1、第二章 糖类1.糖的概念一.糖的种类和功能1.糖的定义2.糖的功能：能源 结构 信息传递3.糖的种类：单糖：定义 醛糖 酮糖 丙、丁、戊、己、庚糖及其两者的组合，重要单糖的举例寡糖：定义 举例多糖：定义 同多糖 杂多糖 举例结合糖：定义 举例4.碳水化合物：carbohydrate二.糖的构型1.几个概念：同分异构体结构异构 立体异构 几何异构 旋光异构 差向异构2.糖的构型不对称碳原子 旋光异构体的性质甘油醛的构型（DL） 意义葡萄糖的构型 2.单糖的结构和性质单糖举例一.葡萄糖的结构1.链式结构：条件 结构式 构型 旋光异构体和自然选择 简化结构式2.环状结构：条件 吡喃型和呋喃型及自然选
2、择 型和 型 异头物3.投影式（Haworth 式） 链式与环式的互变规则4.变旋现象：现象 本质5.葡萄糖的构象：船式和椅式6.几种重要单糖的结构式（默认为 D-型）：甘油醛 二羟丙酮 核糖！ 脱氧核糖！ 葡萄糖 甘露糖 半乳糖 果糖！链式和环式都要，请大家自己在书上将其找到。 二.单糖的性质1.物理性质：旋光性（特例） 甜度：标准以及顺序（果糖蔗糖葡萄糖） 溶解性2.化学性质.与强酸的作用：形成糠醛及其衍生物反应式及其原理：书 P16糖的鉴定：Molish 反应：糠醛及其衍生物与 - 萘酚反应作用生成紫色的化合物，原理是羰基于酚类进行了缩合，这样，将糖与浓酸作用后再与 -萘酚反应作用就能生
3、成紫色的化合物，可鉴别糖。（多羟、醛基）Seliwanoff 反应：同样的原理，将糖与浓酸作用后再与间苯二酚反应，若是酮糖就显鲜红色，若是醛糖就显淡红色，由此可鉴别酮糖和醛糖。.形成糖苷：糖的半缩醛羟基与其它物质的羟基或氨基脱水缩合形成的化合物。举例：麦芽糖的结构式：见书 P22 葡萄糖 -1,4-葡萄糖苷，-葡萄糖出半缩醛羟基，另一葡萄糖（、 可互变）出 4位上的羟基。反应部位主体、配体、糖苷键的键型（半缩醛羟基的构型-半缩醛羟基的位置，另一羟基的位置）全名：配体 半缩醛羟基的构型-半缩醛羟基的位置, 另一羟基的位置- 主体苷.糖的还原性费林反应（Fehling ）：见 P15 费林试剂 反
4、应式 定量法与铁氰化钾的反应：将葡萄糖与铁氰化钾（K3Fe（CN ）6）溶液共热时，铁氰化钾被还原成亚铁氰化钾（K4Fe （CN ） 6）。反应式：K3Fe（CN ）6 + 葡萄糖 K4Fe（CN）6 + 葡萄糖酸.形成糖脎糖与三分子苯肼的反应反应式：见 P17用途：鉴定单糖的种类：糖脎为黄色的不溶于水的晶体，不同的糖脎其晶型和熔点均不同，由此可鉴别单糖的种类。思考题：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖哪几种可被糖脎反应所鉴别，哪些不能？其余的反应如酯化作用、对碱的作用、糖的氧化性等，请大家自己看看。3.寡糖定义结构单位：环状的糖糖苷键主体和配体寡糖（以及淀粉）中的单糖叫残基一.几种重要的二糖1.麦
5、芽糖：见 P22 葡萄糖 -1,4-葡萄糖苷：是直链淀粉的形成方式2.异麦芽糖：葡萄糖 -1,6-葡萄糖苷：是枝链淀粉分支处的的形成方式3.蔗糖：-葡萄糖 -2,1 果糖苷 /-果糖 -1,2 葡萄糖苷4.乳糖：见 P22 葡萄糖 -1,4-半乳糖苷5.纤维二糖：见 P22 葡萄糖 -1,4-葡萄糖苷：是纤维素的形成方式。4.多糖定义一.同多糖即均一多糖：定义1.淀粉结构单位：-D-葡萄糖（在淀粉和寡糖中叫做葡萄糖残基）连接方式（即糖苷键型）：直链淀粉：-1,4 糖苷键，枝链淀粉 -1,6 糖苷键（仅出现在分支处）和 -1,4 糖苷键（除了分支处以外的地方）直链淀粉的结构：见 P24 还原端和
