第三章糖类及糖代谢

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1、第三章 糖类及糖代谢第一节 糖类概述糖类是地球上数量最多的一类有机物，从其化学 结构上看，糖类是多羟基醛、多羟基酮或其衍生物， 或水解时能生成这些化合物的物质。根据其聚合程度 ，可分为单糖、寡糖（低聚糖）和多糖。单糖是不能 被水解的糖类，是多羟基醛或多羟基酮；寡糖是由2 10个单糖分子脱水缩合而成的化合物；多糖是由许 多个单糖分子脱水形成的高分子化合物。一、单糖植物体内最主要的单糖的戊糖、己糖和庚糖。（一）戊糖高等植物体内有三种重要的戊糖：D核糖、 D木 糖、L阿拉伯糖，其链状结构式如下：CHOCCC CH2OHHHHOH OH OHCHOCCC CH2OHHOHHOH H OHCHOCCC

2、CH2OHHHHOOH OH HD核糖D木糖D阿拉伯糖OHHHHOHOHOHHOCH2-D-核糖OHOHHHHOHOHHOCH2-D-木糖OHOHHHOHHOHHOCH2-L-阿拉伯糖它们的环状结构式如下式：D-核糖和D-脱氧核糖是核酸的组成成分；D-木糖多以 木聚糖形式存在于植物和细菌的细胞壁中，是树胶和半 纤维素的组分；L-阿拉伯糖又称果胶糖，广泛地存在于 植物和细菌的细胞壁以及树皮创伤处的分泌物（树胶） 中，是果胶质、半纤维素、树胶和植物糖蛋白的重要组 成成分。（二）己糖高等植物中普遍存在的己糖有4种：D-葡萄糖、D-甘 露糖、D-半乳糖和D-果糖，其环状结构式如下：OHHHHHCH2O

3、HOHOHOH HOOHHHOHHCH2OHHOHOH HOOHOHHHHCH2OHOHOHOH H-D-葡萄糖-D-甘露糖-D-半乳糖OHOHHOHOHHHOCH2CH2OH-D-果糖1、D-葡萄糖 D-葡萄糖是人和动物的重要能源， 糖类代谢的中心物质，是动物体内糖原、植物体中淀 粉和纤维素等的构件分子。2、D-甘露糖 主要以甘露聚糖的形式存在于植物细 胞壁中。3、D-半乳糖 D-半乳糖 是乳糖、密二糖、棉籽糖等 的组成成分，主要以半乳聚糖形式存在于植物细胞壁 中。L-半乳糖作为构件分子存在于琼脂和其它多糖分 子中。4、D-果糖 果糖是自然界中最丰富的酮糖，以游离态存 在于水果及蜂蜜中，或与

4、其它单糖结合为某些寡糖， 或以果聚糖形式存在于菊科植物中。（三）庚糖自然界中分布极少，但在高等植物体内存在，重要 的有D-景田庚酮糖和D-甘露庚酮糖。前者是光合作用 的中间产物，后者以游离态存在于樟梨果实中。 单糖都具有还原性，能被新制的碱性氢氧化铜等弱 氧化剂氧化，生成糖酸或复杂的小分子混合物和砖红 色Cu2O沉淀，常将单糖的这种性质叫做还原性，具有 还原性的糖叫做还原糖。还原糖与新制的碱性氢氧化 铜反应，可用于检验还原糖的存在；还原糖与3、5-二 硝基水杨酸共热，可生成棕红色的氨基化合物，还原 糖的量与棕红色深浅成比例关系，因此，可用吸光光 度法测定还原糖的含量。二、寡糖（一）双糖双糖是由

5、两个相同或不同的单糖分子缩合而成的糖苷 。在自然界中，仅有三种双糖（蔗糖、麦芽糖和乳糖 ）以游离态存在。蔗糖是重要的双糖，麦芽糖和纤维 二糖是淀粉和纤维素的基本结构单位。1、蔗糖 蔗糖是自然界分布最 广且最重要的非还原性双糖， 在甘蔗和甜菜中含量丰富。蔗 糖由一分子-D-葡萄糖C1上的 半缩醛羟基和一分子-D-果糖 C2上的半缩醛羟基脱水，以1， 2-糖苷键结合而成的双糖。121，2-糖苷键蔗糖蔗糖为无色晶体，易溶于水，甜度仅次于果糖。蔗 糖在酸和酶的作用下，水解生成等量的葡萄糖和果糖 的混合物，这种混合物叫转化糖。蔗糖+水 葡萄糖+果糖H+或酶转化糖中含有果糖，比蔗糖甜，蜂蜜的主要成分就是

