1、第五节 碳水化合物,碳水化合物：是谷类食物中主要成分之一，有C、H、O三种元素组成，每两个H原子就有一个O原子，其比数与水相同，故叫碳水化合物，又叫糖类。,一、 分类,（一）单糖类单糖类：是具有多羟基的醛或酮,它是不能被分解成更小分子的糖，如葡糖(glucose) 、果糖(fructose)和核糖(ribose)等 其通式为：(CH2O)n.体内单糖可来自于外源摄入和糖复合物分解 体内各单糖均可通过糖酵解途径分解 单糖衍生物是体内多种代谢途径的中间物或产物 核苷酸单糖是糖复合物合成的原料,常见的单糖,三糖、四糖、五糖、六糖、七糖，重要的有丙糖，赤藓糖、核糖、己糖、景天庚糖特殊的单糖: 1、去氧
2、糖：单糖分子中的一个或两个羟基被氢原子替代的糖叫去氧糖 2、氨基糖：单糖分子中的一个或几个羟基被氨基替代的糖叫氨基糖。主要存在于地衣、微生物和动物中。 3、分支碳链糖：碳链有分支的糖,单糖衍生物 1、糖醇：单糖分子的醛基或酮基被还原成羟基后得到的多元醇叫糖醇。 2、糖醛酸:单糖分子的伯醇基被氧化成羧基的产物，叫糖醛酸。如:葡萄糖醛酸 3、糖的磷酸酯：单糖分子上的羟基被磷酸酯化后所形成的化合物，如：葡萄糖六磷酸 4、环醇类:如肌醇,（二）低聚糖,低聚糖：是由2-9个单糖分子聚合成的低聚物。根据所含有的单糖分子个数命名为二、三、四、五糖等。 低聚糖大多有不同的单糖聚合而成，也可由相同的单糖聚合而成
3、，其理化性质为：易溶于水，难溶于有机溶剂,二糖是常见的低聚糖,主要的二糖有：,麦芽糖 (maltose)：葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose)：葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose)：葡萄糖 半乳糖,（三）多糖,完全水解后产生10个以上单糖的糖称为多糖，通常有几百到几千个单糖分子构成，有同多糖、杂多糖之分。同多糖：由同一种单糖组成的多糖杂多糖：由两种以上不同的单糖组成的多糖 在多糖结构中，除单糖外还有糖醛酸、去氧糖、氨基糖与糖醇等，也可以由其他的取代集团。多糖按功能可分为两类: 一类是不溶于水的动植物的支持组织，如纤维素，甲壳类动物中的甲壳素；一类是可溶于水的动植物的储藏养料，如糖元、
4、淀粉,常见的多糖化合物,1、淀粉 D-构型葡萄糖的高聚物，通式为(C6H10O5)n,是植物体内储存的营养物质，具有一定的形态，通常为白色颗粒状粉末。不溶于冷水，乙醇以及有机溶剂中，溶于热水形成胶体溶液，可被稀酸水解成葡萄糖，也可被淀粉酶水解为麦芽糖。, -1,4糖苷键, -1,6糖苷键,目 录,按其结构可分为：胶淀粉和糖淀粉两类。,胶淀粉：又叫淀粉精，为支链淀粉，位于淀粉粒外周，约占淀粉的80%。分子量为5万-10万，在热水中膨胀成粘胶状，与碘液呈紫色或红紫色。 糖淀粉：又叫淀粉糖，为直链淀粉，位于淀粉粒中央，约占淀粉的20%，分子量为1万-5万，可溶于热水，与碘液呈深蓝色。 淀粉通常无明显
5、的药理作用，大量用作制取葡萄糖的原料，在制剂中常作为赋形剂、润滑剂或保护剂。 淀粉的形态结构是生药显微鉴定的特征之一。,2、菊糖 为35个D-果糖以-2，1连接而成，最后接D-葡萄糖。这种果聚糖广泛分布于菊科和桔梗科植物中。 菊糖溶解于细胞液中。与乙醇可形成球状结晶析出。能溶于热水，微溶或不溶于冷水，不溶于有机溶剂，遇碘液不显色。常用于肾功能检查。菊糖的形态结构是生药显微鉴定的特征之一。,3、树胶 为高等枝干枝受伤或受菌类侵袭后至伤口渗出的分泌物 ，在空气中干燥后形成半透明的不定形固体，是一种有分支的杂多糖。 4、粘液质 存在于种子、果实、根、茎粘液细胞中的一类粘多糖，是保持植物水分的基本物质
6、 5、粘胶质 是高等植物细胞间质的构成物质,6、纤维素：是植物的结构多糖，由-1，4糖苷键相连的葡萄聚糖,-1,4糖苷键,目 录,7、动物多糖,肝糖原：动物储藏养料，结构与胶淀粉相似，遇碘呈红褐色， 甲壳素：是组成甲壳类昆虫外壳的多糖，结构与纤维素类似，不溶于水。对稀酸和碱都很稳定。 肝素：主要存在于肝与肺中，是一种高度硫酸酯化的左旋多糖，有很强的抗凝血作用，用于防止血栓形成。 硫酸软骨素：是动物组织的基础物质，也是软骨的主要成分，用以保持组织的水分和弹性 透明质酸：酸性粘多糖，作为一种润滑剂存在于眼球玻璃体，关节液，皮肤等组织中,二、碳水化合物的生理功能,（一）供给能量 每克葡萄糖氧化可以产
7、生15.94KJ（16KJ/4Kcal） 我国和美国药典规定，输液用的葡萄糖含1mol结晶水，每克产热16180/198，或14.5KJ（3.75180/198或3.41kcal）,静脉输液时葡糖提供的能量应以14.5KJ/g。 （二）构成细胞和组织 每个细胞都含有碳水化合物，其含量占2-10%，主要以糖脂糖蛋白和蛋白多糖的形式存在，主要分布在生物膜、细胞浆和细胞间基质中，,（三）传递信息 1、作为糖蛋白，是细胞间识别的标记 2、有抗原作用，有些低聚糖有抗原作用 3、在细胞和细胞的粘着中发挥作用 4、细胞接触抑制细胞培养时正常细胞增加到一定的密度就不再生长，这种对生长的抑制作用叫接触抑制。与这
