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食品生物化学食品生物化学概概 念念 生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。生物体的化学组成生物体的化学组成自然界所有的生命物体都由三类物质组成：水、无机离子和生物分子生命体的元素组成生命体的元素组成在地球上存在的在地球上存在的9292种天然元素中，只有种天然元素中，只有2828种元素种元素在生物体内被发现在生物体内被发现第一类元素：包括第一类元素：包括C C、H H、O O和和N N四种元素四种元素，是组成是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的总质量的99%99%以上。以上。第二类元素：包括第二类元素：包括S S、P P、ClCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg。这这类元素也是组成生命体的基本元素。类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括第三类元素：包括FeFe、CuCu、CoCo、MnMn和和ZnZn。是生物。是生物体内存在的主要少量元素。体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括第四类元素：包括AlAl、AsAs、B B、BrBr、CrCr、F F、GaGa、I I、MoMo、SeSe、SiSi等等。生物分子生物分子生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。基础，是生物化学研究的基本对象。生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、核酸和生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子蛋白质等生物大分子维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧维生素、氧生物化学的发展简史生物化学的发展简史1780-1789 Lavoisier（法）研究“生物体内的燃烧”，指出此类“燃烧”耗氧并排出二氧化碳。后人称他是生物化学之父。1830-1842 Liebig（德）将食物分为糖、脂、蛋白质类，提出“代谢”一词，证明动物体温形成是食物在体内“燃烧”的缘故。最先写出两本生物化学相关专著。18901902 Fischer（德）（德）首次证明了蛋白质是多肽；首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的证了酶催化作用的“锁锁-匙匙”学学说；合成了糖及嘌呤。说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。1937年年 Krebs（英）发（英）发现三羧酸循环，现三羧酸循环，1953年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。汉斯汉斯克雷勃斯（克雷勃斯（Hans A.Krebs）李纳斯李纳斯鲍林（鲍林（Linus Pauling）1949 Pauling（美）指出镰刀形红细胞性贫血是一种分子病，并于1951年提出蛋白质存在二级结构。1954年获诺贝尔奖詹姆斯詹姆斯沃森（沃森（James D.Watson）1953年年 Watson（美）与（美）与 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的双螺分子的双螺旋结构模型，旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖。年共获诺贝尔奖。弗朗西斯弗朗西斯克里克（克里克（Francis H.Crick）1969-1972,Arber(瑞士瑞士),Smith(美美)与与Nathans(美美)在核酸限制在核酸限制酶的分离与应用方面做出突出贡献酶的分离与应用方面做出突出贡献,1978年共获诺贝尔奖。年共获诺贝尔奖。1972 Berg（美）在基因工（美）在基因工程基础研究方面作出了杰出程基础研究方面作出了杰出成果，获成果，获1980年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。1973 Cohen等（美）用核等（美）用核酸限制性内切酶酸限制性内切酶EcoR1，首，首次基因重组成功。次基因重组成功。Hamilton O.Smith Daniel Nathans Werner Arber Paul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 2001 Venter（美）等报道完成了人类基因组草图测序。（美）等报道完成了人类基因组草图测序。生物化学主要是应用化学的理论和方法来研究生命生物化学主要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。现象，阐明生命现象的化学本质。