6、非还原端各一枝链淀粉的结构：见 P25 还原端一个，非还原端多个淀粉的二级结构（空间结构）：见 P24 右手螺旋（像个弹簧），每一圈含有 6 个葡萄糖残基碘显色机理：钻圈，圈越多（分子量越大即葡萄糖残基越多）色越深淀粉水解碘显色的变化：淀粉（蓝色或紫色）红色糊精无色糊精寡糖葡萄糖性质：与葡萄糖相比，它没有还原性、有旋光性但无变旋现象、溶解度降低2.糖原：结构上完全同枝链淀粉，只是分子量要大得多3.纤维素：见 P27结构单位：-D-葡萄糖连接方式：-1,4 糖苷键分子量：上万个葡萄糖残基二级结构：锯齿带状，交织在一起，强度很大。4.其余多糖：半纤维素和几丁质等，请大家自己回去看看。二级结构：锯齿
7、的链状，由于它们互相缠绕和交织，因此，强度很大。性质：不溶于水，仅能被高温的强酸和少数几种纤维素酶所水解二.杂多糖通常与蛋白质形成具有粘性的物质，故称粘多糖，在体内起润滑作用（胃部以及关节处的粘夜，鼻涕等）例如：透明质酸、硫酸软骨素和肝素等三.结合糖：糖脂、糖蛋白、蛋白多糖等，自己看。布置作业：重要单糖的结构，糖脎反应的思考题。抽查第十章 糖代谢1.糖的分解代谢一. 多糖分解为单糖1. 淀粉的酶解胞外降解：淀粉酶类和寡糖酶类配合作用。对外源淀粉（食物）的酶水解，是糖苷酶，水解糖苷键（-1，4 、-1 ，6 ） 。淀粉酶类：-淀粉酶：内切 -1，4 糖苷键，产物是糊精和寡糖，唾液、胰液含有。-淀
8、粉酶：非还原端两两外切 -1，4 糖苷键，产物是麦芽糖和分枝寡糖，人不含有。-淀粉酶：非还原端外切 -1，4 和 -1，6 糖苷键，产物是葡萄糖，人含有。R 酶：异淀粉酶，内切 -1，6 糖苷键，产物是直链淀粉，人不含有，仅植物含有。寡糖酶类：麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等。胞内降解动物不存在胞内降解淀粉问题，植物的胞内降解同胞外降解。2. 糖原的酶解胞外降解同淀粉，即动物将外源的糖原当成了淀粉。胞内降解：糖原磷酸化酶：从非还原端“外切”-1，4 糖苷键， “外切”的方式不是水解而是磷酸化，产物 G-1-P，见 P310脱枝酶：同植物中的 R 酶，内切 -1 ，6 糖苷键。3. 纤维素的酶解：只能
9、胞外降解，仅存于微生物中。-葡萄糖苷酶：纤维二糖酶，专门水解纤维二糖中的 -1，4 糖苷键，产物是葡萄糖。见 P22C1：非还原端外切纤维二糖，产物纤维二糖Cx：内切 -1，4 糖苷键。葡聚糖葡萄糖酶：非还原端外切 -1，4 糖苷键，产物葡萄糖。二. 单糖的无氧氧化：在没有氧气的条件下，葡萄糖降解并释放能量的过程，是葡萄糖的不完全氧化过程，发生在胞浆中。1. 糖酵解途径（EMP）物质代谢：见 P319，注意其中的不可逆反应，每种物质的结构式自己查，也可见（B）P128， （课间显示） 。能量代谢：消耗 ATP：2产生 ATP：2*2NADH+H+： 1*2净产能 6-8 个 ATP* NADH
10、+H+要从胞浆中穿梭到线粒体中才能制造 ATP（因为呼吸链在线粒体内膜上） ，穿梭过程有可能是免费的也有可能是花代价的（1 个 ATP） ，故每个胞浆中的 NADH+H+最后能产生 23 个 ATP2. 乙醇发酵：工厂生产酒精的过程，要掌握从淀粉到酒精的全部变化过程。狭义的发酵概念：微生物通过无氧氧化将糖类转变成乙醇的过程。广义概念：利用微生物生产一切产品的过程。物质代谢：EMP 后加上丙酮酸脱羧和乙醛还原两步，见 P321能量代谢：净产能 2 个 ATP3. 乳酸发酵：剧烈运动后（缺氧）肌肉发酸的道理。物质代谢：EMP 后加上丙酮酸还原，见 P320能量代谢：净产能 2 个 ATP三. 单糖
11、的有氧氧化1. 总过程：EMP+丙酮酸的氧化脱羧 + TCA2. 丙酮酸的氧化脱羧：发生在线粒体中，丙酮酸可以自由的穿过线粒体内膜。物质代谢：见 P323能量代谢：净产生 3 个 ATP3. 三羧酸循环（TCA）：Krebs 循环，诺贝尔奖得主，发生在线粒体中物质代谢：见 P329，英文对照见（B ）P132能量代谢：产生 ATP：1NADH+H+： 3FADH2：1即 1 分子乙酰 CoA 净产生 12 个 ATP，2 分子就是 24 个。关于环内物质的氧化以及草酰乙酸的补充TCA 总的结果是乙酰 CoA 被完全氧化成了 CO2 和 H2O，而环上其它的物质的量并没有改变，要使环上的物质也彻
