食品生物化学---第8章

食品生物化学•第一节生物氧化•第二节糖的代谢•第三节脂类的代谢•第四节核酸的代谢•第五节蛋白质的代谢•第六节几类物质代谢之间的相互关系以及调节与控制•第七节新鲜天然食物中组织代谢活动的特点第八章物质代谢食品生物化学学习目标1．明确生物氧化的概念、特点和方式。2．了解生物氧化过程中CO2、H2O和ATP的生成过程。3．掌握糖的酵解(无氧氧化)、有氧氧化、磷酸戊糖途径和糖醛酸途径的基本反应过程。4．了解糖原合成与分解的简单过程。5．掌握脂类消化、分解与吸收的简单过程，了解甘油和脂肪酸分解代谢过程。食品生物化学6．了解脂肪（甘油三酯）合成代谢的简单过程，了解磷脂合成代谢的简单过程。7．了解核苷酸分解与合成代谢的简单过程。8．掌握氨基酸的一般（合成与分解）代谢过程，了解蛋白质的生物合成过程。9．了解物质代谢途径之间的相互关系和代谢调节与控制的简单机制。10．了解动植物等食品原料组织的代谢特点。食品生物化学第一节生物氧化物质在生物体内的氧化分解过程称生物氧化，即被生物体摄取到体内的糖、脂肪、蛋白质等食物中的营养成分进行氧化分解，最终转变成二氧化碳和水，并释放能量。这个过程因在生物体细胞内进行的，所以又叫细胞呼吸。生物氧化过程中产生的二氧化碳和水绝大部分被排出体外，释放的能量有相当一部分转变成高能键形式贮存起来以供生命活动所需，另一部分用来维持生物体的体温或者排出体外。食品生物化学一、生物氧化过程中二氧化碳的生成生物氧化过程中所产生的二氧化碳，是体内代谢的中间产物有机酸脱羧的结果。脱羧反应形成二氧化碳的方式：1．单纯脱羧有些脱羧反应不伴有氧化而是直接由脱羧酶催化脱羧形成二氧化碳，称单纯脱羧。如：此类型也称α－脱羧。食品生物化学2．氧化脱羧有些脱羧反应还伴有氧化，称氧化脱羧。如:此类型也称β－脱羧。食品生物化学二、生物氧化过程中水的生成不同生物体生物氧化过程中水的生成比二氧化碳的生成要复杂得多，它是通过脱氢酶、传递体、末端氧化酶等构成的呼吸链进行的。最主要的呼吸链有两条，即NAD呼吸链和FAD呼吸链。在NAD呼吸链中，生物体内代谢底物在相应脱氢酶的催化下脱氢、脱电子(2H＋2e)并交给NAD+生成NADH＋H+。在NADH＋H+脱氢酶作用下，NADH中的1个H和e以及介质中的H+又传给黄素酶的辅基FMN生成FMNH2，再由FMNH2将2个H传递给CoQ生成CoQH2，此时的CoQH2中2个H不再往下传递而是分解成2个H+和2个e，质子(H+)游离于介质中，电子则通过一系列电子传递体传递给氧，使氧生成离子氧(O2-)。这时存在于介质中的2个H十就会与O2-结合生成H2O。食品生物化学图8-1NAD呼吸链传递反应历程图食品生物化学图8-2FAD呼吸链传递反应历程图食品生物化学三、ATP的生成在生物氧化过程中,代谢底物释放的能量有可能发生磷酸化而形成高能化合物，高能磷酸化合物才是生命活动的直接能源。1．底物水平磷酸化生物体内的代谢底物，在氧化过程中分子内部能量重新分布而产生高能磷酸化合物的过程，称底物水平磷酸化。例如，葡萄糖在体内分解代谢过程中产生的2-磷酸甘油酸脱水形成2-磷酸烯醇式丙酮酸，从而使能量重新分布,当后者再与ADP作用时,就产生了ATP。生命活动所需的高能化合物，通过底物水平磷酸化生成的量是很少的。食品生物化学2．呼吸链磷酸化呼吸链磷酸化又称氧化磷酸化或电子传递磷酸化，是指代谢底物被氧化释放的电子通过呼吸链中的一系列传递体传到氧并伴有ATP产生的过程。这种方式是产生ATP的主要形式。代谢底物分子脱下的每2个氢经NAD呼吸链生成H20的过程中，有能量的逐步释放，并且有3个部位释放的能量较多，足可以使ADP偶联磷酸化生成ATP，所以代谢底物脱下的氢经NAD呼吸链生成1个H20就可产生3个ATP。在FAD呼吸链中，由于底物脱下的氢直接交给FAD，所以每生成1个H20只能产生2个ATP。参与生物氧化的酶类包括脱氢酶、氧化酶和传递体等。这些酶主要存在于线粒体中，所以生物氧化主要在线粒体中进行。食品生物化学一、糖的分解代谢糖的分解代谢，主要途径有四条：无氧条件下进行的糖酵解途径；有氧条件下进行的有氧氧化；生成磷酸戊糖的磷酸戊糖通路；生成葡萄糖醛酸的糖醛酸代谢。1.葡萄糖的酵解葡萄糖的分解代谢最早是从研究酵母菌的酒精发酵而被阐明的，这是一个不需氧的过程，称为葡萄糖酵解过程，也称为糖酵解途径（Embden-Meyerhof-Parnas,EMP）或EMP途径，EMP途径的反应过程发生在所有原核细胞和真核细胞的细胞质的溶胶中。第二节糖类的代谢食品生物化学糖的无氧分解代谢又称为无氧呼吸（anaerobicrespiration）。在缺氧或无氧情况下，高等动物体内的葡萄糖在酶的催化下降解为乳酸的过程称为糖酵解过程，又称为乳酸发酵。