，就可能使人陷入痉挛性抽搐。,磷,磷，骨骼和牙齿中除了含Ca外，磷也是一种重要的元素。体内90的磷是以磷酸根PO43-的形式存在。 磷的化学规律控制着核糖、核酸以及氨基酸、蛋白质的化学规律，从而控制着生命的化学进化。,K+、Na+和C1-在体内的作用,K+、Na+和C1-在体内的作用是错综复杂而又相互关联的。K+和Na+以KCl和NaCl的形式存在。 K+、Na+、C1-的首要作用是控制细胞、组织液和血液内的电解质平衡，对保持体液的正常流通和控制体内的酸碱平衡都是必要的。 Na+和K+（与Ca2+和Mg2+一起）有助于使神经和肌肉保持适当的应激水平。NaCl和KCl的作用还在于使蛋白质大分子保持在溶液之中，并使血液的粘性或稠度调节适当。人体的许多重要机能对这三种离子都有依赖关系，体内任何一种离子不平衡，都会对身体产生影响。,微量元素在不同体内部位的水平与人体健康关系极大。有些疾病的发生和微量元素的平衡失调关系密切。例如我国地方病-克山病是与缺硒有关的心肌坏死；地方性甲状腺肿、地方性克汀病则是由于严重缺碘引起的等等。 人体中也含有非必需微量元素，甚至有害元素如Cd、Hg、Pb、F等，这和食物、水质及大气的污染关系甚大。,1.2 营养与健康,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。” 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。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。,1.2.1 生命的基础能源 糖类,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。它们是人体重要的能源和碳源。 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。,1.2.2 脂肪,脂肪属于类脂物质。脂类具有重要的生物功能，它是构成生物膜的重要物质，几乎细胞所含有的磷脂都集中在生物膜中。类脂物质，主要是油脂，是肌体代谢所需燃料的贮存形式和运输形式。 人类的一些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝等都与脂类代谢紊乱有关。 植物油与动物油脂。,1.2.3 蛋白质,蛋白质是最基本而必不可少的，只要维持蛋白质的供给，肌体就能存活。蛋白质是我们日常膳食中氮的主要来源。 人类究竟需要什么样的蛋白质呢?人类的必需氨基酸有8种，赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸。,蛋白质,植物性蛋白质,动物性蛋白质,蛋白质的营养价值决定于所含的氨基酸种量和数量。凡含有各种必需氨基酸的蛋白质，能维持生命体的正常生长的蛋白质称完全蛋白质；缺少一种或一种以上必需氨基酸的蛋白质称不完全蛋白质。 日常食用的豆腐、大豆、瘦肉、鱼、蛋白、奶等都含较多的蛋白质。人们膳食中的蛋白质有很大一部分由米、麦等粮食中得来。大豆是我国最经济的蛋白质来源，大豆蛋白质的氨基酸种类完全。因此，大豆是完全蛋白，营养价值相当高。米、麦蛋白的营养价值亦很高。如果利用蛋白质的互补作用，则其生理价值（指由食物摄人的总氮量在身体内存留的百分数）还可增高，例如加入少量鸡蛋蛋白可提高大豆蛋白质的生理价值。,所谓粮食质量的提高，主要是指增加蛋白质在粮食中所占的比重。 各种农作物中，蛋白质含量高者首推大豆。营养学认为，动物蛋白在总蛋白量中至少占1/3，若达不到时尽可能多吃些豆制品，使二者加起来占总蛋白质的1/3到1/2。,1.2.4 维生素,维生素是维持正常生命过程所必需的一类有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要。其主要功能是通过作为辅酶的成分调节机体代谢。长期缺乏任何一种维生素都会导致某种营养不良症及相应的疾病。,有些维生素在体内有协同作用，如维生素C能提高对铁的吸收率；维生素D其主要功能是调节钙、磷代谢，维持血液钙、磷浓度正常，从而促进钙化，使牙齿、骨骼正常发育。植物体内不含维生素D，仅动物体内才含有，鱼肝油含量最丰富，蛋黄、牛奶中也都含有维生素D。,人类每日必须从膳食中（或维生素制剂中）摄入一定数量的各种维生素。 老年人需要较多的B族维生素和维生素C，对维生素D需要很少。