生物能学与生物氧化

糖类的生物学意义：

1.是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源；

2.是生物体合成其它化合物的基本原料；

3.充当结构性物质；

4.是细胞识别的信息分子。

二、单糖（结构、性质、重要单糖及其衍生物） 异构（同分异构）：有相同的组成，相同的分子式。结构异构（结构式及构造不同）和立体异构（结构式相同，但原子的空间分布不同）。 构型：具有相同结构式的立体异构中取代基团在空间的相对取向。不同构型的互变需要共价键的破裂。(如D- L) 构象：具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态。构象形态间的改变不涉及共价键的破裂。(如G 的船式 椅式）

旋光性：当平面偏振光通过旋光物质的溶液时，光的偏振面会向右（顺时针或正）或左（逆时针或负）旋转。旋光物质使平面偏振光发生旋转的能力为旋光性、光学活性或旋光度。 不对称碳原子：与四个不同原子或原子团共价结合，也称手性碳原子或手性中心。 (四)、单糖的化学性质 (1). 形成糖酯：

(单糖能与磷酸生成各种磷酸酯，如葡萄糖-1-磷酸，果糖1,6-二磷酸等，是重要的代谢中间物)

(2). 形成糖苷：

– 环状单糖的半缩醛(或半缩酮)羟基与另一化合物发生缩合反应形成缩醛(或

缩酮)，称为糖苷。

– 糖苷中提供半缩醛羟基的糖部分称为糖基，与之缩合的非糖部分称为糖苷配

基，这两部分之间的键称为糖苷键。

– 糖苷键可以通过氧、氮或硫原子起连接作用，也可以碳碳直接相连，分别称

为O-苷，N-苷,S-苷或C-苷。自然界中最常见的是O-苷,其次是N-苷(如核苷)。

(3). 氧化成糖酸

– 醛糖含游离醛基，具有很好的还原性。 – Fehling 试剂(酒石酸钾钠，NaOH 和硫酸铜)和Benedict 试剂(柠檬酸，Na2CO3

和硫酸铜)中的Cu2+ ,能使醛糖的醛基氧化成羧基，产物称为醛糖酸。

糖的分类：

糖类化合物

单糖

寡糖 多糖

：不能水解的最简单糖类，是多羟基的醛或酮的衍

：有2~10个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖

：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解后产生原来的单糖或其衍生物。

–能使Fehling试剂还原的糖称为还原糖。

(五) 重要的单糖衍生物

1.糖醇

当单糖的羰基被还原为羟基时则成糖醇。

•山梨醇(sorbitol)也称D-葡萄醇，是植物中最普遍的一种糖醇。

•木糖醇(xylitol)可由木糖还原获得，产品用作增甜剂。

2. 糖酸

重要的糖酸包括醛糖酸与糖醛酸。

•醛糖酸：醛糖的醛基氧化成羧基(C-1)

•糖醛酸：醛糖的伯醇基被氧化成羧基而醛基保留(C-6)

3. 氨基糖是分子中一个羟基被氨基取代的糖，自然界中最常见的是C2上的羟基被取代的2-脱氧氨基糖。

•胞壁酸(Muramic acid)和神经氨酸(neuraminic acid)是细胞膜多糖和细菌细胞壁的组成成分，是在C1或C3位置连接一个三碳酸的葡糖胺。

•神经氨酸的N-乙酰衍生物和N-羟乙酰衍生物合称为唾液酸(sialic acids)，在动物和细菌中广泛分布。

三、寡糖

寡糖是少数单糖（2~10个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖

1. 蔗糖：由α-D-葡萄糖和β-D-果糖各一分子按α、β（1→2）键型缩合、失水形成的。它是植物体内糖的运输形式。属于非还原糖：无游离的半缩醛羟基。

2. 乳糖半乳糖-β（1→4）葡萄糖

3. 麦芽糖

麦芽糖是由两个葡萄糖分子缩合、失水形成的。其糖苷键型为α（1→4）。麦芽糖分子内有一个游离的半缩醛羟基，具有还原性。

四、多糖

•多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物

•多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。

•多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。

(一)、同多糖

1. 淀粉与糖原

天然淀粉由直链淀粉（以α-(1,4)糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为α-(1,6)糖苷键）组成。淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：