6、转化糖。蔗糖是植物光合作用的重要产物，是植物体 内糖类积累、储藏、运输的主要形式。2、麦芽糖 麦芽糖是淀粉的主要结构单位，大量存在 于发芽的麦芽中，是由一分子-D-葡萄糖C1上的半缩缩 醛羟醛羟 基与另一分子-D-葡萄糖C4上的羟基脱水，以- 1，4-糖苷键连键连 接而成的双糖。麦芽糖是白色晶体，甜度 约为蔗糖的40%，具有还 原性，用淀粉酶水解淀粉 可以得到麦芽糖，麦芽糖 在强碱或麦芽糖酶的作用 下，水解生成两分子葡萄 糖麦芽糖+水 2-D-葡萄糖强酸 或麦芽糖酶-1，2-糖苷键3、乳糖 乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，高等植物花 粉管及微生物中也含有少量乳糖，它是由-D-半乳糖 和-D-葡萄糖

7、脱水，以-1，4-糖苷键连键连 接而成的双 糖。麦芽糖-1，4-糖苷键4、纤维二糖 纤维二糖是纤 维素的基本结构单位，是由 2分子-D-葡萄糖脱水，以 -1，4-糖苷键连接而成的 双糖。纤维二糖是白色晶体，可 溶于水，甜度很小，有还原 性，可被纤维二糖酶水解， 生成两分子-D-葡萄糖。-1，4-糖苷键纤维二糖+水 2-D-葡萄糖H+或酶乳糖纤维二糖（三）三糖自然界广泛存在的三糖仅有棉籽糖，它是非还原糖， 完全水解生成葡萄糖、果糖和半乳糖。三、多糖多糖是由许多个单糖分子脱水以糖苷键连接而成的高 分子化合物。单糖无甜味，也无还原性。多糖在自然界分布很广，按其生物学功能可分为储能 多糖和结构多糖。植

8、物体内的淀粉、动物体内的糖原 都是储藏了大量化学能的营养物质，属于储能多糖； 而纤维素是植物的骨架，属于结构多糖。淀粉、糖原和纤维素都是由葡萄糖缩聚而成，可用 通式（C6H10O5)n表示。但这些多糖分子内所含的葡萄 糖单元的数目不同，即n值不同，所以相互不是同分 异构体。（一）淀粉 淀粉是植物光合作用的产物，主要存在于植物的根 、茎、种子中，不同植物的淀粉含量不同，如大米淀 粉62%82%，小麦含淀粉57% 75%等。淀粉是白色无定形粉末，无还原性。天然淀粉由直 链淀粉与支链淀粉组成，二者在结构和性质上有一定 的差异，在淀粉中所占的比例也随植物的品种而异。直链淀粉是由-D-葡萄糖通过-1，4

9、-糖苷键连接成 的没有分支的葡萄糖长链。支链淀粉中的-D-葡萄糖 以-1，4-糖苷键连接，但在分支处是以-1，6-糖苷键 连接。直链淀粉可溶于热水，遇碘显蓝色；支链淀粉易溶 于水，形成稳定的胶体，遇碘显紫红色。淀粉在酸和淀粉酶的作用下先水解生成分子质量比 淀粉小得多的多糖片段，称为糊精，遇碘显红色的称 为红糊精；红糊精再水解为分子质量更小的、遇碘不 变色的无色糊精；无色糊精具有还原性，进一步水解 生成麦芽糖；麦芽糖在酸和麦芽糖酶的催化下水解生 成葡萄糖。淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖 水解水解水解水解水解（二）糖原糖原是动物体内储存的多糖，又有“动物淀粉”之称， 主要存在于肝脏

10、和肌肉中，因此有肝糖原和肌糖原之 分。糖原的结构和支链淀粉的结构相似，但支链更多更短 （每个分支平均约812个葡萄糖残基），分子质量更 大。（三）纤维素纤维素是自然界分布最广的多糖，是构成植物细胞壁 的主要成分，是植物的支撑物质，在木材中约含50%， 亚麻中约含80%，棉花中约含93%。纤维素分子是由-D-葡萄糖通过-1，4-糖苷键连接 而成的没有分支的长链。纯净的纤维素是白色纤维状固体，不溶于水及一般有 机溶剂，仅能吸水膨胀，无还原性，在酸和酶的作用 下可以水解生成-D-葡萄糖。（四)果胶质果胶质可分为三类：原果胶、可溶性果胶和果胶酸 。原果胶存在于未成熟的水果和植物茎叶中，它是可 溶性果胶

11、和纤维素结合而成的高分子化合物，不溶于 水。未成熟的水果的坚硬与原果胶的存在有关。原果 胶在稀酸和原果胶酶的作用下可转化为可溶性果胶。 水果成熟变软与此过程有关。可溶性果胶一般存在于植物细胞壁中，也存在于果 肉中，它是果胶酸的甲酯，是水溶性溶胶，它在一定 条件下可形成凝胶（胶冻），是制造糖果和果酱的重 要物质。果胶酸主要成分为多缩半乳糖醛酸，是细胞间的黏 结物，植物器官的脱落与它的分解有关。第二节 糖的分解代谢新陈代谢可归纳为分解代谢（同化作用）和合成代 谢（异化作用），在分解代谢和合成代谢过程中，都 有物质和能量的代谢。糖代谢是新陈代谢的基础，糖 代谢可分为分解代谢和合成代谢，糖的分解代谢实

