2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应;由两步反应构成,(1):脱水反应;(2):水合反应。
3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸羧
异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶作用下,氧化脱羧而转变成 ?-酮戊二酸
4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA。
这是第二次脱羧,α-酮戊二酸脱氢酶系催化,该酶系的组成及催化机理与丙酮酸脱氢酶复合体类似。需要NAD+和CoA作为辅助因子。 5. 琥珀酰合成酶催化底物水平磷酸化反应
琥珀酰CoA合成酶催化,琥珀酰CoA的高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联, 生成琥珀酸、GTP和辅酶A。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。 6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸
琥珀酸脱氢酶催化此反应,辅酶FAD,三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。
7. 延胡索酸加水生成苹果酸,苹果酸酶催化此步反应。
8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶催化此步反应,辅酶是NAD+。
TCA循环总反应式:
CH3CO~SCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O→ 2CO2 + HS~CoA + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP 反应过程中 消耗: 1分子乙酰辅酶A
生成: 2次脱羧:2分子CO2
4次脱氢:3分子NADH+H+ → 3 x 2.5 =7.5 ATP 1分子 FADH2 → 1 x 1.5 =1.5 ATP
1次底物水平磷酸化:1分子GTP → 1 ATP 合计生成10 ATP
三羧酸循环的重要生理意义:
1. 是生物体获能的主要途径,远比无氧分解产生的能量多。
2. TCA是生物体各有机物质代谢的枢纽。糖、脂肪、氨基酸的彻底分解都需通过TCA途径,而TCA中的许多中间产物如草酰乙酸、α—酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成糖、氨基酸等的原料。 3. 发酵产物重新氧化进入有氧分解的途径
4. TCA的某些中间产物还是体内积累成分,如柠檬酸、苹果酸是柑桔、苹果等果实的重要成分,在储藏期,酸作为呼吸基质被消耗。果实的糖/酸比是衡量果实品质的一项指标。
5. 提供远比糖酵解所能提供的大得多的能量,供生命活动的需要。 6. 三羧酸循环不仅是糖代谢的重要途径,也是脂质、蛋白质和核酸代谢最终氧化成CO2和H2O的重要途径。
简述油脂自动氧化反应机理及控制方法
油脂在空气中氧气的作用下首先产生氢过氧化物,根据油脂氧化过程中氢过氧化物产生的途径不同可将油脂的化分为:自动氧化,光氧化和酶促氧化. 自动氧化遵循游离基反应的机理
自动氧化:自动氧化是一种自由基链式反应.
(1)引发期:油脂分子在光,热,金属催化剂的作用下产生自由基,如RH + Mx+→R +H++M(x-1)+;如
CH3(CH2)4CHCHCH2
CHCH(CH2)7COOHhvCH3(CH2)4CHCH·CHCHCH(CH2)7COOH+ H·(2)增殖期: ····R + H + 2O2 ROO + HOO·····ROO + HOO + 2RH 2ROOH + R + H···· ··3ROOH ROO + RO + R + HOO + OH + H
(3)终止期:
·····2 2ROH + RH + 2H2O + 2AROO +RO +R + OH + 2H +2AH2R3H2R3OH
CR2+H2O+R1CH+R2H+R1CHR2R1CHR2 3R1降解OOOH OOH酮醇醛
RR1CHCHR2CHCHR2+R3OOH1
OR3OH控制方法:
影响油脂自动氧化速度的因素有:油脂的脂肪酸组成,温度,光和射线,氧与表面积水分,催化剂,抗氧化剂,所以可以根据这几个方面对自动氧化进行有效的控制。
(1)油脂的脂肪酸组成:不饱和脂肪酸的氧化速度比饱和脂肪酸快,花生四烯酸:亚麻酸:亚油酸:油酸=40:20:10:1.顺式脂肪酸的氧化速度比反式脂肪酸快,共轭脂肪酸比非共轭脂肪酸快,游离的脂肪酸比结合的脂肪酸快,Sn-1和Sn-2位的脂肪酸氧化速度比Sn-3的快;
(2)温度:温度越高,氧化速度越快,在21-63℃范围内,温度每上升16℃,氧化速度加快1倍;
(3)氧气:有限供氧的条件下,氧化速度与氧气浓度呈正比,在无限供氧的条件下氧化速度与氧气浓度无关;
(4)水分:水分活度对油脂的氧化速度,见水分活度; (5)光和射线:光,紫外线和射线都能加速氧化;
(6)助氧化剂或者催化剂:过渡金属:Ca,Fe,Mn,Co等,他们可以促进氢过氧化物的分解,促进脂肪酸中活性亚甲基的C-H键断裂,使样分子活化,一般的助氧化顺序为Pb>Cu>Se>Zn>Fe>Al>Ag.