12、底氧化则需要另一途径来帮忙-丙酮酸羧化支路，其过程见P344 或草图。把线粒体中的草酰乙酸变成了胞浆中的丙酮酸，下面就好氧化了。当乙酰 CoA 太多的时侯，就得及时补充草酰乙酸或者苹果酸以更多的启动 TCA，补充的途径一是丙酮酸羧化支路，二是由苹果酸酶一步转化，见 P331。4. 单糖的有氧氧化的生理意义是生物获取能量的主要途径：1 分子葡萄糖经过有氧氧化完全变成了 CO2 和 H2O，共释放出可利用的能量 3638 个 ATP，能量利用率接近 40。对比一下无氧氧化（乙醇或乳酸发酵）只产生 2 个 ATP。是物质代谢的总枢纽：许多非糖类物质（脂类、蛋白质）经其它代谢途径后可以转变成为单糖有氧
13、氧化途径中的某些中间产物，因此也就可以被彻底氧化为 CO2 和 H2O。反之，单糖有氧氧化途径中的某些中间产物也可以经其它代谢途径转变成为非糖类物质。例如：联系糖与蛋白质代谢的枢纽物质：丙酮酸Ala（P320） 、-酮戊二酸Glu（P329） 、草酰乙酸Asp（P329）等；联系糖与脂代谢的枢纽物质：3-P-甘油醛甘油、乙酰 CoA脂肪酸； 四. 磷酸己糖旁路（HMS： Hexose Monophosphate Shunt）或磷酸戊糖途径：单糖的无氧氧化和有氧氧化是细胞内主要的糖分解途径，但不是仅有的，将上述两种途径阻塞后（用酶抑制剂） ，糖的氧化照样进行。由此发现了单糖的另一种分解代谢方式
14、HMS，地点：胞奖。1. 物质代谢：见 P336，第一第二步为氧化反应（脱氢） ，产生能量物质，其他各步均为异构和移换反应，没有能量变化。2. 能量代谢：在 P336 的图中，3 分子的 G-6-P 产生 6 分子的 NADPH+H+和 1 分子3-P-甘油醛，同时又返回 2 分子的 G-6-P，也就是 1 分子的 G-6-P 产生 6 分子的NADPH+H+和 1 分子 3-P-甘油醛。那么 2 分子的 G-6-P 产生 12 分子的 NADPH+H+和 2 分子 3-P-甘油醛，其中 2 分子 3-P-甘油醛可以通过 EMP 的逆过程变成 G-6-P，这样，1 分子的 G-6-P 净产生
15、12 分子的 NADPH+H+（它的穿梭总是免费的） ，合 36 分子的 ATP。1 分子的葡萄糖就可以产生 35 分子的 ATP。3. 生理意义：是生物获取能量的另一重要途径：尤其在线粒体坏死的细胞中上升为主要供能方式，在肝、骨髓、脂肪组织和腺体中本来就进行旺盛。1 分子的葡萄糖就可以产生 35 分子的ATP，仅次于糖的有氧氧化（3638 ）它是联系己糖与戊糖、糖的分解与光合作用、糖类与核酸代谢的枢纽，这些代谢的中间产物可以进入 HMS，同时 HMS 中的中间产物也可以成为合成其他物质的原料。例如5-P-核糖（糖与核酸） 、5-P-核酮糖（HMS 与光合作用） 、3-P-甘油醛（HMS 与
16、EMP）等。HMS 产生的大量 NADPH+H+并不主要用于供能，而是主要作为供氢体参与物质的合成代谢，以及作为还原剂起作用，例如保持 GSH、血红蛋白、红血球的还原状态。2.糖的合成代谢包括 2 个方面，一是动物体内的糖异生和糖原合成，二是植物体内的光合作用和淀粉形成。一. 糖异生：非糖类物质通过 EMP 的逆过程生成单糖（ G）的过程。非糖类物质主要有乳酸、甘油、AA 等。最旺盛的场所是肝细胞的胞浆。糖异生的过程：EMP 的逆行，注意 3 个不可逆反应，对应 3 个底物循环，可使 EMP 逆行。底物循环：由 2 种不同的酶催化的不可逆反应所实现的底物互变。1.G 与 G-6-P：见 P34