12、质 上是糖的氧化过程，是生物体获得能量的主要过程。 糖分解代谢的主要过程有无氧分解、有氧分解和磷酸 戊糖途径等。物 质 代 谢能 量 代 谢新 陈 代 谢合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）小分子 大分子需要能量释放能量大分子 小分子一、糖的无氧分解糖的无氧分解是糖在无氧参与下的不彻底分解过程 ，底物脱下的氢不是以氧而是以其它有机物为最终受 氢体，又称无氧氧化。主要包括糖酵解和发酵（乳酸 发酵和乙醇发酵）。（一）糖酵解无氧条件下，葡萄糖在细胞内氧化分解为丙酮酸并 释放能量的过程叫做糖酵解（EMP)。糖酵解在胞液 中进行，包括十步连续进行的酶促反应，分三个阶段 介绍。OHOHHOHHOHHO

13、HCH2OHH第一阶段：葡萄糖磷酸化生成1，6-二磷酸果糖，该 阶段包括3步反应。1、6-磷酸葡萄糖（G -6-P)的生成 葡萄糖在己糖激 酶或葡萄糖激酶的催化下，由ATP提供能量和磷酰基 ，生成6-磷酸葡萄糖。每生成1moL6-磷酸葡萄糖，消 耗1moLATP，反应不可逆。这是糖酵解过程第一个限 速反应步骤。OHOHHOHHOHHOHCH2OHH+ATP己糖激酶Mg2+OHOHHOHHOHHOHCH2OPO3H2H+ADP葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖磷酸化后不能透过半透膜，防止糖从细胞内向 外渗出，保证了细胞内有足够高的葡萄糖浓度。同时 磷酸化的葡萄糖储存了一定的能量，有利于葡萄糖的 氧化。如

14、果代谢过程从细胞内的淀粉或糖原开始，则淀粉或 糖原首先在磷酸化酶的作用下，经磷酸解生成1-磷酸 葡萄糖（G-1-P)，再在磷酸葡萄糖变位酶的作用下生 成6-磷酸葡萄糖，此过程不消耗ATP.(C6H10O5)nnH3PO4磷酸化酶OHOHHOPO3H2HOHHOHCH2OHH1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶OHOHHOPO3H2HOHHOHCH2OHH1-磷酸葡萄糖OHOHHOHHOHHOHCH2OPO3H2H6-磷酸葡萄糖2、6-磷酸果糖的生成 6-磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构 酶催化下转化为6-磷酸果糖。 OHOHHOHHOHHOHCH2OPO3H2H6-磷酸葡萄糖OHCH2OHHH2O3POCH

15、2OHHHHOO6-磷酸果糖磷酸己糖异构酶OHCH2OHHH2O3POCH2OHHHHOO6-磷酸果糖OHCH2OPO3H2HH2O3POCH2OHHHHOO1,6-二磷酸果糖ATP磷酸果糖激酶ADP3、1，6-二磷酸果糖（FBP)的形成 6-磷酸果糖在磷 酸果糖激酶的催化下，消耗ATP,生成1，6-二磷酸果 糖。反应不可逆，这是糖酵解过程第二个限速反应步 骤。第一阶段主要通过磷酸化使糖活化，如1moL葡萄糖 转化为1moL 1，6-二磷酸果糖，消耗2moLATP;如淀 粉或糖原的1moL葡萄糖单位生成1moL 1，6-二磷酸果 糖,消耗1moLATP。第二阶段：1，6-二磷酸果糖裂解为磷酸丙

16、糖（ 1moL1，6-二磷酸果糖2moL3-磷酸甘油醛），包 括两步反应。4、1，6-二磷酸果糖的裂解 在醛缩酶的催化下，1 ，6-二磷酸果糖裂解为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 。反应是可逆的。+OHCH2OPO3H2HH2O3POCH2OHHHHOO1,6-二磷酸果糖醛缩酶CH2OHCOCH2OPO3H2磷酸二羟丙酮CH2OPO3H2CHCHOOH3-磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHCHOOH3-磷酸甘油醛CH2OHCOCH2OPO3H2磷酸二羟丙酮磷酸丙糖异构酶5、磷酸丙糖的互变 在磷酸丙糖异构酶的催化下， 磷酸二羟丙酮与3-甘油醛相互转化。反应平衡时， 磷酸二羟丙酮约占96%，3-磷酸甘油醛约占4%。由于下一步反应是从3-磷酸甘油醛开始进行的，它 不断被消耗，磷酸二羟又不断地为之补充，因此 1moL葡萄糖可生成2moL