07 糖类分解代谢

相互关系
小分子 大分子
合成代谢（同化作用）
需要能量 新 陈 代 谢 能 量 代 谢 物 质 代 谢 信 息 交 换
释放能量
分解代谢（异化作用）
大分子 小分子
新陈代谢特点
1、条件温和、酶催化
2、特异有序、逐步进行 3、调节灵敏、有条不紊 新陈代谢研究方法 1、同位素示踪法 2、酶抑制剂的应用 3、气体测量法
-D-果糖-6-磷酸
-D-果糖-1,6-二磷酸
由2-10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。
重要的寡糖主要有：麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖、低聚果 糖、低聚木糖、甲壳低聚糖、环状低聚糖等。
D-麦芽糖（ -Hale Waihona Puke Baidu）
纤维二糖（ -型）
蔗糖
乳糖（ -型 ）
具有特殊功能的低聚糖
β-1,4 木二糖的分子结构 1 β-2,1
N=8
立体结构示意图
Definition：超过10个单糖的聚合物为多糖 大多数多糖的聚合度（ DP ）为200~3000 纤维素的DP最大，达7000~15000
多糖主要有：淀粉(starch)、糖原、果胶物质、植物胶质、海 藻多糖、微生物多糖等。
淀粉(starch)和糖原(glycogen)结构
-D-吡喃葡萄糖
-D-吡喃半乳糖
- L -吡喃半乳糖
-D-吡喃甘露糖
-D-呋喃果糖
-L-吡喃山梨糖
庚糖主要有：庚酮糖
甘露糖
甘露糖 部分
D-景天庚酮糖
D-甘露庚酮糖
甘油 部分
L -甘油- D-甘露庚糖
单糖磷酸酯
D-甘油醛-3-磷酸
-D-葡萄糖-1-磷酸
-D-葡萄糖-6-磷酸
2、麦芽糖(maltose)的水解 麦芽糖 + H2O
麦芽糖酶
2×葡萄糖
3、乳糖(lactose)的水解 乳糖 + H2O
β-半乳糖苷酶
葡萄糖 + 半乳糖
二、多糖的酶促降解
1、淀粉的酶促降解 淀粉的水解 α-淀粉酶 β-淀粉酶 R-酶（脱支酶） 麦芽糖酶 淀粉的磷酸解 磷酸化酶 转移酶与脱支酶
2、纤维素(cellulose )的酶促降解
纤维素是植物细胞壁的主要成分，和淀粉一样无还原性，两
者的区别在于淀粉以α-1,4和α-1,6糖苷键连接，而纤维素则以
β-1,4糖苷键连接起来的没有分支的长链。此外，纤维素分子 比淀粉大，更难溶于水，较淀粉水解困难。 纤维素可在浓酸中或用稀酸在压力下进行降解；也可在氧化 剂作用下发生氧化降解，生成氧化纤维素；此外，也可在纤 维素酶作用下发生水解，水解过程中可得到纤维四糖、纤维 三糖和纤维二糖等，最终产物是D-葡萄糖。
1.4nm
NRE
直链淀粉 NRE
RE
0.8nm
6个残基
直链淀粉的螺旋结构
(1,6)分支点
RE
支链淀粉或糖原分子示意图
支链淀粉或糖原分支点的结构
纤维素链
纤维素一级结构
微纤维 细胞壁
植物细胞中的 纤维素微纤维
植物细胞壁与纤维素的结构 纤维素片层结构
糖苷
定义：是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的OH、-NH2、-SH（巯基）等发生缩合反应而得的化合物。 组成：糖 + 配基（非糖部分 ） 糖苷的类型
限糊精。
β-淀粉酶 (β-amylase)
淀粉外切酶，水解α-1,4糖苷键，从淀粉分子外即非还原
端开始，每间隔一个糖苷键进行水解，每次水解出一个麦
芽糖分子。 直链淀粉 支链淀粉

麦芽糖 麦芽糖+β-极限糊精
β-极限糊精是指β-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄
两种淀粉酶降解的最终产物都有麦芽糖。
4、核磁共振波谱法
5、利用遗传缺陷症研究代谢途径
第二节
糖类化学概述
1、糖类的生物学作用 2、单糖的链状结构和环状结构 3、重要的单糖及衍生物 4、重要的寡糖
5、重要的多糖
6、糖苷与复合糖
1、糖类的生物学作用
——多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。糖类是细胞中非 常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：
不含甲基酯的果胶质称为果胶酸(pectic acid) 。
果胶质的降解需借助微生物分泌的果胶质酶。果胶质酶主要有三
类，即果胶质酯酶，果胶质水解酶和果胶质裂解酶。 果胶质酯酶：这类酶的作用是水解甲基酯键，使果胶酯转化为 果胶酸和甲醇。即：
(RCOOCH3)n
H2O 果胶质酯酶
(RCOOH)n + nCH3OH
D(+)-塔罗糖 (talose)
D系酮糖的 立体结构
D(-)-赤藓酮糖
(erythrulose)
二羟丙酮
(dihytroasetone)
D(-)-核酮糖
(ribulose)
(xylulose)