需要视力集中的人如射手、领航人员、精细机器制造工人，一般皆需要摄取较多的维生素A；对暗适应力低的病人和眼角膜干燥的病人，同样需要较多的维生素A。膳食中糖类比例较大的人和食欲不好的及神经性疾患的病人需要较多的维生素B1；化工厂和高温车间工人需要较多的维生素C。,各种维生素的摄食量虽然应适当充足，但并非愈多愈好。 过量的维生素A、D和烟酰胺都有毒性，例如，维生素D摄食过量会引起乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等，还可使总血脂和血胆固醇量增加，妨碍心血管功能。过量维生素D之所以产生毒性，主要是因它不易排泄，肌体只能从胆汁排出一部分过多的维生素D。维生素C、B1、B2、B6等虽然无毒性，但超过肌体所能利用和储存的量即由尿和其他体液排泄出体外。 这再一次证明，生命体对任何营养素的需求都是有其浓度范围的。,无机盐又称矿物质，人体及动物所需的矿质元素有K、Na、Ca、Fe、Mg、Cu、Mn、Co、P、S、C1、I、F、Se等，它们是构成骨、齿和体液（血液、淋巴）的重要成分。体内许多生理作用也靠无机盐来维持。 膳食中长期缺乏某些无机盐会出现营养不良症状。食物中缺铁，血液的血红蛋白就变得不足，经血流运送到各部位的氧气也就减少，这种情况被称为缺铁性贫血。钙是骨骼的主要成分，缺钙会得佝偻病和龋齿。,1.2.5 无机盐,缺碘最严重的危害是影响儿童的智力，甚至会使其终生难以得到改善。碘缺乏会导致地方性甲状腺肿（俗称大脖子病）。海带被认为是营养价值较高的食品，不仅含碘丰富，可防治甲状腺肿大，促进智力发育，且蛋白质含量较高，具有18种氨基酸。此外，其中Ca、P、Fe等矿物质及维生素的含量也较丰富。,1.3 生命的根源物质核酸,核酸的组成 从元素组成来讲，核酸除含碳、氢、氧、氮四种元素外。还含有大量的磷，个别的核酸中还含有硫。核酸中约含15-16的氮和9-10的磷。 根据核酸中所含戊糖的种类不同。可将核酸分成脱氧核糖核酸和核糖核酸两大类。脱氧核搪核酸简称DNA，其相对分子质量约为106-108，主要存在于细胞核中。核糖核酸简称RNA，其相对分子质量约为2500到l06，大部分存在于细胞质中。DNA实际上是一个聚合链它主要是由腺嘌呤(A)、乌嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)四种含氨碱基与脱氧核糖的1-位碳原子相连接而成的。RNA在结构上与DNA相似，不同的是用核糖代替了脱氧核糖，用尿嘧啶(U)代替了胸腺嘧啶。,核酸的结构,人类基因组工程,DNA螺旋是由大量碱基对构成的，碱基共有4种。人们常把DNA比作天书，天书的字母就是一对对碱基。 所谓DNA测序，就是把DNA天书中的字母顺序确定出来。 所谓人类基因组工程，就是要对人类的DNA进行测序，即测定组成的30亿个核苷酸的序列，而下一步的工作则是破译密码。弄清这个长长的字母链怎样构成词和句子，在哪儿断句，每个词代表什么意思？从而奠定阐明人类所有基因的结构与功，解读人类的遗传信息，揭开人类奥秘的基础。,核酸的生物性能,每一个细胞核中都有DNA片断，每一个片断被称为一个染色体，遗传物质的主要载体是染色体。基因是DNA分了中含有遗传信息并能表现生理功能的片段，每个DNA分子部含有很多个基因，每个基因中核苷酸排列顺序都不同。人体有10万个基因，一个基因由约5002000个核苷酸分子组成。 以原有DNA为模板，照其原样合成新一代DNA的过程，叫做DNA的复制，也就是以一条链为基础复制出另一条互补链的过程。,DNA分子是怎样进行复制的？,首先，DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条扭曲的双链解开，这个过程叫解旋。然后，以解开的每段链（母链）为模板，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料，在有关酶作用下按照碱基互补配对原则，合成出与母链互补的子链。随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延长，同时每条子链与其对应的母链互相盘旋成螺旋结构，形成一个新的DNA分子。于是一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。 由此可见，DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。 DNA的复制保证了物种的稳定性和延续性。,DNA分子是怎样进行复制的？