17、32.F-6-P 与 FDP：见 P3432. 丙酮酸羧化支路：见 P344请同学们课后写出 EMP 逆行的全过程。P345 中显示以乳酸和甘油为原料所进行的糖异生。下面举几个 AA 为原料的例子：转氨或脱氨 丙酮酸羧化之路 EMP 逆行Asp-草酰乙酸- PEP- G转氨或脱氨 TCA 丙酮酸羧化之路 EMP 逆行Glu-酮戊二酸-草酰乙酸- PEP-G转氨或脱氨 EMP 逆行Ala-丙酮酸- G二.糖原生成：由 G 生成糖原的过程1. G 的活化：生成 G 的供体，要消耗 2 分子 ATP葡萄糖激酶（肝）己糖激酶（非肝） PG 变位酶 UDPG 焦磷酸化酶过程：G-G-6-P- G-1-P
18、-UDPG具体的结构式和过程见 P3422. 糖链延伸：Gn+ UDPG-Gn+1+UDP3. 支链形成：分枝酶（-1，4）-（-1，4）+（-1，6）分枝酶具有内切和连接 2 项功能。这一点动植物有共同性。三.高等植物的光合作用1. 定义和反应式植物吸收光能，将 CO2 和 H2O 转化成糖类，并放出 O2 的过程。发生的部位是植物绿色组织（叶子、茎和果实的外层）之细胞的叶绿体中的类囊体之中，见讲义 P6 补页中的草图。最重要的物质是叶绿素，它是镁卟啉化合物，与血红蛋白中的铁卟啉很相似，见 P349。叶绿素组成光反应中心和光反应系统，负责吸收和传递光能。反应式：P347，上面的式子表示产生的
19、是糖类，下面的式子直接将产物定为葡萄糖，实际上光合作用的直接产物是 3-P-甘油醛，即三碳糖。2. 过程光反应：由叶绿素等光合色素组成的光反应系统吸收光能制造 NADPH+H+和 ATP的过程，为暗反应准备供氢体和能量物质。这是个打基础的过程，分为水的光解和光合磷酸化 2 个部分。光，叶绿素水的光解：H2O - 2H+ + 2e + 1/2O2 由此可知光合作用中植物放出 O2 是由 H2O 提供的，而不是由 CO2 提供的。光合磷酸化：由水的光解产生的 2H+ + 2e 在光合链（跟呼吸链很相似的结构）上传递时产生 NADPH+H+和 ATP 的过程光合链NADP+ + 2H+ + 2e -
20、 NADPH+H+光合链ADP + P - ATP暗反应不需要 O2 参与的 CO2 固定过程，即利用光反应产生的还原剂（供氢体 NADPH+H+）和能量物质 ATP 将 CO2 和 H2O 转化成糖类。这是个很复杂的过程，也是一个环式代谢，叫 Calvin 循环或 C3 循环，见 P362。重点掌握以下几点：CO2 的直接受体是 RuDP（1,5-二磷酸核酮糖） ，第一步反应的酶即 RuDP 羧化酶是Calvin 循环的关键酶。Calvin 循环的最初产物都是三碳化合物，故称 C3 循环。一次 Calvin 循环固定 3 分子的 CO2，产物是 3-P-甘油醛Calvin 循环中有许多 EM
21、P 及 HMS 途径中的物质。在 P362 有许多例子。C4 循环：在某些植物（甘蔗、玉米、高梁等，叫 C4 植物）中，环境中和自身氧化产生的CO2 被某些组织（叶肉，见（B）P154）捕获，形成 C4 化合物，然后运送到其它组织（维管束，见（B）P154）中再释放出来，这就是 C4 循环。最后还是通过 Calvin 循环来形成糖类，所以 C4 循环并不是固定 CO2 的过程，而是运送 CO2 的过程。这种植物利用 CO2 的效率比 C3 植物更高。四.淀粉的形成1. 单糖的形成Calvin 循环产物是 3-P-甘油醛，它异构成 P-二羟丙酮，穿过叶绿体的膜进入胞浆中，沿着 EMP 途径逆行就可生成葡萄糖或其他形式的单糖，如 G-6-P。2. 淀粉的形成直链淀粉（-1,4 糖苷键）的形成第一种形式：变位酶 磷酸化酶G-6-P - G-1-P - Gn+1 + P引物 Gn第二种形式：UDPG 焦磷酸酶 UDPG 转葡萄糖基酶G-1-P - UDPG - Gn+1 + UDPUTP Ppi 引物 Gn第三种形式：ADPG 焦磷酸酶 ADPG 转葡萄糖基酶G-1-P - ADPG - Gn+1 + ADPATP Ppi 引物 Gn枝链淀粉（-1,6 糖苷键）的形成：由分枝酶即 Q 酶来完成，这一点动植物有共同性，这个酶有内切酶和连接酶双重功能，分枝的过程见 P373