生物化学的基本内容包括：生物化学的基本内容包括：发现和阐明构成生命物体的分子基础发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组生物分子的化学组成、结构和性质；成、结构和性质；生物分子的结构、功能与生命现象的关系；生物分子的结构、功能与生命现象的关系；生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。内内 容容生生物物大大分分子子的的结结构构与与功功能能：蛋蛋白白质质、核核酸酸化化学学、酶酶、维维生生素与微量元素素与微量元素物物质质代代谢谢：糖糖、脂脂、氨氨基基酸酸、核核苷苷酸酸代代谢谢，生生物物氧氧化化、代代谢调节谢调节遗遗传传信信息息的的传传递递规规律律：DNA复复制制、RNA转转录录、蛋蛋白白质质生生物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学器器官官生生化化（重重要要组组织织器器官官的的代代谢谢特特点点）:肝肝胆胆、血血液液、结结缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物信息学专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物信息学第一章：糖的化学第一章：糖的化学概念：糖类物质是含有多羟基的醛类或酮类化合物及其缩聚物和衍生物的总称。分类与命名分类与命名（按糖的聚合度分）单糖（单糖（Monosaccharides）：不能被水解成更小分子的糖类，也称为简单糖简单糖，3C7C（丙糖庚糖），常见的是5C和6C糖，核糖，葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖。寡糖（寡糖（Oligosaccharides）：水解时生成几个单糖（210个），有用的是双（二）糖（蔗糖、麦牙糖、乳糖）多糖（多糖（Polysaccharides）：水解时产生20个以上个以上单糖分子的糖类，包括：同多糖同多糖（由一种单糖或其衍生物构成，如淀粉、糖原）杂多糖杂多糖（由一种以上单糖或其衍生物构成如，半纤维素、透明质酸）。复合糖（复合糖（Combinesaccharides）：糖蛋白和糖脂 糖衍生物（糖衍生物（Sugarderivatives ）：糖胺、糖酸和糖酯 单糖的构型单糖的链状结构单糖构型的命名含含n个手性个手性C的化合的化合物的旋光异构体的物的旋光异构体的数目数目=2n（个），（个），对映体的数目对映体的数目=2n/2（对）（对）离羰基碳最远离羰基碳最远的那个的那个手性手性C的构型作为醛的构型作为醛糖分子的构型糖分子的构型。单糖的环状结构和和异头物异头物（anomers,a&b）异头C（anomeric C1）a(OH below the ring)b(OH above the ring).吡喃糖和呋喃糖吡喃糖和呋喃糖：Haworth式（透视式）式（透视式）单糖的构象单糖的构象（configuration）船式（boat）和椅式（chair）。Chair form单糖的理化性质单糖的理化性质 1.物理性质：物理性质：旋光性：旋光性：旋光性，变旋现象旋光性，变旋现象甜度：甜度：溶解度：溶解度：2.化学性质化学性质:（一）醛基的反应：（一）醛基的反应：（二）羟基的反应：（二）羟基的反应：（三）其它反应：（三）其它反应：寡寡 糖糖 寡糖：寡糖：初生寡糖初生寡糖次生寡糖次生寡糖一结构与性质一结构与性质：1参与组成的单糖单位参与组成的单糖单位2参与成糖苷键的参与成糖苷键的C原子的位置原子的位置3参与成糖苷键的每一异头碳（参与成糖苷键的每一异头碳（1位）羟基的构型（位）羟基的构型（异头定向异头定向）4 4单糖单位的次序（非同一种单糖残基）单糖单位的次序（非同一种单糖残基）5 5寡糖的命名寡糖的命名 糖苷键（Glycosidic Bonds）R-OH +HO-R R-O-R +H2O麦芽糖（麦芽糖（Maltose）纤维二糖纤维二糖（Cellobiose）常见二糖（常见二糖（Disaccharides）蔗糖蔗糖（Sucrose）乳糖（乳糖（Lactose）第三节第三节多多糖糖（Polysaccharides）分类分类：（1）根据生物来源生物来源不同：植物多糖、动物多糖、微生物多糖；（2）根据单糖组成单糖组成不同：同多糖、杂多糖；（3 3）根据生物功能生物功能不同：贮存（贮能）多糖、结构多糖、细胞专 一的识别信号；一一.同多糖同多糖（均一多糖）：（均一多糖）：1.淀粉：淀粉：直链淀粉直链淀粉：支链淀粉支链淀粉：2.糖原（动物淀粉）：糖原（动物淀粉）：3.