,生物体的遗传物质发生形态或结构改变的现象叫突变。其中，因DNA中碱基对的化学组成和排列顺序发生改变而产生的突变叫基因突变。各种射线、激光、化学试剂都能诱发基因突变。由于遗传物质的缺失、重复或重排，使正常染色体发生变更的现象叫染色体畸变。,1.4 生命反应中的催化剂酶,酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊的蛋白质。生物体内新陈代谢等各种化学变化，都是在各种酶的作用下进行的。所谓新陈代谢，指的是生物与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量转变的过程。同化作用和异化作用是新陈代谢过程的两个方面。 如果没有酶、生物体内成千上万种化学变化都不能顺利、迅速进行，新陈代谢就会中断，生命活动也就停止了。因此，酶被称为生命的催化剂。,酶的分类,人们已发现的酶有数千种，根据酶的催化性能可分为氧化还原酶、水解酶、转移酶、异构酶和合成酶等。由于有机分子的氧化作用最常见的是失去氢原子，因此这个反应叫做脱氢作用，催化这类反应的酶叫做脱氢酶。 水解酶是催化消化道中食物水解作用的酶，它们包括酯酶（胆碱酯酶、磷酸酶、焦磷酸酶）、糖酶（麦芽糖酶、蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶等）和蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、凝血蛋白酶等）。,酶的催化作用的特点,高效性 比一般无机催化剂高1071013，反应速率很快，少量酶就可以起到很强的催化作用。例如一份淀粉酶能催化100万份淀粉，使其水解成麦芽糖。 专一性 如同一把钥匙开一把锁一样，一种酶只能对一种物质的化学反应起作用。 条件温和性 在接近体温和接近中性的条件下，酶就可以起作用。在3050之间，酶的活性最强，超过适宜温度时，酶的活性逐渐丧失。,随着我国国民温饱问题的基本解决，人们在饮食上注重营养是必然的趋势。但要做到膳食平衡，饮食有节。 现在认识是，多样化的膳食既是获得各种适量基本营养素的最好方法，同时也是避免食品中有毒物质达到有害剂量的有效方法之一。,1.5 树立平衡营养观念,从实用营养观点看，比较容易缺乏的无机元素有钙、铁和碘。 体质强弱、智力高低、免疫能力优劣以及人体衰老的迟早、癌瘤的形成等都与营养质量、各种营养素之间的配比有一定的关系。合理的营养可以防治多种疾病。营养学家主张用食物来满足对营养的需求。营养学家承认有科学实验依据的保健品，实验依据不只是含量测定，而必须有生物效应试验和人体应用观察，要有充足的数据说明其服用剂量能达到预期效果，当然还必需有可靠的卫生质量保证。但是营养学家提倡的仍然是合理的膳食，合理膳食是营养之本。,合理膳食,合理膳食就是要树立平衡营养观念。所谓平衡营养，就是指通过食物补充人体所需的热能和营养素，以满足人体的正常生理需要，并且各种营养素之间比例要适当，以利于营养素的吸收和利用。 很多专家与学者的共识是：营养紊乱和营养过剩已成为诱发危及生命疾病的原因。例如，锌过高可影响铁的吸收；维生素A、D过多也会中毒；适量的维生素A，E或锌会促进免疫功能的提高，而过高则可抑制等。 因此，树立科学的营养观念-平衡营养观念，正是指导人们合理膳食，正确补充营养素。,人体对营养的需要是多方面的，营养平衡就是要按各类人体不同需要，科学地安排搭配蛋白质、脂肪、维生素、矿物质、纤维素等各种营养成分。 例如人体既需要动物蛋白，也要有植物蛋白。我们摄取的大多数氮正是来源于吃的植物蛋白和动物蛋白。人体内没有氨基酸的贮存形式，这与糖类、类脂物不同。,糖类和类脂质分别以糖原和脂肪的形式贮存在体内。健康的成人体内保持着氮的平衡，即排出的氮和通过食物吸收的氮一样多。正在成长的少年儿童处于氮的正平衡，即吸收的氮比排出的氮多，因为他们需要氨基酸合成新的组织。氮的负平衡则是排出的氮比吸收的氮多，常由于营养不良、饥饿等状况引起的。,健康长寿是人类的共同愿望，大量研究表明，肌体的衰老受各种因素的影响，而其中饮食状况是一项很重要的因素。可以说，人类健康长寿最关键的因素之一是维系人体内几十种元素的平衡。若体内元素平衡失调，就会导致患某种疾病，而治疗疾病就是补充和调节人体元素平衡。 人体内元素的平衡有两种含义，一是某个元素在人体内含量要适宜；二是人体内的各种元素之间要有一个合适比例才能协调工作，才会有益于健康。,多样化的膳食就是获得各种适量营养素的最好方法。