生物化学的中心内容

Chapter6carbohydratemetabolism第六章糖代谢carbohydratemetabolism生物化学的中心内容。6.1.概述广泛存在，按干重计占植物的85％~90％，细菌的10％~30％，动物的小于2％，虽不多，但所需能量主要来自糖类。6.1.1.糖的种类大多数糖的通式为（CH2O）或（CH2O）n，故称碳水化合物。6.1.1.1.单糖monosaccharide单糖：不能被水解为更小分子的糖。Chapter6carbohydratemetabolism1.丙糖D-甘油醛和二羟丙酮，其磷酸酯是糖酵解中的重要中间物。2.丁糖D-赤藓糖和D-赤藓酮糖，见于藻类、地衣等低等植物，赤藓糖4-磷酸是戊糖磷酸途径和光合作用固定CO2的重要中间物。3.戊糖⑴.D-核糖和2-脱氧-D-核糖，分别是RNA和DNA的组成成分。D-核糖-5-磷酸也是戊糖磷酸途径和Calvin循环的中间物。Chapter6carbohydratemetabolism⑵.D-木糖，多以戊聚糖形式存在于植物和细菌的细胞壁，是树胶和半纤维素的组分。⑶.L-阿拉伯糖，也称果胶糖，广泛存在于植物和细菌的细胞壁及树皮创伤处的分泌物中，是果胶物质、半纤维素、树胶和植物糖蛋白的重要成分。⑷.D-核酮糖和D-木酮糖存在于很多植物和动物细胞中，其5-磷酸酯参与戊糖磷酸途径和Calvin循环。4.己糖⑴.D-葡萄糖，也称右旋糖（dextrose），组成血糖，是人和动物代谢的重要能源，是植物中淀粉和纤维素等的构件分子。Chapter6carbohydratemetabolism⑵.D-半乳糖，是乳糖、蜜二糖、棉子糖、某些糖苷、脑苷脂和神经节苷脂的组分，主要以半乳聚糖形式存在于植物细胞壁。在少数植物的果实有游离D-半乳糖，常在果实的表面析出半乳糖结晶。⑶.L-半乳糖，作为构件分子之一存在于琼脂和其他多糖分子中。⑷.D-甘露糖，主要以甘露聚糖存在于植物细胞壁。⑸.D-果糖，也称左旋糖，自然界最丰富的酮糖。⑹.L-山梨糖，容易获取，存在于被细菌发酵过的山梨果汁中，可作糖尿病人的甜味剂。Chapter6carbohydratemetabolism5.庚糖和辛糖天然庚糖和辛糖发现不多，功能了解少。⑴.D-景天庚酮糖，也称阿卓庚酮糖，大量存在景天科植物中，其7-磷酸酯是戊糖磷酸途径和Calvin循环中的重要中间物。⑵.D-甘露庚酮糖，鳄梨果实含量丰。还原生成D-鳄梨醇，尚不清楚其生物学作用。⑶.L-甘油-D-甘露庚糖，存在于沙门氏杆菌细胞壁外层的脂多糖结构中。⑷.D-甘油-D-甘露辛酮糖，也存在于鳄梨的果实中，其功能尚不清楚。Chapter6carbohydratemetabolism6.1.1.2.寡糖oligosaccharide多是二至六糖，庚糖及其以上的寡糖少见。1.蔗糖sucrose俗称食糖，广泛存在于光合植物中，由甘蔗，甜菜和糖枫提取。转化糖：蔗糖水解混合液，比旋由正值变为负值。此酶称转化酶或β-呋喃果糖苷酶。该过程称转化。蔗糖热到200℃左右，变成棕褐色的焦糖，是无定形多孔性固体物，有苦味，食品上用作酱油、饮料、糖果和面包等的着色剂。蔗糖甜度规定为100，作其它物质甜度的标准。Chapter6carbohydratemetabolism2.乳糖lactose存在于哺乳类乳汁中，含量约5％。乳糖有还原性，变旋现象。溶解度（17g/100ml冷水，40g/100ml热水）比蔗糖小，结晶时以α乳糖或β乳糖存在，α乳糖比β乳糖易溶于水，甜度稍大，β乳糖可以从冰淇淋中结晶析出（当长时间储存时），使冰淇淋成“沙质”结构。乳糖不被一般酵母发酵。Chapter6carbohydratemetabolism3.麦芽糖maltose麦芽糖主要是淀粉和其他葡聚糖的酶促降解产物，饴糖的主要成分。通常得到β型麦芽糖，溶解度为108g/100ml，25C；甜度为蔗糖的1/3。食品中麦芽糖作膨松剂，防止烘烤食品干瘪，以及用作冷冻食品的填充剂和稳定剂。