纤维素：纤维素：二杂多糖（不均一多糖）二杂多糖（不均一多糖）Amylose（直链淀粉）（直链淀粉）is a glucose polymer with a(14)linkages.It adopts a helical conformation.The end of the polysaccharide with an anomeric C1 not involved in a glycosidic bond is called the reducing end.Amylopectin（支链淀粉）（支链淀粉）is a glucose polymer with mainly a(14)linkages,but it also has branches formed by a(16)linkages.Branches are generally longer than shown above.The branches produce a compact structure&provide multiple chain ends at which enzymatic cleavage can occur.Glycogen,the glucose storage polymer in animals,is similar in structure to amylopectin.But glycogen has more a(16)branches.The highly branched structure permits rapid release of glucose from glycogen stores,e.g.,in muscle during exercise.The ability to rapidly mobilize glucose is more essential to animals than to plants.Cellulose,a major constituent of plant cell walls,consists of long linear chains of glucose with(1-4)linkages.Every other glucose is flipped over,due to the linkages.This promotes intra-chain and inter-chain H-bonds andvan der Waals interactions,that cause cellulose chains to be straight&rigid,and pack with a crystalline arrangement in thick bundles called microfibrils.结构及性质结构及性质直链淀粉直链淀粉支链淀粉支链淀粉糖糖原原纤维素纤维素主要分布主要分布植物植物植物植物人及动物人及动物植物植物功功能能能能源源及及碳碳源源（长长期期贮贮备）备）能能源源及及碳碳源源（短短期期贮贮备）备）能源及碳源（短期贮能源及碳源（短期贮备）备）细胞壁的结构多糖细胞壁的结构多糖溶解性溶解性少量地溶于热水少量地溶于热水易易溶溶于于水水，形形成成稳稳定定的胶体的胶体易溶于水易溶于水不不溶溶于于水水及及多多种种其其它它溶剂溶剂分子量（分子量（Da）平平均均分分子子量量为为11052106（60012000个个葡萄糖残基）葡萄糖残基）平平均均分分子子量量为为11066106（600037000个葡萄糖残基）个葡萄糖残基）平平均均分分子子量量为为310615106，无无碱碱分分离离法法得得到到的的糖糖原原分分子子量量可达可达100106平平 均均 分分 子子 量量 为为 12106单糖单位单糖单位葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖二糖单位二糖单位麦芽糖麦芽糖麦芽糖麦芽糖麦芽糖麦芽糖纤维二糖纤维二糖糖苷键糖苷键1,4糖糖苷苷键键连连接接成成的线形分子的线形分子高高度度分分支支，约约每每2530个个单单位位有有1个个分分支支点点，线线形形链链部部分分是是1,4糖糖苷苷键键，分分支支点点处处是是1,6糖糖苷苷键键连接连接高高度度分分支支，平平均均每每812个个残残基基发发生生一一次次分分支支，与与支支链链淀淀粉粉很相似，很相似，线线形形，残残基基间间通通过过（1,4）糖苷键相连）糖苷键相连与与I2作用的颜色作用的颜色深蓝色深蓝色紫色到紫红色紫色到紫红色红紫色至红褐色红紫色至红褐色不作用不作用二级结构二级结构左左手手螺螺旋旋，每每圈圈含含6个单糖残基个单糖残基有分支的螺旋结构有分支的螺旋结构有分支的螺旋结构有分支的螺旋结构微微晶晶（胶胶束束）微纤维微纤维crystalline第二章第二章 脂类化学脂类化学概概 论（论（Overview)Overview)一定义：一定义：脂脂质质(lipid,脂类或类脂脂类或类脂)：是一类低溶于水、高溶于非极性溶剂的生物有机分子。化学本质化学本质脂肪酸脂肪酸和醇醇所形成的酯酯类类及其衍生物。脂肪酸脂肪酸多是4碳以上的长链一元酸长链一元酸。醇醇甘油甘油(丙三醇)、鞘鞘氨醇氨醇、高级一元醇高级一元醇和固固醇醇。元素组成元素组成主要是碳碳、氢氢、氧氧,有些尚含氮氮、磷磷及硫硫。脂肪脂肪 又称三酯酰甘油或甘油三脂又称三酯酰甘油或甘油三脂类脂类脂磷脂糖脂异戊二烯酯甾醇萜类甘油磷脂鞘氨醇磷脂卵磷脂脑磷脂二二.脂类的分类脂类的分类(1)(1)单纯脂单纯脂-是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。(2)(2)复复合合脂脂 -除除醇醇类类、脂脂肪肪酸酸外外还还含含有有其其它它物物质质，如如磷磷酸酸、含含氮氮化化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。