随着对必需营养素及其相互关系知识的丰富和深入，对有效地利用食物资源、科学加工食品、合理调配膳食和充分发挥营养效能等，提供了科学基础。 人在生命活动过程中，通过食物和食物链方法以补充和调节体内元素的平衡，对预防疾病，维护健康意义重大。,平衡膳食的理念,平衡膳食是指膳食中热能和各种营养素含量充足，种类齐全，比例适当；膳食中供给的营养素与机体的需要两者之间保持平衡。主要要求膳食结构要多样化和合理的膳食制度。 各类食物的合理比例：有人调查研究了营养与慢性病之间的关系，认为不仅营养不足会影响人体健康，而营养过剩也可以成为某些疾病的诱因，从而提出平衡膳食以谷类60、肉鱼乳蛋类17、油脂8、其它15的构成较为适宜。 合理的膳食制度：正常情况下，一般每日三餐比较合理，两餐的间隔以小时合适。各餐数量的分配要适合劳动需要和生理状况，较适宜的分配为：早餐占全天总热能的2530，午餐占全天总热能的40，晚餐占全天总热能的3035。,中国居民平衡膳食宝塔,平衡膳食宝塔共分五层。谷类食物位居底层，每人每天应吃300 克 500克。 蔬菜和水果占据第二层，每天应吃400 克 500 克蔬菜和100 克 200 克水果。 鱼、禽、肉、蛋等动物性食物位于第三层，每天应吃125 克 200 克（鱼虾类50 克，畜、禽肉50 克 100 克，蛋类25 克 50 克）。 奶类和豆类食物合占第四层，每天应吃奶类及奶制品100 克和豆类及豆制品50 克。 第五层塔尖是油脂类，每天不超过25 克。,作业,结合本章并查阅相关资料，谈谈“树立平衡营养观念 ”的看法。（不少于2000字）,第二章 化学与食品,民以食为天,人类为了生存，除了需要阳光与空气外，还必须摄取食物。 食物的主要成分：水、无机盐、糖类、油脂、蛋白质、维生素六大类，通常称为营养素。,食品：可食的、含有易消化营养素的物质。,营养素：能被人体吸收后产生热量、促进发育、修复组织的物质。,2.1 食品的主要化学成分,食品中的化学成分：水、脂肪、蛋白质、糖、无机盐、维生素,一个成人一天的饮食来安排,2.1.1 食品中的水分及其作用,水是人体中不可缺少的物质，也是构成人体组织的重要部分。成年人体内水占体重65左右，儿童可达75。人体所有器官都含水，如血液占80、肌肉70、骨胳3。 水在人体中的作用至关重要， 如促进食物消化、运输养料、调节 体温、维持酸碱度、保持电解质平 衡等。每人每天最低要补充水量 1500 mL。,食品的含水量除谷物和豆类等种子外（12-16），一般都比较高（60-90），水是食物各种组分中数量最多的组分。,油：室温下呈液态的油脂。 脂肪：室温下程固态的油脂。 人体脂肪有三种不饱和脂肪酸亚麻油酸、亚麻油烯酸和花生油烯酸。它们是人体不能合成的必需脂肪酸，有促进发育、减少血小板粘性、保护皮肤和溶解脂溶性维生素等功用。,2.1.2 油脂及其结构,油脂及其结构,油脂烘烤食物, 增色护色作用； 增香作用； 乳化和起酥作用； 成形作用； 传热介质的作用； 增加菜点营养的作用。,油脂的成分,油脂是高级脂肪酸与甘油所生成的酯，又叫甘油三酯。其结构表示如：,在油脂中R1、R2、R3可以是饱和烃基, 也可以是 不饱和烃基。,天然油脂大多为混甘油酯。,当 R1R2R3时（即烃基相同）称为单甘油酯,当 R1R2R3时（即烃基不相同）称为混甘油酯,油脂中高级脂肪酸的饱和程度对油脂的熔点有重要的影响。当R-是饱和烃基（如硬脂酸、软酯酸）时甘油酯的熔点较高，室温下呈固态(一般是动物油)。当R-是不饱和烃基（如油酸）时甘油酯的熔点较低，室温下呈液态(一般是植物油) 。,油脂在体内发生了什么变化？,脂肪酸在人体内的功能主要有：,1. 供给人体热量；,2. “储存”能量；,3. 作为合成人体所需的物质，如磷脂、固醇等的原料；,4. 必需脂肪酸在人体内有多种生理功能，如促进发育、维持健康和参与胆固醇的代谢等。,什么是脂肪？ 脂肪是在常温下呈固态的甘油酯。脂肪类物质也是由碳、氢、氧三种元素组成的，此外还含有氮和磷等元素。脂肪类物质主要包括脂肪、类脂和固醇，它们都能用非极性溶剂(如乙醚、氯仿、苯)从生物细胞中提取出来。 脂肪和油是脂肪酸和甘油的酯。如动物油(如猪油、牛油、羊油、奶油及鱼肝油)与植物油(如麻袖、豆油、花生油、菜油等)都是甘油三酯的混合物。当脂肪酸部分主要是饱和酸时，常温呈固态，叫做脂肪；当脂肪酸部分主要是不饱和酸时，这种酯是液体，叫做油。,人体内的燃料脂肪,成年人约占体重的13.2。每天需摄入约60g脂肪，每克脂肪在人体内能产生37.7kJ热量，比糖和蛋白质热量要高一倍多。 