D(+)-核酮糖
D(+)-阿洛酮糖
D(-)-果糖
D(+)-山梨糖
D(-)-洛格酮糖
(psicose,allulose)
O-糖苷
S-糖苷
N-糖苷
糖复合物
(Complex Carbohydrates)
糖—肽链
糖—脂质
糖—核酸
肽聚糖
糖蛋白
蛋白聚糖
(peptidoglycans) (glycproteins) (proteoglycans)
糖鞘脂
糖基酰基甘油
(pglycosphingolipids) (glycosylacylglycerols) (lipopolysauhards)
作为生物体的结构成分
作为生物体内的主要能源物质
作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等合成的前
体物质
作为细胞识别的信息分子
D系醛糖的 立体结构
D(+)-甘油醛 (allose)
D(-)-赤鲜糖 (erythrose)
D(-)-苏糖 (threose)
D(-)-核糖 (ribose)
D(-)-阿拉伯糖 (arabinose)
H2 O C6H10O6 β-葡萄糖苷酶
葡萄糖
3、果胶(pectin)的酶促降解
果胶质是植物毗邻细胞之间的胞间层组分，占植物体干重的 15%~30% 。果胶质由 D-半乳糖醛酸通过α-1,4-糖苷键连接的直 链构成。链上的羧基可部分或全部被甲醇酯化而形成果胶酯，果
胶酯可进一步与钙离子结合成不溶于水的原果胶(protopectin)。
第一节
新陈代谢通论
概念：新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一
，泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交
换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物 质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同 化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份 经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出 体外，即所谓异化作用（dissimilation ），通过上述过程 不断地进行自我更新。
苷键，产生带有自由末端的长链片段。
CX 酶 (外-β-葡聚糖酶)：此酶作用于纤维素分子的末端，产 生纤维二糖。
β-葡萄糖苷酶：此酶能将纤维二糖、纤维三糖及低分
子量的寡糖水解成葡萄糖。
纤维素酶对纤维素的水解过程可表示为：
(C6H10O5)n
纤维素
H2 O C1 · X C
C12H22O11 纤维二糖
纤维素酶(cellulase)是多种作用于纤维素的酶的总称，有细胞 表面酶和胞外酶两种。细菌纤维素酶一般为细胞表面酶，位于
细胞膜上，分解纤维素时，细菌必须附着在纤维素表面。真菌
和放线菌的纤维素酶为胞外酶，它们可以在胞外环境中起作用 ，菌体无需直接与纤维素表面接触。根据对真菌的研究，它包 括如下三种酶： C1 酶 (内-β-葡聚糖酶)：此酶主要水解纤维素分子内的β-糖
不能直接水解支链淀粉内部的α-1,6糖苷键。
麦芽糖酶(maltase) 催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。
淀粉的彻底水解需要上述水解酶的 共同作用，其最终产物是葡萄糖。
淀粉的磷酸解
磷酸化酶(phosphorylase)
催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P，生成G-1-P，同 时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。 直链淀粉 支链淀粉 G-1-P G-1-P + 磷酸化酶极限糊精
07 糖类代谢
主要内容： 了解新陈代谢的概念和特点。
了解糖类的生物学作用和重要的单糖、寡糖、
多糖的分类和结构。
重点掌握以葡萄糖为代表的单糖分解代谢的主
要途径。
目
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
录
新陈代谢通论 糖类化学概述 双糖和多糖的酶促降解 糖酵解（EMP） 三羧酸循环（TCA）
第六节
磷酸戊糖途径（PPP）
(fructose)
(sorbose)
(tagalose)
吡喃
呋喃
-D-吡喃葡萄糖
-D-呋喃葡萄糖
-D-吡喃果糖
-D-呋喃果糖
吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）
成环 转折 旋转
-D-吡喃葡萄糖
成环
-D-吡喃葡萄糖
D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