(7)抗氧化剂:抗氧化剂是能阻止或延缓油脂氧化,以提高其稳定性,从而延长贮存期的物质。
为了延缓幼稚的氧化在贮藏中更好地保证油脂的质量,一般都用密封容器贮装后保藏,并添加抗氧化剂。为了延缓油脂氧化,应着重从原料、加工、保藏等环节上采取相应的避光、将温、干燥、排气、充氮、密闭等措施,此外适当地配用一些安全性高、效果佳的抗氧化剂。
简述酶促褐变的机理及其控制方法
机理:植物中的酚类物质在酚酶及过氧化物酶的催化下氧化成醌,醌再进行非酶促反应生成褐色的色素。反应过程为:邻苯二酚类物质(PPO+O2)→邻苯醌类化合物多巴(PPO+O2)→多巴醌(PPO+O2)→复杂聚合物—黑素 控制方法
1 加热钝化酶活性
多酚氧化酶对热不稳定,采用瞬时高温处理食品原料,使多酚氧化酶及其它的酶类全部失活,其关键是要在最短的时间内使酶钝化,达到控制酶促褐变的目的。一般来说在75~95℃、5~7S的加热处理,可使大部分酶活性丧失。加热温度过高,加热时间过长,可抑制酶褐变,但会影响食品品质;加热不足,不能抑制酶褐变。 2 驱氧
通过费水烫漂、抽真空(93kPa,5~15min)、高浓度抗坏血酸溶液浸泡、气调包装设计等均可达到驱除食品内氧气的目的,从而抑制酶褐变的发生。 3 螯合酶促作用的金属离子
金属(铁、铜、锡、铝等)离子是多酚氧化酶的激活剂。Fe+3、Fe+2、Cu+2能促进褐变主要是因为铁和铜不仅能和酚类化合物反应形成褐色物质,而且能催化还原酮类的氧化。柠檬酸对Cu2+有螯合作用。EDTANa2是一种金属离子螯合剂,可阻止金属离子对褐变反应的促进作用,但其作用作用对象有关,有的效果则不明显。 4 调pH
PPO酶最适pH=6~7,随着pH的下降,多酚氧化酶的活性直线下降,特别是pH在3.0以下时,高酸性环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来,导致PPO逐渐失活,酶活性趋于最低。加有机酸(柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸)调pH≤4~5可降低酶活性,减少偶联褐变。 5 酶活抑制剂
(1) 二氧化硫、亚硫酸盐:二氧化硫、亚硫酸盐等在酸性(pH=6)的条件下对PPO酶活性有抑制作用,兼有漂白、杀菌性能,可阻止黑色素的形成。处理条件:游离SO2量为0.7mg/kg,但对人体有害,被限制使用。
(2)无机盐处理:使用一些简单的无机盐处理果蔬食品也可达到较好的抑制酶促褐变的效果。例如高浓度的钠盐溶液可使酶蛋白质发生“盐析”,从外渗到细胞质中与酶类接触降低褐变程度。
(3) KH-1 :KH-1能鳌合铜离子,阻隔氧气吸附单宁,调节pH和水分,从而起到抑制PPO活性的目的。