脂肪是人体内储存和供应能量的重要物质，对人体起保暖作用能帮助脂溶性维生素（A、D、E、K）等的消化吸收，耐饥饿，能延长食物在体内的消化过程。,脂肪的消化和功能功能,脂肪的消化：在消化过程中，胃液和胰液中的脂酶将脂肪和油水解成脂肪酸和甘油。 脂肪的功能：起着两种重要作用：一种是用于合成某些身体组织的组成物，例如磷脂；另一种是用作体内燃料，这些燃料可以立即使用，也可以储存起来备用。脂肪在一定程度上也可作为防止身体散热的绝缘体，以维持体温恒定，并能保护其他组织免受损伤。 人体需要多少脂肪？一般认为，人体每天至少需要8g脂肪，只占人体总热能供给量的2（其余能量由糖类化合物等供给）。,维生素D的合成就是以胆固醇为原料的，人体内激素、胆汁的合成也以胆固醇为原料。 血液中含量高于标准值时可引起动脉硬化，并导致高血压病症。,类脂化合物胆固醇,一切重要的生命现象和生理机制都与蛋白质相关，所以没有蛋白质就没有生命。 一百多年前，德国科学家曾经做过一个有趣的实验：用不同的食物来喂养小动物，第一组用膀和脂肪来喂养第二组喂的是蛋白质。结果第一组动物全死了，而第二组动物却安然无恙。 1839年，德国Mulder GT 将细胞结构里复杂多变的，存在于一切活细胞中的一类大分子定义为蛋白质（Protein）。,2.1.3 生命的存在形式 蛋白质,一切蛋白质都是含氮的物质，它们中多数含氮12-19、含碳50-55、含氢6-7，含氧20-27，某些蛋白质含少量其他元素如硫、磷、铁、铜等。 分子量范围在1.2万至100万之间，蛋白质是氨基酸类聚合物，水解时产生的单体叫氨基酸。人体肌肉、肝脏、酶直到毛发，无一不是蛋白质。 在人体中约有1万多种蛋白质，占人体细胞干重的80。 蛋白质分为单纯蛋白质和结合蛋白质两大类。,2.1.3.1 蛋白质的组成,单纯蛋白质是指基本上只由氨基酸组成的蛋白质；结合蛋白质由单纯蛋白质和辅基组成。辅基可以是糖、核酸、核糖、血红素、叶绿素以及某些金属离子等。结合蛋白质分为核蛋白、粘蛋白、糖蛋白、脂蛋白。 蛋白质约由20种不同氨基酸组成。 必需氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等8种是人体不能合成的，必须靠食物摄入（婴儿还需组氨酸）。,赖氨酸,蛋氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,缬氨酸,苏氨酸,苯丙氨酸,色氨酸,人体必需氨基酸,含以上8种必需氨基酸的蛋白质叫完全蛋白质（如蛋白、酪蛋白、球蛋白），否则叫半完全和不完全蛋白质（如玉米蛋白、胶蛋白）。 根据溶解度的不同，又可以将其分为纤维状蛋白和球蛋白。纤维状蛋白大多数呈丝状，不溶于水可用来组成动物的皮肤、毛发、角、羽毛、结缔组织及骨骼等，对动物起保护、支撑作用。球蛋白呈球状或椭圆状，溶于水或盐、酸、碱的溶液中，在生命活动中起重要作用，它包括酶、血红蛋白、球蛋白、清蛋白等。 蛋白质所含的元素有C、H、O、N及其少量的S，有的还含微量的P、Fe、Zn、Mo等元素。 蛋白质所含的元素有C、H、O、N及其少量的S，有的还含微量的P、Fe、Zn、Mo等元素。 蛋白质是天然有机高分子化合物。,蛋白质是人和动物不可缺少的营养物质。美国著名营养学家安德尔戴维丝指出：“摄取充足的蛋白质，会使人体年轻美丽，精力充沛，耐力持久，生命充满健康的阳光。” 成人每天要摄取60-80克蛋白质，才能满足生理需要，保持身体健康。否则会引起营养缺乏症，如体重减轻、发育迟缓、乏力，浮肿等症状。 蛋白质是维持生长和修补更新的主要材料。 蛋白质在人体内起调节消化、呼吸、血液循环、神经活动等作用，维持毛细管正常渗透压和身体的酸碱平衡。 蛋白质是人体热量来源之一。每克蛋白质在体内氧化后能产生16.7kJ热量。,2.1.3.2 蛋白质的功能,氨基酸,几种氨基酸：,甘氨酸：,丙氨酸：,谷氨酸：,氨基酸分子中的羧基显酸性，可与碱反应；氨基则显碱性可与酸反应，都生成盐。因此氨基酸具有两性。,一般氨基酸的通式,多肽,氨基酸既能与酸反应，又能与碱反应，氨基酸分子之间也能互相反应。一分子中的氨基与另一分子中的羧基之间消去水分子，经缩合反应而生成的产物叫肽。,肽键的结构简式：CONH,由两分子氨基酸消去水分子而形成含有一个肽键的化合物是二肽。由多分子氨基酸消去水分子而形成含有多个肽键的化合物是多肽。多肽常呈链状，因此也称肽链。多肽与蛋白质之间没有严格的界限，一般把相对分子质量小于1000的叫多肽。