果胶质裂解酶：这类酶将果胶质裂解为变态的半乳糖醛酸 单元，也可分为两种： ① 分解果胶酯比果胶酸快的称为果胶酯裂解酶。
② 分解果胶酸比果胶酯快的称为果胶酸裂解酶。
果胶质酶的最终产物是果胶质的结构单元及其寡聚体，具体 决定于微生物种类。
第四节
糖酵解（glycolysis）
糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系 列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径 也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称EMP途径。
糖基为止的剩余部分。

两种淀粉酶性质的比较
α-淀粉酶 不耐酸，pH3时失活 耐高温，70C时15分钟仍保持 活性 广泛分布于动植物和微生物中
-淀粉酶
耐酸，pH3时仍保持活性 不耐高温，70C-15分钟失活 主要存在植物体中
R-酶（脱支酶，debranching enzyme） 为水解糖原、支链淀粉中α-1,6-葡糖苷键的酶类的 总称。将α及β-淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极 限糊精的分支点水解，产生短的只含α-1,4糖苷键的 糊精，使之可进一步被淀粉酶降解。
D(+)-木糖 (xylose)
D(-)-米苏糖 (lysose)
D(+)-阿洛糖 D(+)-阿桌糖 (allose) (altrose)
D(+)-葡萄糖 D(+)-甘露糖 (glucose) (mannose)
D(+)-古洛糖 (gulose)
D(-)-艾杜糖 (idose)
D(+)-半乳糖 (galactose)
果胶酯
果胶酸
甲醇
这一反应虽不能使果胶质彻底分解，但为随后的分解创造了 条件。 果胶质水解酶：这类酶能水解α-1,4-糖苷键，分为两种： ① 如果水解果胶酯的速度比果胶酸快，则称为聚甲基酯半乳
糖醛酶。
② 如果水解果胶酸的速度比水解果胶酯快，则称为聚半乳糖 醛酸酶。 水解果胶酯的产物是 D-甲基酯半乳糖醛单元及其寡聚体，水 解果胶酸的产物则是 D- 乳糖醛酸单元及其寡聚体。
低聚木糖
β-1,4
2
GF2 低聚果糖
蔗果低聚糖
甲壳低聚糖
水溶性 D-氨基葡聚糖
环状低聚糖 又名环状淀粉或沙丁格糊精（Schardinger Dextrin），由α-
D-葡萄糖通过-1,4糖苷键首尾相连构成。
DP为6,7,8分别称为,,环状糊精(Cyclodextrin，CD)。
N=6
N=7
磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点4个 葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为磷酸 化酶极限糊精。
转移酶(transferase)与脱支酶
转移酶: 又称1,4
1,4葡聚糖转移酶
脱支酶
-P
磷酸化酶
G-1-P
转移酶、脱支酶、 磷酸化酶共同作用将支链淀粉彻底降解 为G-1-P。
脂多糖
第三节
双糖和多糖的酶促降解
一、双糖的酶促降解 二、多糖的酶促降解 1、淀粉的酶促降解 2、纤维素的酶促降解 3、果胶的酶促降解
一、双糖的酶促降解 1、蔗糖(sucrose)的水解 蔗糖 + H2O 蔗糖 + UDP
转化酶(蔗糖酶)
果糖+葡萄糖 果糖 + UDPG
蔗糖合成酶
UDPG的结构
G
UDP
不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位。 植物体内的单糖主要是戊糖、己糖、庚糖。
戊糖主要有：核糖、脱氧核糖、木糖和阿拉伯糖
-D-呋喃核糖
2-脱氧-D-呋喃核糖
-D-吡喃木糖
-D-芹菜糖
-L-呋喃阿拉伯糖
-D-呋喃阿拉伯糖
D-核酮糖
D-木酮糖
己糖主要有：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖和山梨糖
淀粉的水解 α-淀粉酶 (α-amylase)
淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的α-1,4糖苷键。 直链淀粉 支链淀粉

葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖的混合物 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+α-极限糊精
极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。 α-极限糊精是指含α-1,6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极