基础生物化学-糖类分解代谢报告

5.3.2 淀粉(糖原)的酶促降解 淀粉（糖原）有水解和磷酸解两种酶促降解途 径。 5.3.2.1 淀粉酶促水解 淀粉酶、-淀粉酶、脱支酶和麦芽糖酶参与 了植物体内的淀粉水解。
①- 淀粉酶耐热 (70℃,15min) 不耐酸 (pH3.3) ， 在淀粉分子内部随机水解-1,4糖苷键，将直 链淀粉水解的产物为葡萄糖、麦芽糖；将支 链淀粉作用产物为葡萄糖、麦芽糖和糊精。
5.3.3 细胞壁多糖的酶促降解 纤维素是由1000~10000个-D-葡萄糖通过-1， 4糖苷键连接的直链分子，是植物细胞壁的主 要组分。纤维素可在酸或纤维素酶作用下水 解为-葡萄糖。
单糖的分解代谢 在生物体内首先要将多 糖水解为单糖才能为 生命活动提供能源或 碳源，葡萄糖是大多 数有机体生命活动的 主要能源，细胞通过 分解葡萄糖将其中所 含的化学能转化成细 胞能够利用的形式 （ATP）。
5.3 双糖和多糖的酶促降解 5.3.1 蔗糖、麦芽糖、乳糖的酶促降解 5.3.1.1 蔗糖的水解 蔗糖是植物光合作用产物的主要运输形式。 ①在蔗糖合成酶作用下水解
②在蔗糖酶（转化酶）作用下水解
5.3.1.2 麦芽糖的水解 麦芽糖酶可催化麦芽糖水解为葡萄糖。
5.3.1.3 乳糖的水解 乳糖在-半乳糖苷酶催化下水解为 D-葡萄糖和 D-半乳糖。
②- 淀粉酶耐酸不耐热，从多糖的非还原端的 -1,4糖苷键，将直链淀粉水解成麦芽糖；将 支链淀粉（或糖原）水解为麦芽糖和极限糊 精。
③脱支酶（R酶）可专一水解 -1,6糖苷键。支 链淀粉经淀粉酶水解产生的极限糊精，由脱 支酶水解去除 -1,6键连接的葡萄糖，再在淀粉酶和-淀粉酶作用下彻底水解。 ④麦芽糖酶水解麦芽糖和糊精中的-1,4糖苷键， 生成葡萄糖。
糖原磷酸解时，在酶 a 的作用下，从糖原非还 原端逐个磷酸解下葡萄糖基，生成 G-1-P ， 切至离分支点 4 个葡萄糖残基处停止，然后 由 -1,4-1,4- 寡聚糖基转移酶 (oligosaccharyl transferase)切下分支点上的麦芽三糖，同时 将它转移到另一链上，以-1,4糖苷键连接， 被加长了的支链仍由糖原磷酸化酶 a 磷酸解， 而连接有 1 个葡萄糖残基的 -1,6 糖苷键由脱 支酶水解形成葡萄糖。
5.1.2.2 抗代谢物、酶抑制剂的应用 在离体条件下，使用抗代谢物和酶抑制剂来阻 抑、改变反应，观察这些反应被抑制或改变 以后的结果，从而推测中间代谢的情况。
5.1.2.3 体内试验和体外试验 ①体内研究(in vivo) 以生物整体进行中间代谢研究称为体内研究， 包括用整体器官或微生物细胞群进行的研究。 如 Knoop 以犬为研究对象，饲喂苯环标记的 脂肪酸 ， 再研究 犬尿中 苯标记物状态 ，是 “体内研究”；
葡萄糖彻底 氧化分解 成CO2和 H2O要经 历EMPTCA、电 子传递和 氧化磷酸 化几个反 应阶段， 并将氧化 释放的能 量转变成 ATP。
5.4 糖酵解（glycolysis）EMP 5.4.1 糖酵解的概念 糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在细胞质中 经一系列脱氢氧化分解成丙酮酸的过程。由 氧化分解没有氧气参与，故称之为酵解。 G. Embden, O. Meyerhof, J. K. Parnas在研究 糖酵解途径中作出了重大贡献，简称为EMP 途径。
蔗糖分子中的葡萄糖和果糖经醛、酮基缩合， 失去还原、成腙、变旋等特性。 麦芽糖分子由两分子葡萄糖；乳糖分子由葡萄 糖和半乳糖各一分子通过1,4-糖苷键连接起来。 二者仍有一个自由醛基，也即半缩醛基，故 有还原、成脎、变旋等性质。
5.2.3 多糖（polysaccharides） 多糖是多个单糖基通过糖苷键连接而形成的高 聚物。 常见的有由一种类型的糖基组成的淀粉 （starch）、糖原（glycogen）和纤维素 （cellulose）等。
纤维素是构成植物躯干的主要成分，它由许多 -D-葡萄糖分子通过(14)糖苷键缩合生成， 其分子甚大，故不溶于水，稀酸、稀碱及其 他普通有机溶剂中。