在厌氧情况下，酵母菌将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳的过程称为酒精发酵作用。乳酸菌将葡萄糖转化为乳酸和二氧化碳的过程称为乳酸发酵作用。高等动物体体内进行糖酵解代谢反应过程可分为①葡萄糖先分解为丙酮酸的糖酵解途径（EMP途径），②丙酮酸再转变为乳酸的过程。糖酵解的全部反应在胞浆中进行。（1）糖酵解的过程食品生物化学第一阶段：第一步，葡萄糖的磷酸化。进入细胞内的葡萄糖首先被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G－6－P)。这一过程不仅活化了葡萄糖，还能使进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞。催化此反应的酶是己糖激酶(HK)，反应需要消耗能量ATP。第二步，6-磷酸葡萄糖的异构反应。这是由磷酸己糖异构酶催化6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖(F-6-P)的过程。食品生物化学第三步，6-磷酸果糖的磷酸化。此反应是6-磷酸果糖进一步磷酸化生成1,6－二磷酸果糖，磷酸根由ATP供给，催化此反应的酶是磷酸果糖激酶1(PFKl)。第四步，1，6-二磷酸果糖裂解反应。醛缩酶催化1，6-二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。第五步，磷酸二羟丙酮的异构反应。磷酸丙糖异构酶催化磷酸二羟丙酮转变为3－磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖磷酸果糖激酶1，6-二磷酸果糖ATPADP磷酸丙糖异构酶食品生物化学到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP。第二阶段：第一步，3-磷酸甘油醛氧化反应。此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化，生成含有1个高能磷酸键的1，3－二磷酸甘油酸，本反应脱下的氢和电子转给脱氢酶的辅酶NAD+生成NADH+H+，磷酸根来自无机磷酸。第二步，1，3－二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应。在磷酸甘油酸激酶(PGK)催化下，1，3－二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时其分子中的高能磷酸根转移给ADP生成ATP。食品生物化学第三步，3-磷酸甘油酸的变位反应。在磷酸甘油酸变位酶催化下3-磷酸甘油酸生成2－磷酸甘油酸。第四步，2-磷酸甘油酸的脱水反应。由烯醇化酶催化，2-磷酸甘油酸脱水的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸。食品生物化学第五步，磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移。在丙酮酸激酶(PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP。经过以上五步反应，一分子葡萄糖可氧化分解产生2个分子丙酮酸。在此过程中，产生4分子ATP。如与第一阶段葡萄糖磷酸化和磷酸果糖的磷酸化消耗二分子ATP相互抵消，每分子葡萄糖降解至丙酮酸净产生2分子ATP。葡萄糖→2丙酮酸+2ATP食品生物化学图8-3糖酵解途径食品生物化学（2）丙酮酸在无氧条件下生成乳酸。氧供应不足时从糖酵解途径生成的丙酮酸转变为乳酸。缺氧时葡萄糖分解为乳酸称为糖酵解，因它和酵母菌生醇发酵非常相似。丙酮酸转变成乳酸由乳酸脱氢酶催化。（3）糖酵解的调节正常生理条件下，生物体内的各种代谢受到严格而精确的调节，以满足机体的需要，保持内环境的稳定。这种控制主要是通过调节酶的活性来实现的。在一个代谢过程中往往由催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为限速酶。糖酵解途径中主要限速酶是己糖激酶(HK)、磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK)。胰岛素能诱导体内葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的合成，因而促进这些酶的活性，从而促进糖的代谢。食品生物化学（4）糖酵解的意义有的生物进行无氧呼吸时，可以把丙酮酸降解成乙醇同时释放出二氧化碳。