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1、第9章 食品中营养成分的代谢,9.1 生物氧化 9.2 糖代谢 9.3 脂代谢 9.4 蛋白质降解和氨基酸代谢 9.5 核酸的降解与核苷酸代谢 9.6 新鲜天然食物组织中代谢活动的特点,江苏食品职业技术学院食品工程系,新陈代谢概述,新陈代谢：生物体与外界环境不断交换物质的过程， 包括从体外吸收养料和在组织中的变化及向体外排泄废物。 广义的新陈代谢：物质的消化吸收、转化和排泄的整个过程。 狭义的新陈代谢：物质在细胞内发生的合成和分解过程，又称为中间代谢。,代谢概述,合成代谢 小分子 大分子 (同化作用) 需要能量 物 新 能 陈 量 质 代 代 谢 谢 代 分解代谢 释放能量 (异化作用) 大分
2、子 小分子 谢,代谢概述,食品中营养成分的代谢：糖类、蛋白质和脂类等在生物体内的分解与合成。 研究生物代谢的目的：了解食物成分在人体内营养过程中的变化；了解食品质量在工业加工过程中的变化。,有机物在生物体内的氧化包括物质分解和产能,呼吸作用,O2,CO2 + H2O,细胞呼吸（微生物）,1）生物氧化的特点 （1）生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过 程，反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。 （2）生物氧化由一系列连续的化学反应逐步完成， 伴随着能量的逐步释放。 （3）生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联， 转换成生物体能够直接利用的能源物质ATP。,(1)加氧反应,2）生物氧化的方
3、式,O2,苯丙氨酸 酪氨酸,(2)脱氢反应,乳酸脱氢酶,2.生物氧化过程中二氧化碳和水的生成 1) CO2的生成 代谢中间产物如草酰乙酸、苹果酸、丙酮酸等脱羧产生 （1）直接脱羧 脱羧酶催化 O O | -酮酸脱羧酶 | CH3 C COOH CH3C + CO2 Mg2+、TPP | H,脱羧酶 R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2+CO2 （2）氧化脱羧 脱羧同时伴有脱氢 COOH-CHOH-CH2-COOH+NADP+ 苹果酸酶 HOOC-CO-CH3+CO2+NADPH+H+ 丙酮酸,2）水的生成 （1）基本原理及呼吸链的概念 水是代谢分子中的氢与细胞吸入的氧结合而成 的，它分
4、为两部分：脱氢酶将底物上的氢激活脱落；氧化酶将来自大气的分子态氧活化成为氢的最终受体而生成水。 氧化酶处于氢的氧化过程的末端，故称末端氧化酶。 在脱氢酶与末端氧化酶之间充当氢原子传递媒介的传递体称为呼吸传递体，又称电子传递体。 由脱氢酶、呼吸传递体、末端氧化酶组成的生物氧化酶体系称为呼吸链。,（2）呼吸链的组成 呼吸链由脱氢酶、呼吸传递体、末端氧化酶三个环节构成，参与呼吸链的酶都是氧化还原酶，主要存在于线粒体中，可将它们分为五大类。,9.2 糖的代谢,糖代谢包括分解代谢和合成代谢。 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物
5、分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。,糖代谢总论,1.糖代谢总论,糖与多糖,糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物； 糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖； 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。,单糖的结构,重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃半乳糖,-D-吡喃甘露糖,-D-呋喃果糖,寡糖（二糖）,蔗糖,葡萄糖-，（12）
6、果糖苷,乳 糖,麦芽糖,葡萄糖-（14）半乳糖苷,多糖,(1).淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉） 直链淀粉分子量约1万-200万，250-260个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。 支链淀粉中除了（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。,(2).纤维素 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成 的直链，不溶于水。 (3).几丁质（壳多糖） N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。 (4).杂多糖 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等） 透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 硫酸角质素 肝素,糖原,2.糖的分解代谢,多糖和
7、寡聚糖的酶促降解 多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。 淀粉水解 淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G,淀粉的酶促水解： 水解淀粉的淀粉酶有与淀粉酶， 二者只能水解淀粉中的-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。 -淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的-1，4糖键， 淀粉酶只能从非还原端开始水解。 水解淀粉中的-1，6糖苷键的酶是-1，6糖苷键酶 淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混合物。,还原末端,非还原末端,-1，4糖苷键,-1，6糖苷键,1)酵解途径(EMP途径)糖的无氧分解,糖酵解途径(glycolysis) （Embden Meyerhof Parnas EMP）,(1
8、) EMP途径的生化历程,糖酵解过程,a,b,1,2,3,4,）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖,）第二阶段：1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛,）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸,）第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮酸,（2）. 丙酮酸的无氧降解（酵解与厌氧发酵）,（） 乳酸发酵（同型乳酸发酵）lactic fermation 动物 乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌） G +2ADP+ 2Pi 2乳酸 2ATP+2水,（）酒精发酵（酵母的第型发酵） alcoholic fermation,（）甘油发酵（酵母的第型发酵）,）糖的有氧分解,有氧氧化： 大多数生物的主要代谢途径 EMP py