(4) 抗坏血酸:抗坏血酸也可用于防止酶促褐变,它不但能降低体系pH,而且具有还原剂的作用,可将体系中的醌类及其衍生物还原成酚,并通过自身氧化来减少体系的含氧量。但是,如果体系内含氧量过高或添加的抗坏血酸过少,会使抗坏血酸完全氧化并与氨基酸反应导致非酶褐变。
(5) 曲酸:曲酸的结构与酚类化合物相似,具有络和金属离子的作用,可以络
合多酚氧化酶活性必需的铜离子;此外,曲酸具有去除氧自由基的作用,因而能够干扰多酚氧化酶对氧的吸收;最后,曲酸能将黑色素的底物醌类化合物还原为联醌而防止黑色素的形成。
(6)植酸:植酸具有比较独特的分子结构,尤其是所含的六个磷酸基,具有很强的鳌合能力,能在很宽的pH范围内很稳定。它可以鳌合PPO中的铜辅基,并具有很强的抗氧化能力。可促进氧化作用的微量金属离子具有很强的螯合能力,而且金属离子一经被植酸络合,即使在阳光直射等不利条件下,也不能活化氧分子,使氧较难实现对双键的加成反应或形成氢过氧化物,因此植酸具有较强抗氧褐变特性
(7 )壳聚糖:壳聚糖可以抑制PAL、PPO、POD活性。 (8) 4-己基间苯二酚(4HR):该种防酶褐变剂食品安全性高,是二氧化硫和亚硫酸盐的替代品。
(9) 其他:抗坏血酸、曲酸和植酸外,其它亚硫酸盐替代品包括硫氢化物,如谷胱甘肽、含硫氨基酸,如半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸等各种络合剂,如聚磷酸盐、偏磷酸盐等,多酚氧化酶抑制剂等。 6 基质络合
改变多酚类物质的基质结构,可使之难于接受PPO酶的催化作用,抑制酶褐变。通过该法处理对食品的风味、色泽、组织状态等几乎无影响。S-蛋氨酸可做甲基供体,将多酚类物质甲基化。硼酸、铝化物、锌化物对多酚类物质都有较强的基质络合能力。
7基因工程反义RNA技术
反义RNA,封闭mRNA翻译出PPO的过程,使食品农作物不产生PPO。 8 去除多酚类物质
去除多酚类物质以防止非酶褐变的措施在实操作中并不适用。 9 冷藏:
酶催化反应速率在很大程度上受到温度的影响,降低温度可以降低该催化反应的反应速率,从而延缓褐变的产生。另一方面,在低温条件下,反应物动能降低,可以有效减缓组织细胞新陈代谢的速率,延迟组织代谢分解,延长事物的保鲜期。 10 加压:
加压是一种非热处理,如苹果和胡萝卜经处理后,加压至800~900MPa 以上能完全抑制过氧化物酶和多酚氧化酶。结构分析结果证明,加压处理可以使酶分子发生聚合,导致酶的活性降低甚至丧失。
11 超滤:通过超滤将大分子的多酚氧化酶除去,留下低分子量的多酚类物质,从而达到抑制褐变的效果。
12 电场处理:食物经电场处理后,多酚氧化酶活性得到抑制。电场强度愈高,酶活性抑制的程度就愈高。 13 添加酶的底物类似物
所有的芳香类羧酸都是酶的竞争性抑制剂,肉桂酸系列比类似结构的苯甲酸系列对多酚氧化酶有较强的抑制作用。添加肉桂酸、对位香豆酸及阿魏酸等竞争性酚酸使酚酶不能再与其褐变底物结合或即使结合也不能起作用可使酶褐变得到控制。可溶性聚合物也是多酚氧化酶的竞争性抑制剂,环庚三烯酚酮也是一种底物类似物,可抑制多酚氧化酶的活性。 14酶法:
