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基本營養物質

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基本營養物質是指糖類、脂質、蛋白質。它們是人體必需六大營養物質的其中一份,其餘的則為為:無機鹽、水、維生素。基本營養物是維持人體生理需求的基本物質。

1糖類

介紹:糖類是自然界中廣泛分佈的一類重要的有機化合物。日常食用的蔗糖、糧食中的澱粉、植物體中的纖維素、人體血液中的葡萄糖等均屬糖類。糖類在生命活動過程中起著重要的作用,是一切生命體維持生命活動所需能量的主要來源。
構成:主要由碳、氫、氧三種元素構成。
糖類化合物包括單糖、單糖的聚合物及衍生物。
單糖分子都是帶有多個羥基的醛類或者酮類。
糖類化合物化學概念:單糖是多羥醛或多羥酮及他們的環狀半縮醛或衍生物。多糖則是單糖縮合的多聚物。
分子通式:Cm(H2O)n
然而,符合這一通式的不一定都是糖類,是糖類也不一定都符合這一通式。
這只是表示大多數糖的通式。
碳水化合物只是糖類的大多數形式。我們把糖類狹義的理解為碳水化合物。
碳水化合物(最基本分類) 單糖
丙糖 例如:甘油醛
戊糖,五碳糖 例如: 核糖,脫氧核糖
己糖 例如: 葡萄糖,果糖
他們化學式都是 C6H12O6
二糖
蔗糖、麥芽糖和乳糖
他們化學式都是(C6H10O5)2
多糖
澱粉、纖維素和糖原
他們化學式是(C6H10O5)n
糖類化合物的生物學作用主要是:
1 作為生物能源
2 作為其他物質生物合成的碳源
3 作為生物體的結構物質
4 糖蛋白、糖脂等具有細胞識別、免疫活性等多種生理活性功能。
單糖-糖類種結構最簡單的一類,單糖分子含有許多親水基團,易溶於水,不溶於乙醚、丙酮等有機溶劑,簡單的單糖一般是含有3-7個碳原子的多羥基醛或多羥基酮,其組成元素是C,H,O葡萄糖、果糖、半乳糖等。 葡萄糖是生命活動的主要能源物質,核糖是RNA的組成物質,脫氧核糖是DNA的組成物質。葡萄糖、果糖的分子式都是:C6H12O6。他們是同分異構體。
低聚糖(寡糖)-由2-10個單糖分子聚合而成。水解后可生成單糖。
二糖-二糖是由兩分子單糖脫水而成的糖苷,苷元是另一分子的單糖。二糖水解後生成兩分子的單糖。如乳糖、蔗糖、麥芽糖。蔗糖和麥芽糖是能水解成單糖供能。它們的分子式都是:C12H22O11。也屬於同分異構體。
三糖-水解後生成三分子的單糖。如棉子糖。澱粉是儲蓄物質,纖維素是組成細胞壁,糖元是儲能物質。
四糖
五糖
多聚糖-由10個以上單糖分子聚合而成。經水解后可生成多個單糖或低聚糖。根據水解後生成單糖的組成是否相同,可以分為:
同聚多糖-同聚多糖由一種單糖組成,水解後生成同種單糖。如阿拉伯膠、糖元、澱粉、纖維素等。 澱粉和纖維素的表達式都是(C6H10O5)n。但他們不是同分異構體,因為他們的n數量不同。其中澱粉n<纖維素n。
雜聚多糖-雜聚多糖由多種單糖組成,水解後生成不同種類的單糖。如粘多糖、半纖維素等。
複合糖(complex carbohydrate,glycoconjugate).糖類的還原端和蛋白質或脂質結合的產物。

2蛋白質

蛋白質的性質
①具有兩性
蛋白質是由α-氨基酸通過肽鍵構成的高分子化合物,在蛋白質分子中存在著氨基和羧基,因此跟氨基酸相似,蛋白質也是兩性物質。
②可發生水解反應
蛋白質在酸、鹼或酶的作用下發生水解反應,經過多肽,最後得到多種α-氨基酸。
蛋白質水解時,應找准結構中鍵的「斷裂點」,水解時肽鍵
如:蛋白質
nH2N—CH2—COOH
找到「斷裂點」就可以確定蛋白質水解的產物
例如某蛋白質水解
可得三種α-氨基酸,為H2N—CH2—COOH、
③溶水具有膠體的性質
有些蛋白質能夠溶解在水裡(例如雞蛋白能溶解在水裡)形成溶液。具有膠體性質。
蛋白質的分子直徑達到了膠體微粒的大小(10-9~10-7m)時,所以蛋白質具有膠體的性質。
④加入電解質可產生鹽析作用
少量的鹽(如硫酸銨、硫酸鈉等)能促進蛋白質的溶解,如向蛋白質水溶液中加入濃的無機鹽溶液,可使蛋白質的溶解度降低,而從溶雍中析出,這種作用叫做鹽析.