,蛋白质与氨基酸之间的转化,2.1.3.3 蛋白质的结构,蛋白质：螺旋状，具有三维空间结构,蛋白质分子结构的多样性，决定蛋白质分子具有多种重要功能。研究蛋白质的结构和合成，进一步探索生命现象，这是生命科学研究的重要课题之一。,2.1.3.4 蛋白质的性质,1、物理性质： 蛋白质有的能溶于水，如鸡蛋白；有的难溶于水，如毛、丝、角、蹄等。,2、化学性质：,（2）盐析,官能团：NH2、COOH,两性,（1）水解,向蛋白质溶液中加入某些弄的无机盐溶液(NH4)2SO4或Na2SO4等，可以使蛋白质凝聚而从溶液中析出。,蛋白质的盐析是一个可逆过程，因为盐析出来的蛋白质可以重新溶解在水中，而不影响原来蛋白质的性质。采用多次盐析的方法，可以分离和提纯蛋白质。,（3） 变性,蛋白质受热到一定温度就会发生不可逆的凝固（凝固后不能在水中溶解），这种变化叫做变性。,除了加热外，在紫外线、X射线、强酸、强碱，铅、铜、汞等重金属的盐类，以及一些有机物，如甲醛、酒精、苯甲酸等的作用下，蛋白质也会变性。,蛋白质变性后，不仅失去了原有的可溶性，同时也失去了生理活性，所以蛋白质的变性是不可逆的过程。,蛋白质变性这一性质在生活中有许多实际的应用：,利用高温、紫外线、酒精等进行消毒、灭菌。,铅、铜、汞等重金属的盐类能使蛋白质凝结变性，所以能使人中毒。万一不慎误服了重金属离子，可立即喝大量的牛奶、鸡蛋清等来缓解毒性，以减少人体内蛋白质中毒的程度。,制造一些风味独特的食品，如松花蛋、豆腐、奶酪等。,资料卡片,蛋白质变性后有什么特点,提供一些独特风味的食品，如松花蛋、豆腐、奶酪等；,熟食利于消化吸收；,延长保存期。,使食物产生香味；,颜色反应,蛋白质遇浓硝酸会显黄色，这就是蛋白质的颜色反应。,蛋白质灼烧时有烧焦羽毛的气味,糖类是绿色植物光合作用的产物，是动、植物所需能量的重要来源。我国居民膳食中糖类占80，每天所摄取的热能中大约有75来自糖类。 主要由碳、氢和氧三种元素组成，分子通式为Cm(H2O)n，因此又把它们叫做碳水化合物。,2.1.4 人体内分布最广的有机物糖类,人们吃任何糖类化合物后，必须在体内水解成葡萄糖，才能被人体吸收和利用。每克葡萄糖氧化后能产生16.7kJ热量。当糖类化合物进入体内时，一部分被氧化而供身体热能消耗，另一部分以糖原形式储藏在肝和其他部分，供紧急时用。,糖类,葡萄糖,（单糖）,蔗糖,（寡糖）：,纤维素,（多糖）：,结构简式,还原性,（含醛基）,重要供能物质,水解,生理功能,糖类物质的分类,1、单糖：凡不能被水解成为更小分子的糖。 如：葡萄糖、果糖、半乳糖。 2、寡糖：凡能水解成少数（2-6个）单糖分子的糖。如：蔗糖、麦芽糖和乳糖。 单糖和寡糖能溶于水，多有甜味。 3、多糖：凡能水解为多个单糖分子的糖。 如：淀粉、纤维素等。,人体的血糖：血液中的葡萄糖。 来源：食物中的糖类、肝糖原的蓄积、以及某些氨基酸、脂肪酸和乳酸的转化。 人体正常血糖含量为：每100毫升血液中约80-100毫克葡萄糖。,人体中只有淀粉酶而没有纤维素酶，因此人类只能吃五谷杂粮生存。牛、马等动物体内既有淀粉酶，又有纤维素酶。 纤维素在体内不易消化，主要功能是刺激肠蠕动，有助于防止阑尾炎、心脏病和直肠癌。主要来源是干果、鲜果、蔬菜及全谷类。,糖在体内是如何代谢的？,在植物细胞中，最重要的多糖是植物淀粉和纤维素。谷类中含有丰富的淀粉，淀粉分子是由含大约1000个葡萄糖单元的长链所组成的。淀粉被人吃下以后，酶促进了淀粉和水的反应，即淀粉水解生成葡萄糖。 葡萄糖在小肠中被吸收到体内，然后发生三中变化，一部分氧化分解生成丙酮酸和ATP分子；一部分葡萄糖被肝脏、骨骼肌等组织合成糖元，；还有一部分葡萄糖转变成脂肪。 肝脏中的糖元叫肝糖元，它作为能量的暂时储备；肌肉中的糖元叫肌糖元，它为肌肉活动提供能量。,糖代谢异常和疾病,健康人的血糖浓度：血液中的葡萄糖即血糖，其浓度是相对稳定的，大约在0.1左右。当血糖的浓度由于消耗而逐渐降低时，肝糖元又转变成葡萄糖，陆续补充到血液中。 人空腹时血糖浓度高于120毫克/ 100毫升血液（正常范围为80-120毫克 / 100毫升血液），就是高血糖；若超过肾糖阈值，即160-180毫克，则为糖尿病。 糖尿病的主要症状是高血糖、糖尿、多尿，表现为三多一少，即多饮、多食、多尿、体重减少。 糖尿病的主因是体内胰岛素分泌失调，引起糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢的紊乱，导致血糖慢性提高。