(3)(3)其其它它脂脂 -为为一一类类不不含含有有脂脂肪肪酸酸、非非皂皂化化的的脂脂，包包括括萜萜类类、前前列列腺素类和甾类化合物等。腺素类和甾类化合物等。单纯脂单纯脂 复合脂复合脂 磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，是最具有代表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷酸甘油脂是细胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷酸甘油脂结构如图:贮藏物质贮藏物质/能量物质能量物质 脂肪是机体内代谢燃料的贮存形式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用。脂肪组织储存脂肪,约占体重1020%.1g脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g糖彻底氧化仅供能16.7KJ。合理饮食合理饮食 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 151525%25%空腹空腹 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 50%50%以上以上 禁食禁食1 13 3天天 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 85%85%饱食、少动饱食、少动 脂肪堆积，发胖脂肪堆积，发胖三三.脂类的功能脂类的功能提供给机体必需脂成分提供给机体必需脂成分（1）必需脂肪酸 亚油酸 18碳脂肪酸，含两个不饱和键；亚麻酸 18碳脂肪酸，含三个不饱和键；花生四烯酸 20碳脂肪酸，含四个不饱和键；（2）生物活性物质:激素、胆固醇、维生素等。生物体结构物质生物体结构物质 （1）作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜结构的基本组成成分。（2）保护作用 脂肪组织较为柔软，存在于各重要的器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用。用作药物用作药物 卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗等。脂肪（三酰甘油）脂肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含1个双键（油酸）含2个双键（亚油酸）含3个双键（亚麻酸）含4个双键（花生四烯酸）三脂酰甘油的结构三脂酰甘油的结构1 1软脂酰软脂酰2,32,3二油酰甘油二油酰甘油 当当3 3个个脂脂肪肪酸酸都都是是同同一一种种脂脂肪肪酸酸时时，称称为为简简单单三三脂脂酰酰甘甘油油，当当3 3个个脂脂肪肪酸酸至至少少有一个不同时，称为混合三脂酰甘油。有一个不同时，称为混合三脂酰甘油。三脂酰甘油三脂酰甘油（三酰甘油）（三酰甘油）（甘油三酯）（甘油三酯）某些天然存在的脂肪酸某些天然存在的脂肪酸通俗名通俗名系统名系统名简写符号简写符号熔点熔点月桂酸月桂酸n-n-十二酸十二酸12:012:044.244.2软脂酸软脂酸n-n-十六酸十六酸16:016:063.163.1花生酸花生酸n-n-二十酸二十酸20:020:076.576.5棕榈油酸棕榈油酸十六碳十六碳-9-9-烯酸（顺）烯酸（顺）16:116:19C9C-0.5-0.5-0.5-0.5鳕油酸鳕油酸二十碳二十碳-9-9-烯酸（顺）烯酸（顺）20:120:19C9C23-23.523-23.5亚油酸亚油酸十八碳十八碳-9,12-9,12-二烯酸（顺，顺）二烯酸（顺，顺）18:218:29C,12C9C,12C-5-5-亚麻酸亚麻酸十八碳十八碳-9,12,15-9,12,15-三烯酸（全顺）三烯酸（全顺）18:318:39C,12C,15C9C,12C,15C-11-11花生四烯酸花生四烯酸二十碳二十碳-5,8,11,14-5,8,11,14-四烯酸四烯酸（全顺）（全顺）20:420:45C,8C,11C,14C5C,8C,11C,14C-49-49EPAEPA二十碳二十碳-5,8,11,14,17-5,8,11,14,17-五烯酸五烯酸（全顺）（全顺）-54-53-54-53DHADHA二十二碳二十二碳-4,7,10,13,16,19-4,7,10,13,16,19-六烯六烯酸（全顺）酸（全顺）-45.5-45.5-44.1-44.1甘油三酯（三酰甘油）甘油三酯（三酰甘油）1分类分类：简单三酰甘油：三个脂肪酸相同。混合三酰甘油：三个脂肪酸任何2个不相 同或3个各不相同。大多数天然油脂都是简单甘油三酯和混合甘油三酯的复杂混合物。2构型和命名：构型和命名：3物理性质：物理性质：（1）颜色和气味：无色、无味的稠性液体或蜡状固体）颜色和气味：无色、无味的稠性液体或蜡状固体（2）溶溶解解度度和和密密度度：密密度度都都1g/cm3，不不溶溶于于水水，略略溶溶于于低级醇，易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等。低级醇，易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等。