9、r TCA 可衍生许多其他物质,pyr脱羧 TCA,. 丙酮酸氧化脱羧乙酰CoA的生成,基本反应： 糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。,催化酶： 这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。,丙酮酸脱氢酶系,三种酶,六种辅助因子,E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶） E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶 E3-二氢硫锌酰胺脱氢酶。,焦磷酸硫胺素（TPP)、硫辛酸、 COASH、FAD、NAD+、Mg2+,. 乙酰CoA的彻底氧化分解Tricarboxylic acid cycle TCA,化学反应历程（10步反应、8种酶） 糖酵解有二重
10、作用：一是降解产生ATP，二是产生含碳的中间物为合成反应提供原料。 在酵解过程中有三个不可逆反应，也就是说有三个调控步骤，分别被三个酶多点调节：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。,三羧酸循环,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酸辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环过程总结(一次循环) 10步反应 8种酶催化 反应类型 缩合1、脱水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化1 生成3分子还原型Co 生成1分子FADH2 生成1分子ATP 三羧酸循环总反应式,三羧酸循环的生物学意义 1.普遍存在 2.生物体获得能量的
11、最有效方式 3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽 4.获得微生物发酵产品的途径 柠檬酸、谷氨酸,葡萄糖分解代谢过程中能量的产生,葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。 (1)糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消耗了2个ATP，产生了4 个ATP，实际上净生成了2个ATP，同时产生2个NADH。 (2)有氧分解（丙酮酸生成乙酰CoA及三羧酸循环）产生的ATP、NADH和FADH2 丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个NADH。三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一个GTP（即AT
12、P）、3个NADH和1个FADH2。,葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量,糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的NADH和FADH2 ，进入线粒体呼吸链氧化并生成ATP。线粒体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生ATP的最主要途径。 葡萄糖分解代谢总反应式 C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP 按照一个NADH能够产生3个ATP，1个FADH2能够产生2个ATP计算，1分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生38个ATP： 4 ATP +（10 3）ATP + （2 2）A
13、TP = 38 ATP,. 丙酮酸羧化支路（回补途径）,三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它产生的中间产物也是生物合成的前体。例如卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA，谷氨酸、天冬氨酸是从-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。的中间产物随时都有被移作他用的可能，一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响三羧酸循环的进行。要保证整个循环正常进行，必须补充移作他用的中间产物，这类反应称为的回补反应。 由丙酮酸羧化为苹果酸、草酰乙酸，由磷酸烯醇式丙酮酸羧化为草酰乙酸为重要的回补途经，称丙酮酸羧化支路,由丙酮酸羧化为苹果酸、草酰乙酸， 由磷酸烯醇式丙酮酸羧化为草酰乙酸。,）磷酸戊糖途径（途径）,糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分
14、解代谢的主要径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。,. 磷酸戊糖途径的反应过程,G-6-P脱氢脱羧转化成5-磷酸核酮糖。,磷酸戊糖的异构化, 磷酸戊糖通过转酮及转醛反应生成酵解途径的中间产物6-磷酸
15、果糖和3-磷酸甘油醛。,. 磷酸戊糖途径的调节,肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应步骤。其活性受NADP+/NADPH比值的调节，NADPH竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。机体内NAD+/NADH比NADP+/NADPH的比值要高几个数量级，前者为700，后者为0.014，这使NADHP可以进行有效的反馈抑制调控。只有NADPH在脂肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生出NADPH。,非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醇进行酵解。,3糖的合成代谢,（）糖异生的证据及其生理意义：糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。非糖物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均可以在哺乳动物的肝脏中转变为葡萄糖或糖原。这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的反应