8、种接触抑制与细胞表面的糖链有很大的关系。 （四）润滑作用糖蛋白和蛋白多糖有润滑作用，关节液中有大量的透明质酸是关节活动的润滑剂；消化液中的糖蛋白使食糜易于移动且可包裹食糜和粪便，使肠粘膜免受机械和化学的损伤；呼吸道的糖蛋白有防治支气管和肺泡上皮干燥，保护呼吸道免受气体和微生物的侵入作用。,（五）保护蛋白质不被蛋白酶消化 有些蛋白质，特别是酶和消化液中的糖蛋白经常不被蛋白酶所消化，是由于分子中的糖链在保护，如把分子上的糖链去掉则可被蛋白酶所消化。 （六）控制细胞膜的通透性 伸出细胞膜外的糖链和其他极性基团，能控制水分子、无机离子和小分子有机物的移动，和进入细胞内部。 （七）节约蛋白质作用 食物中
9、的碳水化合物不足，机体不得不从蛋白质取得能量。因为能量需要的迫切性超过其他营养素。如要使最大限度的把氨基酸用于蛋白质合成，减少蛋白质作为能量而消耗，在摄取必需氨基酸的同时，一定要有足够的碳水化合物供应，既可节约这部分蛋白，使其用于体内蛋白质的代谢更新，这就是所谓节约蛋白质作用。,（八）抗生酮作用 食物中的碳水化合物不足时，机体便用储存的脂肪来供给能量，但机体对脂肪酸的氧化能力有一定的限度。动用脂肪过多，其分解代谢的中间产物-酮体不能完全氧化，后者是一种酸性物质，在体内积存过多可引起酮血症。膳食中的碳水化合物可保证这一情况不会产生。 人体每天至少需要50-100g碳水化合物才能防止酮血症的产生。
10、 （九）解毒作用 肝脏中的葡醛酸能结合一些外来的化合物，以及细菌产生的毒素等，共同排出体外起到解毒作用。,（十）合成生物大分子的前体 机体内有很多生物活性物质，其分子构成中都有糖的成分。 （十一）膳食纤维的生理功用 存在于食物中的各类纤维统称膳食纤维。根据其水溶性的不同分为可溶性纤维和不溶性纤维，前者包括果胶、树胶、粘胶等（来源于柑橘类、燕麦制品和豆类）。后者包括纤维素、木质素等（来源于所有植物），二者在作用上有所不同。（见表一）,1、辅助消化作用：膳食纤维被肠道细菌分解所产生的低级的挥发酸及其分解产物，促进胃肠蠕动，刺激消化液的分泌，具有辅助消化的功能。 2、通便：膳食纤维通过肠腔，能吸附体
11、外进入的有害物质和体内产生的有害物质；吸收并保持大量的水分，使粪便体积增大变得松软；对肠壁有刺激作用，可增加肠道的蠕动促进排便，防止粪便在肠道内潴留过久，水分吸干发生燥结，产生便秘。 3、防止憩室病：憩室是结肠壁薄弱除向外凸出形成的小囊，是病菌生殖繁染的场所，如果囊部发炎形成憩室炎会非常疼痛。膳食纤维可使排便通畅减少肠内压力，既能预防又能治疗憩室病。,4、预防压挤病 肠内过分干结的粪便淤滞，使肠“分节运动”增强，肠内压增大，导致下肢静脉曲张、盲肠炎、痔疮、裂孔疝及静脉血栓形成，统称为“压挤病”。 5、防癌 动物性食物缺乏膳食纤维，肠内厌氧细菌在未消化的食物残渣中大量繁殖可产生促癌的有害物质，膳
12、食纤维有很好的吸水和保持水的功能，并能夹带着未被消化的食物残渣和有害的代谢物较快的排出体外，因此膳食纤维有防癌功能。 6、防治胆石症 在肠道内膳食纤维能吸附、粘结胆汁盐，使部分胆汁盐随膳食纤维排出体外，而胆汁盐又是胆固醇的代谢产物，为了补充被排出的胆汁盐需要更多的胆固醇转变成胆汁盐，帮助机体排出多余的胆固醇，从而降低了血液中的胆固醇，维护心血管系统的健康。果胶能和多余的胆固醇粘结在一起。,7、防治高血脂、糖尿病 膳食纤维与脂类、胆酸盐粘合在一起，通过粪便排出，减少了血液中甘油三脂和胆固醇的水平 膳食纤维延迟葡萄糖的吸收，并推迟可消化糖在小肠中的出现 膳食纤维能减轻胰岛素细胞的功能负担 使血糖处
13、于稳定状态，缩小血糖浓度的变化幅值，对糖尿病有稳定作用。 8、防治肥胖病 肥胖的人大多是爱吃不爱动，既吃得多消耗的少，使脂肪积累过多。足够的膳食纤维有助于预防过多的食物摄入和储存脂肪堆积，这一方面可满足胃肠的饱满感，另一方面又减少了摄入食物的热量。高膳食纤维食物，不仅解决了挨饿问题，又能达到减肥的目的。 9、吸附某些食品添加剂、农药、洗涤剂等化学物质，对健康有利,膳食纤维虽然对身体健康有诸多的益处，但并非多多益善，膳食纤维的摄入要适量，过多的膳食纤维会引起腹胀、排便次数增多且量大，也可影响多种矿物质的吸收利用，使钙、铁、镁、锌等随粪便排出量增加，从而引起矿物质缺乏症。还会导致脂溶性维生素吸收障
14、碍。,（一）糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。,消化部位： 主要在小肠，少量在口腔,三、碳水化合物的生化代谢,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-极限糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡糖苷酶,-极限糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,消化分两步进行 1 肠腔中的消化，产物是双糖和麦芽低聚糖 2 微绒毛膜（小肠粘膜上皮细胞刷状缘）上的消化吸收，产物是单糖。 肠粘膜上皮细胞中有吸收细胞，每一细胞约有3000条微绒毛，微绒毛间的空间的有小半径约0.4n
15、m。只有上述消化产物能够通过，与微绒毛膜上的酶反应。 膜上的酶有四种：-1，4糖苷酶，把葡萄糖分子自上述产物一个个地切下来异麦芽糖酶。水解麦芽低聚糖的-1，6糖苷键蔗糖酶，消化蔗糖-半糖苷酶，消化乳糖,（二）糖的吸收,1. 吸收部位小肠上段,2. 吸收形式 单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3. 吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,4. 吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(