這樣鹽析出的蛋白質仍舊可以溶解在水中,而不影響原來蛋白質的性質,因此鹽析是個可逆過程.利用這個性質,採用鹽析方法可以分離提純蛋白質.
⑤蛋白質的變性
在熱、酸、鹼、重金屬鹽、紫外線等作作用下,蛋白質會發生性質上的改變而凝結起來.這種凝結是不可逆的,不能再使它們恢復成原來的蛋白質.蛋白質的這種變化叫做變性.
蛋白質變性后,就失去了原有的可溶性,也就失去了它們生理上的作用.因此蛋白質的變性凝固是個不可逆過程.
造成蛋白質變性的原因
物理因素包括:加熱、加壓、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波等:
化學因素包括:強酸、強鹼、重金屬鹽、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。
⑥顏色反應
蛋白質可以跟許多試劑發生顏色反應.例如在雞蛋白溶液中滴入濃硝酸,則雞蛋白溶液呈黃色.這是由於蛋白質(含苯環結構)與濃硝酸發生了顏色反應的緣故.
利用這種顏色反應可以鑒別蛋白質.
蛋白質在灼燒分解時,可以產生一種燒焦羽毛的特殊氣味.
利用這一性質可以鑒別蛋白質.
蛋白質和健康
蛋白質是荷蘭科學家格里特在1838年發現的。他觀察到有生命的東西離開了蛋白質就不能生存。蛋白質是生物體內一種極重要的高分子有機物,占人體乾重的54%。蛋白質主要由氨基酸組成,因氨基酸的組合排列不同而組成各種類型的蛋白質。人體中估計有10萬種以上的蛋白質。生命是物質運動的高級形式,這種運動方式是通過蛋白質來實現的,所以蛋白質有極其重要的生物學意義。人體的生長、發育、運動、遺傳、繁殖等一切生命活動都離不開蛋白質。生命運動需要蛋白質,也離不開蛋白質。
必需氨基酸和非必需氨基酸蛋白質的分類
營養學上根據食物蛋白質所含氨基酸的種類和數量將食物蛋白質分三類:1、完全蛋白質這是一類優質蛋白質。它們所含的必需氨基酸種類齊全,數量充足,彼此比例適當。這一類蛋白質不但可以維持人體健康,還可以促進生長發育。奶、蛋、魚、肉中的蛋白質都屬於完全蛋白質。2、半完全蛋白質這類蛋白質所含氨基酸雖然種類齊全,但其中某些氨基酸的數量不能滿足人體的需要。它們可以維持生命,但不能促進生長發育。例如,小麥中的麥膠蛋白便是半完全蛋白質,含賴氨酸很少。食物中所含與人體所需相比有差距的某一種或某幾種氨基酸叫做限制氨基酸。穀類蛋白質中賴氨酸含量多半較少,所以,它們的限制氨基酸是賴氨酸。3、不完全蛋白質這類蛋白質不能提供人體所需的全部必需氨基酸,單純靠它們既不能促進生長發育,也不能維持生命。例如,肉皮中的膠原蛋白便是不完全蛋白質。
常見蛋白質
纖維蛋白(fibrous protein):一類主要的不溶於水的蛋白質,通常都含有呈現相同二級結構的多肽鏈許多纖維蛋白結合緊密,並為 單個細胞或整個生物體提供機械強度,起著保護或結構上的作用。
球蛋白(globular protein):緊湊的,近似球形的,含有摺疊緊密的多肽鏈的一類蛋白質,許多都溶於水。典形的球蛋白含有能特異的識別其它化合物的凹陷或裂隙部位。
