第一章 化学与健康-1

社会Chem与化学工程学院第一章化学与健康

第一节人体中的化学化学工程学院殷长龙2015年3月本节主要内容一、糖二、脂类三、蛋白质四、维生素人体的六大营养素是什么？糖尿病是怎么回事？为什么有人喝牛奶会肠胃不适？人为何不能靠吃草生活？人造甜味剂，如何发现的？煤气中毒是怎么回事？贫血病吃什么食物？吃高粱为什么不易消化？维生素分为哪几类？各有何特点？一、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。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。二糖:

水解时生成两分子单糖的化合物叫二糖。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糖分子靠

-O-键连接麦芽糖两糖分子靠

-O-键连接酶的选择性与分子结构有关高度的结构选择性：锁和钥匙的关系麦芽糖分解成葡萄糖模型Lactose(乳糖)inmilk胃疼或腹泻?Lactose,akindofsugarfoundonlyinmilk,givesmilkitssweettaste.Makingupabout5percentofmilk’scontent,lactoseisacarbohydratethatisbrokendownbythebodytosupplyenergy.Infantsdigestlactoseeasily,butmanyadults,especiallythoseofAsianandAfricanancestry,havelostsomeoftheirabilitytodigestthissugar.Whentheseadultsdrinkmilk,theyoftensuffergastricdistressanddiarrhea（胃疼或腹泻）.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。人为什么不能以草为主食？淀粉结构片段αβ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β-葡萄糖，后者为聚α-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。人为何不能靠吃草过活？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。

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。人造甜味剂，如何发现的？No-caloriesugarsubstitutesprovideoptionsforenjoyingthesweetlife无热量，是不能消化糖和节食者的糖的替代品。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)(阿斯巴甜)

achemistatG.D.Searlewasresearchingtreatmentsforgastriculcers(胃溃疡）in1965whenheaccidentallyspilledaspartylphenylalaninemethylester,simplycalledaspartame,onhishands.Whenhelickedhisfingerstopickupsomepaper,henoticedtheytastedsweet.二、蛋白质▲蛋白质（protein）是一种生物大分子；▲组成蛋白质的基本单位是氨基酸；▲氨基酸通过脱水缩合形成肽链，每一条多肽链有二十~数百个氨基酸残基不等；▲一条或多条多肽链组成蛋白质，20多种氨基酸残基按一定的顺序排列；▲非常复杂的三维立体结构。▲蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。▲人体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16.3%。▲人体内有1000多种蛋白质，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。▲必需氨基酸－8种人体不能或不足以自身合成的氨基酸，必需通过食物摄取；其余：非必需氨基酸－可以自身合成。蛋白质的生理功能1、构造人的身体：蛋白质是肌体细胞的重要组成部分。2、修补人体组织：人体细胞生命的最小单位，它们处于永不停息的衰老、死亡、新生的新陈代谢过程中。3、维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送。4、白蛋白：维持机体内的渗透压的平衡及体液酸碱平衡。5、免疫细胞和免疫蛋白：构筑和维持人体免疫系统。6、构成人体必需的催化和调节功能的各种酶。7、人体激素的主要原料。8、构成神经递物质乙酰胆碱、五羟色氨等。9、提供热能。蛋白质与血液病血液的组成红细胞的载氧功能血管中的血红细胞血红蛋白的结构和功能•

生理功能是运输氧和二氧化碳•

由四条多肽链（两条链，两条链）共574个氨基酸单元构成. 每条链含141个氨基酸单元，每条链含146个氨基酸单元.

血红蛋白(hemoglobin，Hb)每个红细胞内约含2.8亿个血红蛋

白分子,分子量约为66700。

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一种含铁的结合蛋白质，由珠蛋白肽链结合4分子血红素而成，是人和其他脊椎动物的红细胞的主要成分。红细胞输送氧与二氧化碳的功能主要是通过血红蛋白来完成，旧称血色素。• 中国成年男性血红蛋白正常值为12～16g/dl(120～160g/L)，女性为11～15g/dl(110～150g/L)。新生儿为17～20g/dl(170～200g/L),出生后逐渐降低。

血红蛋白(hemoglobin，Hb)剧毒氰化钾

KCN?Afewmilligramsofthesubstanceandofrelatedcyanidescanberapidlyfatal（致命）tohumans,actingbyblocking（阻止）theabilityofcellstouseoxygen.结合氧与脱氧血红蛋白•血红蛋白也能与一氧化碳(CO)结合成一氧化碳血红蛋白(HbCO)，由于CO与血红素中的Fe结合,使血红蛋白失去了携带氧的能力。煤气中毒就是由于煤炭燃烧不完全而产生CO,被人体吸入后形成HbCO的结果。CO与血红蛋白的亲和力较氧气约大210倍,只要空气中CO的含量达到千分之一左右，即可使血液中50％的血红蛋白成为HbCO，造成缺氧状态，甚至致死。煤气中毒与血红蛋白贫血病的治疗•贫血：人体血液中血红蛋白的含量低于正常值•缺铁性贫血的药物，硫酸亚铁富含铁的食物：猪肝、蛤蜊、海带、黑木耳、鱼、鸡、牛肉、蛋、紫菜、菠菜、芝麻、红枣、山药、豆类等，不妨多吃一点。此外，在吃含铁食物的同时，也要多吃富含维生C的水果及蔬菜，这样更有助于铁质的吸收和利用。高粱不易消化的部分原因