4.α,α-海藻糖trehalose又称海藻糖，从卷柏中提取，广泛分布于藻类、真菌、地衣和节肢动物中。在蕨类中代替蔗糖为主要的可溶性储存糖类，昆虫中作主要血循环糖。Chapter6carbohydratemetabolism5.纤维二糖cellobiose属1,4-β糖苷键的葡二糖，不能被人体消化和酵母发酵，是纤维素的二糖单位。6.龙胆二糖gentionbiose主要作糖苷，如苦杏仁苷、藏（红）花素的糖基部分。有还原性和变旋现象；晶体分α型和β型。微溶于水。7.三糖棉子糖广泛分布于高等植物，水解产生葡萄糖、果糖和半乳糖各1分子，是非还原糖。Chapter6carbohydratemetabolism龙胆糖：水解产生两分子葡萄糖和一分子果糖，作贮存糖存在于龙胆属植物中。龙胆三糖：水解后全为葡萄糖，作糖基存在于糖苷中。松三糖：水解后为两分子葡萄糖和一分子果糖，许多植物存在，特别是松科和椴树科的分泌物中。8.四糖、五糖和六糖水苏糖：棉子糖上加一个半乳糖，植物广泛存在。蔗糖和棉子糖的低级同系物在植物的冷适应中起重要作用，如在裸子植物中棉子糖的贮存超过蔗糖。Chapter6carbohydratemetabolism9.环糊精芽孢杆菌属的某些种的环糊精转葡糖基转移酶作用于淀粉生成。环糊精也称Schardinger糊精或环直链淀粉，由6、7或8个葡萄糖单位通过α、β、γ-糖苷键连接而成，分别称α、β、γ-环糊精或环六、环七和环八直链淀粉。环糊精使食品的色、香、味得到保存和改善，医药、食品、化妆品等被广泛用作稳定剂、抗氧化剂、抗光解剂、乳化剂和增溶剂等。α-环糊精被用于层析分离和光谱学测定，β-环糊精与丹磺酰氯形成水溶性的笼形物用于蛋白质的荧光标记。α和β环糊精能使某些化学反应加速，具催化功能，是研究模拟酶的材料。Chapter6carbohydratemetabolism6.1.1.3.多糖polysaccharide20个以上的单糖分子的糖，有同多糖和杂多糖。分子质量从3万到4亿。大多不溶于水，酸或碱能使其可溶，但分子降解，故纯化很难，纯化产物不均一。1.淀粉starch植物生长期间以淀粉粒形式贮于细胞，种子、块茎和块根等器官中含量丰富。直链淀粉：用微溶于水的醇如正丁醇饱和淀粉胶悬液时形成微晶沉淀。支链淀粉：向母液中加入与水混溶的醇如甲醇所得的无定形物质。Chapter6carbohydratemetabolism多数淀粉所含的直链淀粉与支链淀粉的比例为（20％~25％）/（75％~80％）。某些谷物如蜡质玉米（waxycorn）和糯米等几乎只含支链淀粉，皱缩豌豆中直链淀粉含量高达98％。直链淀粉：少量溶于热水，放置时重新析出淀粉晶体，在天然淀粉溶液中支链淀粉是直链淀粉的保护胶体。Mr为1×105~2×106（600~12000个葡萄糖）。遇碘呈蓝色支链淀粉：易溶于水，形成稳定的胶体，静置时溶液不出现沉淀，平均Mr为1×106~6×106（6000~37000残基）。约每24~30单位1个分支，线形链段α-1,4连接，分支点处还存在α-1,6连接。遇碘呈紫色到紫红色，作贮存分子。Chapter6carbohydratemetabolism糊精：淀粉在酸或淀粉酶作用下逐步降解生成的分子大小不一的中间物。依分子质量的递减，与碘作用呈现由蓝紫色、紫色、红色到无色，2.糖原glycogen又称动物淀粉，以颗粒（直径10~40nm）存在于动物细胞的胞液内。糖原主要在肝脏和骨骼肌，其含量分别约占湿重的5％和1.5％，但骨骼肌的糖原贮量比肝脏多，因为一个平均70k8体重的男子约有30kg骨骼肌（约450g糖原），但只有1.6kg肝（约80g糖原），贮存的糖原作能源可供机体12小时的需要。糖原是人和动物肌肉剧烈运动时最易动用的葡萄糖贮库。Chapter6carbohydratemetabolism糖原是葡萄糖的高效能的贮存形式。糖原降解产生G-1-Pi，进一步分解不消耗ATP。