角蛋白(keratin):由處於α-螺旋或β-摺疊構象的平行的多肽鏈組成不溶於水的起著保護或結構作用蛋白質。
膠原(蛋白)(collagen):是動物結締組織最豐富的一種蛋白質,它是由原膠原蛋白分子組成。原膠原蛋白是一種具有右手超螺旋結構的蛋白。每個原膠原分子都是由3條特殊的左手螺旋(螺距0.95nm,每一圈含有3.3個殘基)的多肽鏈右手旋轉形成的。
伴娘蛋白(chaperone):與一種新合成的多肽鏈形成複合物並協助它正確摺疊成具有生物功能構向的蛋白質。伴娘蛋白可以防止不正確摺疊中間體的形成和沒有組裝的蛋白亞基的不正確聚集,協助多肽鏈跨膜轉運以及大的多亞基蛋白質的組裝和解體。
肌紅蛋白(myoglobin):是由一條肽鏈和一個血紅素輔基組成的結合蛋白,是肌肉內儲存氧的蛋白質,它的氧飽和曲線為雙曲線型。
血紅蛋白(hemoglobin): 是由含有血紅素輔基的4個亞基組成的結合蛋白。血紅蛋白負責將氧由肺運輸到外周組織,它的氧飽和曲線為S型。
蛋白質變性(denaturation):生物大分子的天然構象遭到破壞導致其生物活性喪失的現象。蛋白質在受到光照,熱,有機溶濟以及一些變性濟的作用時,次級鍵受到破壞,導致天然構象的破壞,使蛋白質的生物活性喪失。
復性(renaturation):在一定的條件下,變性的生物大分子恢復成具有生物活性的天然構象的現象。
別構效應(allosteric effect):又稱為變構效應,是寡聚蛋白與配基結合改變蛋白質的構象,導致蛋白質生物活性喪失的現象。
蛋白質的主要來源是肉、蛋、奶、和豆類食品,一般而言,來自於動物的蛋白質有較高的品質,含有充足的必需氨基酸。必需氨基酸約有8種,無法由人體自行合成,必須由食物中攝取,若是體內有一種必需氨基酸存量不足,就無法合成充分的蛋白質供給身體各組織使用,其他過剩的蛋白質也會被身體代謝而浪費掉,所以確保足夠的必需氨基酸攝取是很重要的。植物性蛋白質通常會有1-2種必需氨基酸含量不足,所以素食者需要攝取多樣化的食物,從各種組合中獲 得足夠的必需氨基酸。一塊像撲克牌大小的煮熟的肉約含有30-35公克的蛋白質,一大杯牛奶約有8-10公克,半杯的各式豆類約含有6-8公克。所以一天吃一塊像撲克牌大小的肉,喝兩大杯牛奶,一些豆子,加上少量來自於蔬菜水果和飯,就可得到大約60-70公克的蛋白質,足夠一個體重60公斤的長跑選手所需。若是你的需求量比較大,可以多喝一杯牛奶,或是酌量多吃些肉類,就可獲得充分的蛋白質
怎樣選擇蛋白質食物
蛋白質食物是人體重要的營養物質,保證優質蛋白質的補給是關係到身體健康的重要問題,怎樣選用蛋白質才既經濟又能保證營養呢?
首先,要保證有足夠數量和質量的蛋白質食物.根據營養學家研究,一個成年人每天通過新陳代謝大約要更新300g以上蛋白質,其中3/4來源於機體代謝中產生的氨基酸,這些氨基酸的再利用大大減少了需補給蛋白質的數量.一般地講,一個成年人每天攝入60g~80g蛋白質,基本上已能滿足需要.