由一种以上类型的糖及其衍生物残基组成。如 糖胺聚糖（粘多糖）为含氮多糖。有透明质 酸，硫酸软骨素、硫酸皮肤素，硫酸角质素、 肝素及硫酸乙酰肝素，存在于软骨、腱等结 缔组织和各种腺体分泌的粘液中，有构成组 织间质，润滑剂、防护剂等多方面作用。 多糖研究近20年来取得了突破性的进展，并成 为近代生物化学中一个新兴的活跃领域。
5.4.2 EMP的生化历程 糖酵解分为己糖的磷酸 化、磷酸己糖的裂解 和丙酮酸的生成三个 阶段，共10个反应组 成。
5.4.2.1 己糖的磷酸化 ①葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose) 在己糖激酶作用下消耗ATP，使葡萄糖的第6 位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G-6-P)， 这不仅活化了葡萄糖，也有利于进一步参与 合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡 萄糖不再逸出细胞。
5 糖类分解代谢
5.1 新陈代谢概论 5.2 生物体内的糖类 5.3 双糖和多糖的酶促降解 5.4 糖酵解 5.5 三羧酸循环 5.6 磷酸戊糖途径 5.7 糖醛酸途径
5.1 新陈代谢概论 新陈代谢是生物于周围环境进行物质和能量交 换的过程。包括同化作用 (assimilation) 和异 化作用(dissimilation)两个方面。 生物体通过同化作用(合成代谢) 不断地从环境 中摄取物质，经一系列生化反应转变为自己 的组分；通过异化作用(分解代谢) 将原有的 组分经一系列生化反应，分解为简单成分重 新利用或排出体外。
单糖具有旋光性，其旋先度可借旋光仪测得， 并计算得到旋光率。它能与酸、碱起作用， 不同条件下氧化产生不同类型的酸。它能被 还原成醇。有成蜡、成糖苷和成腙，成脎反 应，常借助这些反应分析，鉴定糖。 单糖中的酮糖，与醛糖相同，亦具有环状结构，ccharides ) 寡糖是少数单糖（2~10个）的缩合产物。其中 最重要的是双糖，双糖中常见的是蔗糖 （sucrose）、麦芽糖(maltose)、乳糖(lactose)。
Mg2+是己糖激酶的激活剂，6-磷酸葡萄糖是己 糖激酶的反馈抑制物。
②6-磷酸葡萄糖的异构反应(isomerization of glucose-6-phosphate) 磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase)催 化6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖(fructose-6phosphate, F-6-P) 。
淀粉是由- D-葡萄糖缩合而成，是植物贮存的 养料，分为直链和支链淀粉，葡萄糖分子间 多是(14)糖苷健，而分支点上是 (16) 糖苷健。
淀粉遇碘液呈紫蓝色反应。能为酸或淀粉酶所 水解，逐步降解时遇碘可显出不同颜色。 淀粉→红色糊精→无色糊精→麦芽糖 →葡萄糖 蓝紫 →红色 → 不显色 → 不显色 → 不显色 直链淀粉溶于热水，分子量 1.0×104~2.0×106 ， 约250~300个葡萄糖残基，分子通常卷曲为螺 旋形，每一转有6个葡萄糖残基。遇碘呈紫兰 色，最大吸收波长620~680nm。
5.1.2 代谢的研究方法 代谢研究主要是指中间代谢的研究方法。所谓 中间代谢指某一代谢中的一系列酶促反应。 研究方法主要包括： 5.1.2.1 示踪法 ①苯环化合物示踪法，如Knoop利用苯甲酸、 苯乙酸标记脂肪酸，提出了脂肪酸 - 氧化学 说。
②稳定同位素示踪法，如利用 15NH4Cl ，标记 DNA分子从而证明了DNA的半保留复制方式。 ③放射性同位素示踪法等。如卡尔文以 14CO2 饲喂植物，再用纸层析分离 CO2 代谢的中间 物，提出光合作用中 CO2 转变为糖的卡尔文 循环(Calvin cycle)。