糖原分子90％降解为G-1-Pi，其余10％被水解成为葡萄糖。糖原分子与被水解下的葡萄糖分子转变为G-6-Pi需消耗1分子ATP。若贮存一个G-6-Pi也只消耗约1分子ATP稍多的能量。因此将葡萄糖转变为贮存形式的糖原其效益是很高的。与贮存脂肪相比，糖原贮存的原因可能是A.动员迅速；B.可在无氧条件下进行分解；C.维持血糖的正常水平。Chapter6carbohydratemetabolism3.纤维素cellulose最丰富的有机物，占植物界碳素的50％以上，细胞壁的主要成分。海洋无脊椎动物的被囊类外套膜中含相当多的纤维素，但在动物进化中纤维素不作为结构物质。纤维素不溶于水及其他溶剂，原料中含多种与之结合紧密的成分，纯化难。Mr为（1~2）×106。人和哺乳类缺乏纤维素酶，某些反刍动物有肠道内共生的能产生纤维素酶的细菌，因而能消化纤维素。白蚁依赖于消化道中的原生动物。工业上主要纺织和造纸，改型纤维素用途广。Chapter6carbohydratemetabolism4.壳多糖chitin也称几丁质，是N-乙酰-β-D-葡糖胺的同聚物，Mr达数百万。结构与纤维素极相似，只是每个残基的C2上羟基被乙酰化的氨基所取代。主要在无脊椎动物存在，如昆虫、蟹虾、螺蚌等，也是很多节肢动物和软体动物外骨骼的主要结构物质，在壳多糖基质上发展了外骨骼。脊椎动物在进化过程中在胶原蛋白基质上发展了内骨骼。壳多糖去乙酰化形成聚葡糖胺或称脱乙酰壳多糖，因其阳离子性质和无毒，被广泛地应用于水和饮料处理、化妆、制药、医学、农业（种子包衣）以及食品、饲料加工。Chapter6carbohydratemetabolism5.果胶物质pecticsubstance主要在植物的初生细胞壁和细胞之间的中层内，是细胞壁的基质多糖。在浆果、果实和茎中最丰富。果胶物质：聚半乳糖醛酸、聚鼠李半乳糖醛酸和中性的阿拉伯聚糖、半乳聚糖-阿拉伯半乳聚糖多糖。每种多糖的侧链中残基的数目、种类、连接方式和其他取代基存在的情况随来源、组织和发育阶段的不同而不同。果胶pectin：羧基不同程度被甲酯化的线形聚半乳糖醛酸或聚鼠李半乳糖醛酸。果胶酸pecticacid：，完全去甲酯化的果胶。Chapter6carbohydratemetabolism果胶酯酸pectinicacid：羧基大部分被甲酯化的果胶（甲酯化程度45％，又称为高甲氧基果胶）。原果胶protopectin：提取前存在于植物中与纤维素和半纤维素等结合的水不溶性的果胶物质。原果胶受植物体内聚半乳糖醛酸酶也称果胶酶的作用或提取过程中经稀酸处理，则转变为水溶性的果胶。果胶酶参与果实成熟期特别是采后成熟过程中果实组织的软化。果胶经果胶酯酶的去甲酯化转变为无粘性的果胶酸。果胶的Mr一般为25000~50000，是亲水胶体，在适当的酸度(pH~3)和糖浓度（60％~65％蔗糖）条件下形成凝胶。糖使高度水化的果胶脱水，酸消除果胶分子的负电荷。在糖果和食品中用作胶凝剂。Chapter6carbohydratemetabolism6.半纤维素hemicellulose为碱溶性的植物细胞壁多糖，即除去果胶物质后的残留物能被15％NaOH提取的多糖。它们大多有侧链，50~400个残基，大量存在于木质化部分，如木材中占干重的15％~25％，秸秆中占25％~45％。7.琼脂agar琼脂：由琼脂糖和琼脂胶组成。石花莱等的热提取液冷却形成凝胶，凝胶冰冻并融化产生沉淀，滤出沉淀，干燥至含水量约为35％使成透明薄片，即琼脂。Chapter6carbohydratemetabolism琼脂糖：由D-吡喃半乳糖和3,6-脱水-L-吡喃半乳糖两个单位交替组成的线性链。D-半乳糖以β取向与3,6-脱水-L-半乳糖的C4位相连，后一单位以α-取向与D-半乳糖单位的C3位相连。琼脂胶：琼脂糖的单糖残基不同程度地被硫酸基、甲氧基、丙酮酸等所取代。其实琼脂糖只是被这些基团取代最少的琼脂组分。琼脂这一概念应理解为多种具有相同主链但不