（3）熔点（混合物）：不饱和数）熔点（混合物）：不饱和数熔点熔点液态液态链长链长熔点熔点固态固态（4）光学活性：具有光学活性。）光学活性：具有光学活性。4.4.化学性质：化学性质：（1）皂化：（2）水解第三节第三节磷磷脂脂 磷脂磷脂甘油磷脂甘油磷脂+鞘磷脂鞘磷脂；是生物膜的主要成分，其中，甘油磷脂是第一大类膜脂。甘油磷脂（磷酸甘油酯）甘油磷脂（磷酸甘油酯）：组成组成：甘油 2个脂肪酸 磷脂酸（甘油磷脂的母体）磷酸 X（极性醇，如：胆碱，乙醇胺，Ser，肌醇，甘油等）极性头+非极性尾 Phosphatidate(磷酯酸)In phosphatidate:wfatty acids are esterified to hydroxyls on C1&C2wthe C3 hydroxyl is esterified to Pi.Phosphatidic Acid is the parent phospholipidIn most glycerophospholipids(phosphoglycerides),Pi is in turn esterified to OH of a polar head group(X):serine,choline,ethanolamine,glycerol,or inositol.The 2 fatty acids tend to be non-identical.They may differ in length and/or the presence/absence of double bonds.(甘油磷脂）Phosphatidylcholine（磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱）,with choline as polar head group,is an example of a glycerophospholipid.It is a common membrane lipid.Phosphatidylinositol（磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇）,with inositol as polar head group,is another glycerophospholipid.In addition to being a membrane lipid,phosphatidylinositol has roles in cell signaling.Each glycerophospholipidincludeswa polar region:glycerol,carbonyl of fatty acids,Pi,&the polar head group(X)w2 non-polar hydrocarbon tails of fatty acids(R1,R2).Such an amphipathic lipidmay be represented as atright.鞘氨醇磷脂类（鞘磷脂鞘氨醇磷脂类（鞘磷脂，Sphingolipids）：鞘氨醇鞘氨醇（骨架）（骨架）组成：组成：脂肪酸脂肪酸神经酰胺（鞘磷脂类的母体）神经酰胺（鞘磷脂类的母体）磷酸磷酸X(神经酰胺神经酰胺)(鞘氨醇鞘氨醇)(鞘磷脂）鞘磷脂）（鞘磷脂鞘磷脂）糖脂糖脂：鞘糖脂 甘油糖脂 中性鞘糖脂（糖基不含唾液酸或硫酸）鞘糖脂 硫酸鞘糖脂（硫苷脂）酸性鞘糖脂（糖基含唾液酸或硫酸）唾液酸鞘糖脂（神经节苷脂）糖糖脂脂（脑苷脂）半乳糖基神经酰胺(神经节苷脂)甘油糖脂（糖基甘油酯）：甘油糖脂（糖基甘油酯）：二酯甘油分子二酯甘油分子sn-3位上的羟基与糖位上的羟基与糖基以糖苷键连接而成基以糖苷键连接而成。最常见的甘油糖脂有：单半乳糖基单半乳糖基二酰基甘油二酰基甘油和二半乳糖基二酰基甘油二半乳糖基二酰基甘油。第四节第四节萜类（萜类（Terpenes）和类固醇）和类固醇（Cholesterol）不含脂肪酸不含脂肪酸（异戊二烯）Cholesterol is largely hydrophobic.But it has one polar group,a hydroxyl,making it amphipathic.Cholesterol,an important constituent of cell membranes,has a rigid ring system and a short branched hydrocarbon tail.Cholesterol inserts into bilayer membranes with its OH oriented toward the aqueous phase&its hydrophobic ring system adjacent to fatty acid chains of phospholipids.The hydroxyl group of cholesterol forms hydrogen bonds with polar phospholipid head groups.
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