5.3.2.2 淀粉的磷酸解 淀粉磷酸化酶广泛存在于高等植物的叶片及绝 大多数贮藏器官中。 淀粉磷酸化酶催化-1,4葡聚糖非还原末端的葡 萄糖转移给Pi，生成G-1-P，同时产生一个新 的非还原末端，继续进行磷酸化。 淀粉+nH3PO4=nG-1-P
5.3.2.3 糖原的磷酸解 糖原磷酸化酶主要存在于动物肝脏中，通过糖 原分解直接补充血糖。 糖原磷酸化酶 (glycogen phosphorylase)是糖原 降解的限速酶，有活性和非活性两种形态， 分别称为糖原磷酸化酶a(活化态)和糖原磷酸 化酶b(失活态)，两者在一定条件下可相互转 变。
5.2.1 单糖 （monosaccharides ） 单糖是最简单的，不再被水解成更小的糖单位。 (CH2O)n， n=3～9 ，其中戊糖（pentose)和己 糖(hexose）分布广意义大。 根据单糖中碳原子数目分为丙、丁、戊、已糖 等； 根据其结构特点又分为醛糖和酮糖。
丙糖中的醛糖是甘油醛，它有一个不对称碳原 子，故其构型有D-甘油醛和L-甘油醛之分。 凡可视为D-甘油醛衍生物的糖都是D糖；凡可 视为L-甘油醛衍生物的糖都是L糖。丙糖中 的酮糖为二羟基丙酮。
各种生物都具有各自特异的新陈代谢类型，此 特异方式主要决定于遗传，环境条件也有一 定的影响。 新陈代谢类型的特点： ①绝大多数代谢反应在温和条件下，由酶催化 进行。 ②繁多的代谢反应相互配合，有条不紊，彼此 协调且有严格的顺序性。
③新陈代谢是对内外环境条件高度适应和灵敏 调节而成的一个有规律的总过程。 ④每一代谢都有各自的代谢途径，代谢反应中 任一反应物、中间物或产物，都称为代谢物 (metabolite)； ⑤生物大分子的合成和分解都是逐步进行的， 并伴随着能量的吸收和释放。
支 链 淀 粉 不 溶 于 热 水 ， 分 子 量 5.0×104~4.0×108，约﹥600个葡萄糖残基， 糖链分支点以 （ 1→6 ）糖苷键连接，分支 短链的平均长度为 24~30 个葡萄糖残基。遇 碘显紫红色，最大吸收波长 530~555nm之间。
糖原是动物组织内糖的贮存形式，如肝和肌肉 中贮存的养分，有动物淀粉之称。 其分子量较淀粉的略大，分支较支链淀粉略多， 单糖连接方式与支链淀粉相同，分支链平均 长度约12~18个葡萄糖残基。遇碘显棕红色， 最大吸收波长 430~490nm 。较易溶于水，遇 碘液呈棕红色外，其他性质与淀粉相似。
②体外研究(in vitro， no vivo) 以组织切片、匀浆、提取液为材料进行研究称 为体外研究。 如 Krebs 以肌肉糜 ( 匀浆 ) 为材 料，研究酶抑制剂和反应物的加入对反应中 间物和代谢终产物的影响，确定了三羧酸循 环的反应历程。 在实际工作中应根据不同的研究对象采用不同 研究方法，但以同位素示踪法(isotopic tracer technique)最常用。
5.2 生物体内的糖类 糖是具有实验式(CH2O)n的多羟基醛或酮，它 分为单糖、寡糖、多糖和结合糖四类。 糖的生物学作用： ①糖类是生物体内重要的能源，糖分解产生的 ATP可供需能代谢之用。 ②糖分解代谢的许多中间物是合成氨基酸、脂 肪、核苷酸的原料。
③糖与蛋白质、脂类结合成复合糖，参与细胞 识别、防御、免疫、粘附、结构等多种过程。 ④结构功能，如纤维素等 。 非糖代谢底物也可以经过其它途径再转化为糖 分解代谢的中间物，彻底氧化分解或者沿糖 异生途径转化为糖，形成了以糖为中心的代 谢网络。
自然界中的单糖多为醛糖，其中以己糖最普遍、 最重要，戊糖次之。 己醛糖中的葡萄糖分布最广，是构成淀粉、糖 原、纤维素及其他许多糖类物质的基本单位， 且是人类血液中的正常成分，给机体提供能 量的重要物质。
已糖多以比较稳定的1：5氧桥的六元环结构 （吡喃型）存在。 在溶液中，六元环结构己糖常与极少量1：4氧 桥五元环结构（呋喃型）糖成平衡状态。戊 糖以呋喃型结构存在。 在环状结构中，戊糖，己糖分别含有四个和五 个不对称碳原子，它们分别有24即16，25即 32种同分异构体。 每种糖又依据第一碳原子上羟基和氢的相对空 间位置分为和型两类，它们互为异头物。