16、glucose transporter),（三）代谢概述 糖代谢是指葡萄糖在体内的复杂化学反应,葡萄糖吸收入血后，依赖一类葡萄糖转运体（glucose transporter, GLUT）而进入细胞内代谢。,葡萄糖,丙酮酸,H2O + CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+ NADPH+H+,淀粉,葡萄糖代谢概况,* 糖酵解(glycolysis)：,* 乳酸发酵(lactic acid fermentation)： 在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成的丙酮酸还原为乳酸(lactate) 。,一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸的过程。,* 乙醇发酵(ethanol fermentation)：
17、 在某些植物、脊椎动物组织和微生物，酵解产生的丙酮酸转变为乙醇和CO2，即乙醇发酵。,* 有氧氧化(aerobic oxidation)： 在有条件下，需氧生物和哺乳动物组织内的丙酮酸彻底氧化分解为CO2和H2O，即糖的有氧氧化 。,1、糖无氧氧化反应过程分糖酵解和乳酸还原两个阶段,* 糖酵解(glycolysis)：,* 糖酵解的反应部位：胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。,第一阶段,第二阶段,* 糖酵解分为两个阶段,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。,糖酵解的代谢途径
18、,E2,E1,E3,乳酸酵解时，1mol葡萄糖可经底物水平磷酸化生成4molATP，在葡萄糖和6-磷酸果糖磷酸化时消耗2molATP，故净生成2molATP。,乳酸酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌肉收缩更为重要。 当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量主要通过乳酸酵解获得。 红细胞没有线粒体，完全依赖乳酸酵解供应能量。 神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由乳酸酵解提供部分能量。,乳酸酵解的生理意义,葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化(aerobic oxidation)。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,2、糖的有氧氧化,糖的有氧氧化
19、反应分为3个阶段,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化,G,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,葡萄糖循酵解途径分解为丙酮酸,丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,总反应式:,乙酰CoA进入三羧酸循环 以及氧化磷酸化 生成ATP,2 次脱羧 4 次脱氢 3 次 NAD+ 1 次 FAD 三羧酸循环中的物质起催化剂作用,三羧酸循环的第一步是乙酰CoA与草酰乙酸缩合成6个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。 经过一轮循环，乙酰CoA的2个碳原子被氧化成CO2；在循环中有1次底物水
20、平磷酸化，可生成1分子ATP；更为重要的是有4次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD+或FAD，生成3分子NADH+H+和1分子FADH2。,在H+/电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有ADP磷酸化成ATP，吸收这些能量储存于ATP中，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起的，称为氧化磷酸化。 三羧酸循环中脱下的氢进入呼吸链氧化磷酸化，生成水和ATP。,糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,三羧酸循环一次最终共生成12个ATP。 1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成36或38molATP。,*获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制。,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是