其次,各種食物合理搭配是一種既經濟實惠,又能有效提高蛋白質營養價值的有效方法.每天食用的蛋白質最好有三分之一來自動物蛋白質,三分之二來源於植物蛋白質.中國人民有食用混合食品的習慣,把幾種營養價值較低的蛋白質混合食用,其中的氨基酸相互補充,可以顯著提高營養價值.例如,穀類蛋白質含賴氨酸較少,而含蛋氨酸較多.豆類蛋白質含賴氨酸較多,而含蛋氨酸較少.這兩類蛋白質混合食用時,必需氨基酸相互補充,接近人體需要,營養價值大為提高.
第三,每餐食物都要有一定質和量的蛋白質.人體沒有為蛋白質設立儲存倉庫,如果一次食用過量的蛋白質,勢必造成浪費.相反如食物中蛋白質不足時,青少年發育不良,成年人會感到乏力,體重下降,抗病力減弱.
第四,食用蛋白質要以足夠的熱量供應為前提.如果熱量供應不足,肌體將消耗食物中的蛋白質來作能源.每克蛋白質在體內氧化時提供的熱量是18kJ,與葡萄糖相當.用蛋白質作能源是一種浪費,是大材小用.
幫助癌細胞的蛋白質的結構
當癌細胞快速增生時,它們好像需要一種名為survivin的蛋白質的幫助。這種蛋白質在癌細胞中含量很豐富,但在正常細胞中卻幾乎不存在。癌細胞與survivin蛋白的這種依賴性使得survivin自然成為製造新抗癌藥物的靶標,但是在怎樣對付survivin蛋白這個問題上卻仍有一些未解之謎。最近據一些研究人員報道,survivin蛋白出人意料地以成雙配對的形式結合在一起——這一發現很有可能為抗癌藥物的設計提供了新的鍥機。
Survivin蛋白屬於一類防止細胞自我破壞(即凋亡)的蛋白質。這類蛋白質主要通過抑制凋亡酶(caspases)的作用來阻礙其把細胞送上自殺的道路。以前一直沒有科學家觀察到survivin蛋白與凋亡酶之間的相互作用。也有其它跡象表明survivin蛋白扮演著另一個不同的角色——在細胞分裂后幫助把細胞拉開。
為了搞清survivin蛋白到底起什麼作用,美國加利福尼亞州的結構生物學家JosephNoel和同事們率先認真觀察了它的三維結構。他們將X射線照射在該蛋白質的晶體上,並測量了X射線的偏轉角度,這可以讓研究人員計算出蛋白質中每個原子所處的位置。他們得到的結果指出,survivin蛋白形成一種結和,這是其它凋亡抑制物不形成的。這幾位研究人員在7月份出版的《自然結構生物學》雜誌中報告,survivin分子的一部分出人意料地與另一個survivin分子的相應部分連結在一起,形成了一個被稱為二聚物(dimer)的蛋白質對。研究人員推測這些survivin蛋白的二聚物可能在細胞分裂時維持關鍵的分子結構。如果這種蛋白質必須成雙配對后才能發揮作用,那麼用一種小分子把它們分開也許能對付癌症。
生物化學家GuySalvesen說,掌握了survivin蛋白的結構「並沒有澄清它是怎樣防止細胞自殺的疑點」。但是他說,這些蛋白質配對的事實確實讓人驚奇,「你幾乎很難找到不重要的二聚作用區域」。他也同意兩個蛋白質的接觸面將是抗癌症藥物集中對付的良好靶標。
食用量
攝入的蛋白質有可能會過量。 保持健康所需的蛋白質含量因人而異。
普通健康成年男性或女性每公斤(2.2 磅)體重大約需要 0.8 克蛋白質。
隨著年齡的增長,合成新蛋白質的效率會降低,肌肉塊(蛋白質組織)也會萎縮,而脂肪含量卻保持不變甚至有所增加。 這就是為什麼在老年時期肌肉看似會」變成肥肉「。
嬰幼兒、青少年、懷孕期間的婦女、傷員和運動員通常每日可能需要攝入更多蛋白質。
蛋白質歷史