蛋白酶对苹果和土豆来说是有效的褐变抑制剂,这可能是由于蛋白酶使催化酶促褐变的酶系失活所致。分解蛋白质的酶有很多,其中主要有三种植物蛋白酶:无花果蛋白酶(ficin)、木瓜蛋白酶(papain)和菠萝蛋白酶(bromelain)被证实抑制酶促褐变很有效,这三种植物蛋白酶都是具有广泛特异的巯基酶。
07年
论述脊椎动物体内20种氨基酸碳骨架的最终氧化途径
脊椎动物体内20种氨基酸碳骨架,由20种不同的多酶体系进行氧化分解,虽然氨基酸的氧化分解途径各异,但他们都集中形成5种产物而进入柠檬酸循环,最后氧化为CO2和H2O。
丙、苏、丝、半胱、甘、苯丙、酪、亮、赖及色共十种氨基酸的碳骨架分解后形成乙酰-CoA;精、组、谷氨酰胺、脯及谷共五种氨基酸形成a-酮戊二酸;异亮、甲硫、及缬共三种氨基酸形成琥珀酰-CoA;苯丙、酪形成延胡索酸;天冬、天冬酰胺转变成草酰乙酸。因此构成蛋白质的20种氨基酸通过转变为乙酰-CoA、a-酮戊二酸、琥珀酰-CoA、延胡索酸以及草酰乙酸5种物质都能进入柠檬酸循环。此外,苯丙和酪碳骨架的一部分也以乙酰-CoA的形式进入柠檬酸循环。 1、形成乙酰-CoA的途径
乙酰-CoA是进入柠檬酸循环的主要入口物质,通过形成乙酰-CoA进入柠檬酸循环的氨基酸又有三条途径:
(1) 氨基酸先转变为丙氨酸再形成乙酰-CoA,这类氨基酸有丙、甘、丝、苏、
半胱;
丙:经与a-酮戊二酸转氨得到丙酮酸和谷氨酸 甘:先转变成丝氨酸,再由丝氨酸转变成丙酮酸 丝:本身脱水脱氨转变成丙酮酸
苏:由苏氨酸缩醛酶催化裂解生成甘氨酸和乙醛,后者氧化形成乙酸,乙酸氧化形成乙酰-CoA,甘氨酸通过丝氨酸转变成丙酮酸
半胱:在某些细菌发生半胱氨酸的加水分解反应生成丙氨酸和NH3、H2S
(2) 经过乙酰乙酰-CoA再形成乙酰-CoA,这类氨基酸有苯丙、酪、亮、赖及
色;
苯丙:在分解代谢中先转变成酪氨酸,酪和苯丙有4个C原子转变为延胡索酸,
一个CO2,其余四个原子即形成乙酰乙酸,再经活化得到乙酰乙酰-CoA。 赖:赖氨酸先与a-酮戊二酸形成酵母氨酸,最后形成乙酰乙酰-CoA
亮:先经转氨形成a-酮酸,再氧化脱羧形成异戊酰-coA,后者再经脱氢、羧化、
加水、裂解得到到乙酰-CoA和乙酰乙酸,后者转变为乙酰乙酰-CoA, 色:色氨酸的是一个C原子中,4个转变成乙酰乙酰-CoA,另外两个转变为乙酰
-CoA,其余的5个形成4分子的CO2和一分子甲酸。
(3) 氨基酸直接形成乙酰-CoA,这类氨基酸有异亮、甲硫、及缬。 2、a-酮戊二酸
谷:经谷氨酸脱氢酶或转氨形成a-酮戊二酸
脯和羟脯:经氧化加水等步骤形成谷氨酸r-半醛,再脱氢形成谷氨酸,再经谷
氨酸脱氢酶或转氨形成a-酮戊二酸