21、机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,每1mol葡萄糖在体内氧化成6molCO2时可产生38molATP,机体可以利用的能量是3830或KJ (387.3)或277Kcal 。每1mol葡萄糖氧化成6molCO2和水时，自由能的改变是2870kJ(686KCal).所以，机械效率=1140/287010=40%,3、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应生成磷酸
22、戊糖、NADPH+H+及CO2,磷酸戊糖途径的反应过程可分为两个阶段,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则：非氧化反应包括一系列基团转移。,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,磷酸戊糖途径的总反应式：,36-磷酸葡糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途径的特点, 脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。 反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。 一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+
23、。,磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖,1. 磷酸戊糖途径为核苷酸的生成提供核糖,2. 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,（1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体； （2）NADPH参与体内羟化反应； （3）NADPH还用于维持谷胱甘肽（glutathione）的还原状态。,还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂，尤其是过氧化物的损害。 在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。,是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。,糖 原 (glycogen),糖原储存的主要器官及其生理
24、意义,4、糖原的合成和分解,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷 键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。 3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点,目 录,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆,* 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡糖基的接受体。,亚细胞定位：胞 浆,肝糖原的分解产物:葡萄糖肌糖原的分解产物:6-磷酸葡萄糖,糖原分解 (glycogenolysi
25、s )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,* 肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡糖之后，由于肌肉组织中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。,四、碳水化合物的供能,膳食中碳水化合物没有规定的需要量，一般每人每天至少需摄入可以消化的50-100g碳水化合物。 中国营养学会推荐我国居民的碳水化合物膳食供给量占总能量的60-65%。 目前营养学家认为总能量中的55-60%应有碳水化合物来供给。,五、膳食中碳水化合物的来源,（一）血糖生成指数 血糖指数是指空腹状态下进食50克被试食物后
26、血糖反应曲线下的面积与进食等量参考食物（葡萄糖或白面包）后血糖反应曲线下面积的比值百分数。 血糖生成指数越低血糖升高越趋缓和，葡萄糖在体内扩散的速度越缓慢，反之亦然。 血糖生成指数在10-20%的食物有：见书48页 血糖生成指数在80%以上的食物：见书48页,（二）食物来源 食物中碳水化合物的来源有5大类： 谷物、蔬菜、水果、奶和糖 谷物中除淀粉和膳食纤维外还有蛋白质、矿物质和维生素 蔬菜中有纤维素、蛋白质、矿物质和维生素 豆类中还有脂肪 水果有葡萄糖、蔗糖、纤维素、矿物质和维生素 奶中能提供一定数量的碳水化合物，其中的乳糖在肠内停留时间较其他双糖停留时间比较长，有利于细菌的生长，这些细菌可以产生某些B族维生素（如B12）。人成年后乳糖酶逐渐消失所以奶及奶制品会引起某些人的腹泻。,（三）烹调与应用,（1）粗杂粮中的维生素、矿物质和膳食纤维的含量高于精细粮食 （2）谷类与豆类食物搭配使用可以提高膳食蛋白质的营养价值 （3）霉变的粮食不可使用 （4）烹调中，电粉在干热情况下会部分分解而产生糊精，糊精比淀粉容易消化。如烤馒头片比馒头容易消化。 烹调中淀粉与水一起受热，产生糊化反应，使淀粉体积增大，变得粘稠。这一反应有利于多种维生素地保护。 （5）单糖和双糖在加热过程中会发生糖的焦化反应，颜色逐渐变化，最终的产物是有害物质黑色素。所以在炒糖食时要掌握好火候,