,糖代谢异常和疾病,当血糖低于6070毫克，就是低血糖，而低血糖的刺激又会引起交感神经兴奋和肾上腺素分泌增加，出现饥俄、四肢无力、面色苍白、心慌、多汗等症状。若血糖继续下降至45毫克以下，因脑组织缺乏能量而发生功能性障碍，严重影响脑部功能，出现晕原、昏选、休克，甚至导致死亡。 每天吃多少糖好？世界卫生组织认为，每人每日的耗糖量以每千克体重为0.5克左右最佳。苦体重为60千克的成年人，每人每日则为30克。要根据标准合理食用糖，因人而异，灵活处理，既不能拒绝吃糖，又切莫滥吃。 吃那种糖好？一般选择营养丰富的红糖（含丰富的葡萄糖及铁、锰、锌等元素）为好。在人参、党参、黄茂中富含多糖，其功能是扶本固正、增强免疫力，有助于延缓衰老。,学与问：,如果有人问：“今天你吃糖了吗？” 你将怎么回答？,糖类是绿色植物光合作用的产物，对于人类和大多数动物来说，是最基本、最廉价的能量来源。我国居民的食物构成中，每天摄取的热能中来自糖类的约占75。,糖类大多符合通式：Cn(H2O)m 糖类又称碳水化合物。,一些糖类物质的分子式：,葡萄糖： 淀 粉：,蔗 糖： 纤维素：,C6H12O6 (C6H10O5)n,C12H22O11 (C6H10O5)n,下面将详细介绍葡萄糖、淀粉和纤维素。,葡萄糖,1. 物理性质：,2. 葡萄糖的还原性,葡萄糖是一种多羟基醛，分子中含有醛基：,分子中含有醛基的物质都有还原性，都能发生银镜反应，也能与新制氢氧化铜反应生成砖红色沉淀。,醛基的结构简式 ：CHO,白色晶体，有甜味，能溶于水,3. 葡萄糖是人体内最重要的供能物质,糖类,葡萄糖,脂肪,肝糖元,CO2 + H2O + 能量 (15.6kJ/g),氧化,合成,转化,合成,肌糖元,储存能量,肝糖元：当血糖0.1（正常值），肝糖元就会分解为葡萄糖；,肌糖元：运动时需供能，肌糖元就会转化为葡萄糖供肌肉运动用；,脂 肪：也是能量储备的方式，过多食用糖类物质易使人发胖。,淀粉是如何消化的？,1、淀粉的存在： 植物的种子和块茎中，谷类含淀粉较多。,2、淀粉分子式是：(C6H10O5)n，是一种重要的多糖。 天然高分子化合物,3、淀粉物理性质：没有甜味的白色粉末，不溶于冷水。,淀粉的“糊化”：淀粉在热水中会膨胀，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分悬浮在水里，形成胶状粉糊。这种现象叫“糊化”，是淀粉食物加热烹制过程的基本变化，也就是食物由生变熟的过程。,4、淀粉在人体内的水解过程（消化过程）,(C6H10O5)n 淀粉,(C6H10O5)m 糊精,C12H22O11 麦芽糖,C6H12O6 葡萄糖,淀粉也可以在酸的催化作用下逐步水解，最终转化为葡萄糖。,变蓝,淀粉在没有酸时不发生水解,思考与交流： 绿色植物利用太阳能，通过光合作用把二氧化碳和水转化为储存能量的糖类，同时释放出氧气。 nCO2 + mH2O Cn(H2O)m + nO2 在人体和动物体内各种糖类水解为葡萄糖后，葡萄糖氧化又会生成二氧化碳和水。 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 通过上述两个化学反应，你能从能量变化和物质循环的角度，体会绿色植物积蓄、储存能量和动物体内糖的氧化分解、释放能量，支持生命活动的整个过程吗？你能体会自然界中简单物质变成复杂物质，再变为简单物质，同时伴随能量的转移，从而使人和动物获得了生命不可缺少的能量的神奇过程吗？,光合作用,纤维素有什么生理功能?,1、纤维素的存在：绿色植物通过光合作用生成的物质，是构成植物细胞的基础物质。一切植物都含有纤维素，棉花含纤维素高达 90以上，木材中含纤维素为50左右。,2、纤维素的分子式：,（C6H10O5）n,天然高分子化合物，是一种多糖。,4、纤维素的水解：在浓硫酸的催化作用下发生，最终产物也是葡萄糖。,3、物理性质：白色、没有气味和味道的纤维状结构的物质。,纤维素,纺织业、制造人造纤维,造纸,生理功能,工业用途,牛、羊、马的饲料,刺激肠道蠕动和分泌消化液,棉、麻,木材、稻草、麦秆,鲜草、干草、秸秆,在人体的功能,纤维素的用途,纤维素虽然不能作为人类的营养食物，但其在人体的消化过程中起重要作用。主要是能刺激肠道蠕动和分泌消化液，促进食物的消化和废物的排泄，减少有害物质于肠黏膜的接触时间，有预防便秘、痔疮和直肠癌的作用，还能降低胆固醇，预防和治疗糖尿病等。所以人要注意摄入足够的纤维素来保证身体健康。,为什么人不能消化纤维素？