利用酵母菌等微生物发酵酿酒和生产酒精就是这种原理。无氧条件下，生物体内的乳酸脱氢酶能催化丙酮酸转变为乳酸，乳酸菌能分泌较多的乳酸脱氢酶把丙酮酸转变成乳酸，食品加工中常利用乳酸菌发酵生产酸奶、泡菜、酸菜等食品。剧烈运动时，能量需求增加，糖分解加速，此时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，仍不能满足体内糖完全氧化所需要的能量，这时肌肉处于相对缺氧状态，必须通过糖酵解过程，以补充所需的能量。在剧烈运动后，血中乳酸浓度成倍升高，这是糖酵解加强的结果。食品生物化学2．糖的有氧氧化葡萄糖在有氧条件下，氧化分解生成二氧化碳和水的过程称为糖的有氧氧化。有氧氧化是糖分解代谢的主要方式，大多数组织中的葡萄糖均进行有氧氧化分解供给机体能量。糖的有氧氧化分两个阶段进行。第一阶段是由葡萄糖生成丙酮酸，在细胞液中进行。有氧氧化在线粒体中进行的第二阶段代谢过程包括丙酮酸的氧化脱羧和三羧酸循环。（1）丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸与辅酶A（HS-COA）转化为乙酰辅酶A（乙酰COA），放出CO2。2COHNADHCoANADCoASH＋＋＋乙酰＋丙酮酸＋丙酮酸脱氢酶食品生物化学催化丙酮酸氧化脱羧的酶是丙酮酸脱氢酶系，此酶系包括丙酮酸脱羧酶，辅酶是TPP；二氢硫辛酸乙酰转移酶，辅酶是二氢硫辛酸和辅酶A；二氢硫辛酸脱氢酶，辅酶是FAD及存在于线粒体基质液中的NAD+。多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应机构，提高了催化效率。（2）三羧酸循环乙酰CoA进入由一连串反应构成的循环体系，被氧化生成H2O和CO2。由于这个循环反应开始于乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成的含有三个羧基的柠檬酸，因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环。食品生物化学三羧酸循环过程：①乙酰CoA进入三羧酸循环。乙酰CoA中的乙酰基在柠檬酸合成酶的催化下与草酰乙酸发生缩合反应，生成三羧酸循环中的第一个三羧酸——柠檬酸，并释放出CoASH。该步反应为不可逆反应，是三羧酸循环中的第一个限速步骤，柠檬酸合成酶为三羧酸循环的第一个关键酶。②异柠檬酸的形成。柠檬酸在顺乌头酸酶的催化下，经过脱水形成第二个三羧酸——顺乌头酸，后者再经加水形成第三个三羧酸——异柠檬酸。CoASHCoA柠檬酸＋＋草酰乙酸乙酰柠檬酸合成酶食品生物化学③第一次氧化脱酸。异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的催化下生成草酰琥珀酸，后者迅速脱羧生成α-酮戊二酸。反应中脱下的氢由NAD+接受形成NADH+H+进入呼吸链，氧化成H2O，释放出ATP。此步反应是三羧酸循环中的第一次氧化脱羧反应，也是三羧酸循环中的第二步限速步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的第二个关键酶。异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶草酰琥珀酸酮戊二酸-aNAD+NADH+H+CO2食品生物化学④第二次氧化脱羧。在α-酮戊二酸脱氢酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA、NADH+H+和CO2，反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧，属于α-氧化脱羧，氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰CoA的高能硫酯键中。此步反应是三羧酸循环中的第二个氧化脱羧反应，也是三羧酸循环中的第三步限速步骤，α-酮戊二酸脱氢酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶。该酶与丙酮酸氧化脱羧酶系相似，也是复合酶系，由三个酶(α-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD+、FAD)组成。2COHNADHCoANADCoASH＋＋＋琥珀酰＋－酮戊二酸＋－酮戊二酸脱氢酶食品生物化学⑤底物磷酸化生成ATP。在琥珀酸合成酶的作用下，琥珀酰CoA水解，释放的自由能用于合成GTP。在哺乳动物中，先生成GTP，再生成ATP；在细菌和高等生物可直接生成ATP。此时，琥珀酰Co