在18世紀,安東尼奧·弗朗索瓦(Antoine Fourcroy)和其他一些研究者發現蛋白質是一類獨特的生物分子,他們發現用酸處理一些分子能夠使其凝結或絮凝。當時他們注意到的例子有來自蛋清、血液、血清白蛋白、纖維素和小麥麵筋里的蛋白質。荷蘭化學家Gerhardus JohannesMulder對一般的蛋白質進行元素分析發現幾乎所有的蛋白質都有相同的實驗公式。用「蛋白質」這一名詞來描述這類分子是由Mulder的合作者永斯·貝采利烏斯於1838年提出。Mulder隨後鑒定出蛋白質的降解產物,並發現其中含有為氨基酸的亮氨酸,並且得到它(非常接近正確值)的分子量為131Da。
對於早期的生物化學家來說,研究蛋白質的困難在於難以純化大量的蛋白質以用於研究。因此,早期的研究工作集中於能夠容易地純化的蛋白質,如血液、蛋清、各種毒素中的蛋白質以及消化性和代謝酶(獲取自屠宰場)。1950年代後期,Armour Hot Dog Co.公司純化了一公斤純的牛胰腺中的核糖核酸酶A,並免費提供給全世界科學家使用。目前,科學家可以從生物公司購買越來越多的各類純蛋白質。
著名化學家萊納斯·鮑林成功地預測了基於氫鍵的規則蛋白質二級結構,而這一構想最早是由威廉·阿斯特伯里於1933年提出。隨後,Walter Kauzman在總結自己對變性的研究成果和之前Kaj Linderstrom-Lang的研究工作的基礎上,提出了蛋白質摺疊是由疏水相互作用所介導的。1949年,弗雷德里克·桑格首次正確地測定了胰島素的氨基酸序列,並驗證了蛋白質是由氨基酸所形成的線性(不具有分叉或其他形式)多聚體。原子解析度的蛋白質結構首先在1960年代通過X射線晶體學獲得解析;到了1980年代,NMR也被應用於蛋白質結構的解析;近年來,冷凍電子顯微學被廣泛用於對於超大分子複合體的結構進行解析。截至到2008年2月,蛋白質資料庫中已存有接近50,000個原子解析度的蛋白質及其相關複合物的三維結構的坐標。
簡介
油和脂肪都是高級脂肪酸甘油酯,統稱為油脂。一般把常溫下是液體的稱作油,而把常溫下是固體的稱作脂肪。是油料在成熟過程中由糖轉化而形成的一種複雜的混合物,是油籽中主要的化學成分。油脂的主要成分是各種高級脂肪酸的甘油酯。
化學性質
油脂中的碳鏈含碳碳雙鍵時(即為不飽和脂肪酸甘油酯),主要是低沸點的植物油;油脂中的碳鏈為碳碳單鍵時(即為飽和脂肪酸甘油酯),主要是高沸點的動物脂肪。
其中油可以進行加成反應(如氫化),油和脂都能進行水解。
油脂是食物組成中的重要部分,也是同質量產生能量最高的營養物質。1g油脂在完全氧化(生成二氧化碳和水)時,放出熱量約39kJ,大約是糖或蛋白質的2倍。成人每日需進食50~60g脂肪,可提供日需熱量的20%~25%。
脂肪在人體內的化學變化主要是在脂肪酶的催化下,進行水解,生成甘油(丙三醇)和高級脂肪酸,然後再分別進行氧化分解,釋放能量。油脂同時還有保持體溫和保護內臟器官的作用。
分類
液態油類可根據它們在空氣中能否乾燥的情況分為:幹性油、半幹性油和非幹性油三類。除三甘油酯外,並含有少量遊離脂肪酸、磷脂、甾醇、色素和維生素等。
化合態的或遊離態的脂肪酸,有飽和的如月桂酸、軟脂酸、硬脂酸等。
有不飽和的如油酸、亞油酸、亞麻酸等。油脂不溶於水,溶於有機溶劑如烴類、醇類、酮類、醚類和酯類等。在較高溫度,有催化劑或有解脂酵素存在時,經水解而成脂肪酸和甘油。與鈣、鉀和鈉的氫氧化物經皂化而成金屬皂和甘油。並能起其他許多化學反應如鹵化、硫酸化、磺化、氧化、氫化、去氧、異構化、聚合、熱解等。主要用途是供食用,但也廣泛用於製造肥皂、脂肪酸、甘油、油漆、油墨、乳化劑、潤滑劑等。
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