高粱所含的蛋白质等于或超过其他谷物，但高粱的许多营养成分却不易被人体吸收。

高粱粒里的每个蛋白质体都被一层结实的蛋白质壁所包围。胃液里的酶需要突破这层壁才能吸收里面的蛋白质，因此所需的时间要长于消化玉米等其他谷物。蛋白质化学举例－豆腐的制作▲豆制品－优质植物蛋白▲豆腐：蛋白质10~15%，水82~88%▲原料：黄豆、水凝固剂：石膏、盐卤、葡萄糖酸内酯▲过程：泡豆、打浆、过滤、煮豆浆、点卤、压制豆腐制作的物理-化学过程▲煮豆浆：通过加热煮沸（95~105C)4~6min使蛋白质变性（煮熟），便于蛋白质的凝固。豆腐可以“生吃”－已经是熟的；进一步的烹制只是为了提高口感。豆腐制作的物理-化学过程▲点卤：搅拌中向豆浆中缓缓加入适量卤水（石膏水、葡萄糖酸内酯）使蛋白絮凝，形成蛋白质絮状物（豆花、豆腐脑）。静止30min使蛋白质充分絮凝形成蛋白质凝胶絮状物。点卤量决定豆腐的软和硬（嫩和老）。豆腐制作的物理-化学过程▲压制：将豆花倒入铺有滤布、漏水的容器中，用滤布包好豆花，用适当重量的重物压制，使豆花进一步脱水形成豆腐（蛋白质凝胶）。压制过程有轻到重，时间短则豆腐嫩，时间长豆腐老。脂类的营养和生理功能•

供给和储存热量C17H35COOH(s)+26O2(g)=18CO2(g)+18H2O(l)+热量(比糖和蛋白质大一倍多）•

构成机体组织：磷脂、糖脂、胆固醇

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维持体温、保护脏器

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促进脂溶维生素的吸收•

供给必需脂肪酸、调节生理功能

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提高食品的饱腹感和美味三、脂类脂类是脂肪和类脂的总称。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。饱和脂肪酸（固体）脂肪--猪油、牛油、黄油。不饱和脂肪酸（液体）脂肪--菜油、花生油、豆油等。类脂包括磷脂、糖脂、胆固醇和脂蛋白。CH2OHCHOHCH2OH脂肪酸,R-COOH饱和脂肪酸

-CH2-CH2-•碳链为12、14、16、

18的碳酸•16碳脂肪酸为软脂酸• 18碳脂肪酸为硬脂酸不饱和脂肪酸(有双键）-CH1=CH1-为18碳酸• 单不饱和--18：1油酸• 双不饱和--18：2亚油酸• 三不饱和--18：3亚麻酸橄榄油，最好的食用油?营养学家认为，橄榄既是蔬菜，也是水果,营养价值很高。据分析，橄榄果实中含水分67%、油脂23%、蛋白质5%、钙、铁、磷等矿物1%、维生素A、B、D、E、K，以及胶角鲨烯、多酚等。其中维生素E和多酚是强抗氧化剂。橄榄油既是果汁又是油，含近90%的不饱和脂肪酸，即油酸和亚油酸。其中，油酸的含量为80%，是植物油中含此单不饱和脂肪酸最高的。水、液、奶、乳、霜

的主要区别是什么？水、液、奶、乳、霜的主要区别在于含油量的不同。一般来说，水的含油量最低，例如保湿柔肤水，油相成份的含量不到3%；液、奶、乳的含油量依次递增，霜的含油量最高，例如保湿嫩肤霜，油相成份高达20%以上。四、维生素•

天然食物中的一种成分，不能供给能量。•

维持机体正常生长生育和生理功能所必需的。•

体内合成的量不足需要，必需由食物提供。•

过多和过少都于身体不利。Vitaminsenhancethebody'suseofcarbohydrates,proteins,andfats.Theyarecriticalintheformationofbloodcells,hormones（激素）,nervoussystemchemicalsknownasneurotransmitters（神经传递素）,andthegeneticmaterialdeoxyribonucleicacid(DNA).Vitamins

维生素• 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维生素的分类脂溶性维生素fatsoluble• VA• VD• VE• VK水溶性维生素watersoluble• VB1• VB2• VB6• VB11• VB12• VC• VH及VPPFatcontainingthesevitaminsisbrokendownbybile(胆汁),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维生素A1和A2•促进生长发育•参与视觉作用，治疗夜盲症A１视黄醇，咸水鱼肝脏A２脱氢视黄醇，淡水鱼肝脏老年癍-光敏感皮肤胡萝卜素在人体肠壁内能转变为维生素A.维生素D缺乏造成骨骼变形维生素D的唯一比较丰富的来源是鱼的肝和内脏.人体中维生素D原经紫外线作用后转化为维生素D3维生素E（生育酚）有抗氧化作用，有抗衰老效果,植物油中含量丰富。

Antioxidant,vitaminEAsanantioxidant,vitaminEmayalsoprotectfromheartdiseaseandcataractandmaystrengthentheimmunesystem（防止心脏病，白内障，增强免疫）.GoodsourcesofvitaminEincludewheatgermoilandsunflowerseeds（葵花子）.维生素B1

•谷物的果皮中含量高

•严重缺乏会得脚气病维生素B2

•缺乏时发生皮炎、

烂嘴角维生素B6缺乏时会导致头痛、失眠吡多胺吡多醇吡多酸维生素C--抗坏血酸

•严重缺乏引起坏血病

•可预防感冒和癌症

•人体从蔬菜和水果获得Get VcAscorbicacidoccurs naturallyinmanyfruitsandvegetables,particularlyintomatoes（西红柿）,citrus （柑橘类）fruits,cantaloupe,broccoli, spinach（菠菜）,greenpeppers,cabbage,andpotatoes（土豆）.Thevitaminis easilydestroy