,食草动物（如牛、羊、马等）主要以纤维素为食物，也能吃淀粉类食物。草和谷物在它们身体里都能水解生成葡萄糖。这是因为他们的消化器官里既有 -葡萄糖酶，又有-葡萄糖酶。淀粉是由-葡萄糖组成，只有-葡萄糖酶才能使它水解。纤维素是由-葡萄糖组成的，只有-葡萄糖酶才能使它水解。而人类的消化器官里只有-葡萄糖酶，因此只能消化淀粉不能消化纤维素。,人体中已知有几十种元素，其中氧、碳、氢、氮占人体质量的96，钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁7种元素占3.95，上述11种元素叫必需常量元素。 锰、铁、钴、铜、锌、钼、碘、钒、铬、硒、氟、硅等叫必需痕量元素，在人体中含量不到1。,2.1.5 无机盐,作用：,（1）维持生命活动，促进健康生长和发育有着重要作用。 （2）缺少或摄入过多，可能导致各种代谢疾病。,钙约占成人体重的2%，人体中的钙99%以上存在于骨骼和牙齿中，其余1%存在于体液及柔软组织中。 成人每日钙的需要量为600800毫克，孕妇及发育期儿童每日的摄入量为15002000毫克。 虾米、小鱼等海产品和乳制品 中含量较多。,2.1.5.1 钙 人体中最多的常量元素,磷约占成年人体重的1%，是人体中除了钙以外最多的矿物元素。 磷和钙一起构成骨骼和牙齿，占身体总磷量的80%，其余10%在肌肉中，10%存在于脑、神经、内脏中。 食品的钙磷比例以1:1.5最合适，有利于骨骼的发育。,2.1.5.2 磷 来自大多数食物,成人体内含有约75克钠，在细胞外液中以氯化钠、磷酸氢二钠、碳酸钠、碳酸氢钠等形式存在。 它的主要作用是调节细胞内外渗透压，使细胞膜对体液保持通透性。它们还是酶的激活剂，能增进酶的催化能力。人不吃盐，食欲就会减退，甚至四肢无力，这就因为氯离子有提高淀粉酶催化的能力。 人体每天排尿和排汗中含氯化钠约4.5g，所以人体每天应补充4-10g食盐。,2.1.5.3 钠 来自食盐,成人身体中约含有170克钾，它在细胞内液中以氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸钾、碳酸氢钾等形式存在，与钠一起调节体内组织液的酸碱平衡及细胞的渗透压。 钾是细胞内液中的主要阳离子，同时也是血液中的重要组成。 钾能加强肌肉的兴奋性，维持心跳规律。 植物性食品中含量高，如黄豆、榨菜、紫菜。,2.1.5.4 钾 心肌的保护神,成人身体内约含25克，微量的镁以磷酸镁的形式存在于骨骼和牙齿中，肌肉、血液中也存在。 镁是细胞内液中的重要阳离子，它能维持核酸结构的稳定性，还能激活人体各种酶，如肽酶、磷酸酯酶等。 镁的主要功能是抑制神经的兴奋性。 植物性食品中镁的含量以花生、豌豆、小麦为多，动物性食品中以干酪、牛肉、鱼肉为多。,2.1.5.5 镁 神奇的催化剂,成年人体内含碘约50毫克，50%在肌肉组织中，10%在皮肤中，20%集中在甲状腺内。 甲状腺素是一种激素，能调节体内的基础代谢，促进发育，保持健康。若人体长期缺碘，将产生甲状腺肿症。 成人每天需要供给0.1-0.2毫克碘，含碘最丰富的食物是海带、紫菜、海盐、发菜的等，食用加碘食盐是一种经济有效的补碘方法。,2.1.5.6 碘 预防甲状腺肿的能手,碘 “智力元素”之称,氟是形成牙齿釉质和硬骨的成分。正常牙齿的氟含量为每百克牙齿含11毫克，而龋齿仅含6毫克。 氟的摄取不足，氟转变为牙齿釉质的过程就会发生障碍，促进龋齿腐蚀。长期引用含氟量高的水会产生氟中毒。 含氟较多的食物有黑麦面粉、小麦面粉等，在菜花、西红柿、马铃薯中也较多，蟹肉、鲤鱼、牛肉、蛋黄中含量也很丰富。,2.1.5.7 氟 龋齿的克星,我国在食盐中加碘，以前用KI,因为KI易被氧化成I2挥发，因此降低效能。而碘酸钾KIO3的化学性质稳定，不易挥发、不吸水、不流失、易保存。所以现在的加碘食盐，用的是碘酸钾。,补碘的方法：,铁在人体中的含量极少，妇女每公斤体重约含35毫克，男子约含50毫克。 铁是构成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、和其他酶系统的主要成分。 血红蛋白能与氧气结合并将氧气输送到身体各个部位，将组织内的二氧化碳带回到肺中，铁起到帮助运输氧气的作用。 食品中含铁较多的有动物肝、肾、蛋黄、黄豆、芹菜、油菜等。,2.1.5.8 铁 血液中的运输兵,人体中铁的化合物,功能性铁和血红蛋白一起参与氧的运输。,储存铁与各种酶结合，分布在身体各器官。,人体内含铜量为100-150毫克，是红血球中血红