链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。

链长为20个葡萄糖基，呈红色。

链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。

糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。

2. 纤维素

纤维素(cellulose)是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借β-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。

3. 壳多糖（几丁质, chitin）

由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-(1,4)糖苷键缩合成的同多糖。比较坚硬，为甲壳动物等的结构材料，是自然界中第二丰富的多糖

(二)、结构杂多糖

1.糖胺聚糖

也称为粘多糖，是一类由重复的二糖单位构成的杂多糖，其通式为[己糖醛酸→己糖胺]n，n 随种类而异，一般在20到60之间。

可分为4个主要类别：①肝素和硫酸乙酰肝素；②透明质酸；③硫酸角质素；④硫酸软骨素和硫酸皮肤素。

2.肽聚糖: (peptidoglycan)

•基本结构单位是一个含有四肽侧链的二糖单位，称为胞壁肽。

•二糖单位由β-1,4连接的N-乙酰葡糖胺(NAG)和N-乙酰胞壁酸(NAM )组成。

•四肽侧链的N端通过酰胺键与NAM残基上的乳酸基相连。

肽聚糖分子中平行的多糖链通过四肽侧链交联成网格结构：

•革兰氏阴性菌中，四肽链借助侧链直接相连。

•革兰氏阳性菌中，四肽侧链之间通过1-5个氨基酸的的肽交联桥连接。

•青霉素杀伤细菌是通过干扰肽聚糖中多糖链之间的肽交联桥的形成。

（三）糖缀合物

1. 糖蛋白(glycoprotein)：

•一个或多个寡糖以共价键形式与蛋白质连接形成的生物大分子。

•糖蛋白多是膜蛋白和分泌蛋白，存在于细胞膜的外表面、胞外基质和血液中，但也存在于一些特殊的细胞器如高尔基体和溶酶体。

•寡糖链结构是多种多样的，寡糖链中单糖种类、连接位置、异头碳构型和糖环类型的排列组合是一个天文数字，例如4种不同的单糖可形成36864个四糖异构体。

寡糖链与多肽链(蛋白质)中的氨基酸以多种形式共价连接，构成糖蛋白的糖肽连接健，简称糖肽键，糖肽连接键的类型主要有：

以丝氨酸、苏氨酸和羟赖氨酸的羟基为连接点，形成-0-糖苷键型；

以天冬酰胺的酰胺基、N-末端氨基酸的氨基以及赖氨酸或精氨酸的氨基为连接点，形成-N-糖苷键型；

寡糖链的生物学功能

–参与分子识别与细胞识别；

–与糖蛋白的生物活性有关，寡糖连参与肽链的折叠与缔合；

–参与糖蛋白的转运和分泌。

2. 蛋白聚糖(proteoglycan)

•是一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价连接而成。

•蛋白聚糖与糖蛋白相比，蛋白聚糖中按重量计算，糖的比例高于蛋白质,糖含量可达95%或更高。

•糖部分主要是不分支的糖胺聚糖链，经常是蛋白聚糖生物活性的主要部分(指提供与其他蛋白进行非共价相互作用的位点)

•蛋白聚糖是结缔组织如软骨的主要成分，在胞外基质与纤维状蛋白(如胶原蛋白)非共价结合形成交联网，为组织提供强度和弹性。

第二节糖酵解

•糖酵解途径亦称EMP途径，以纪念Embden，Mayerholf 和Parnas。

•糖酵解是发生在原核细胞和真核细胞的胞质溶胶中的一组反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。

•在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量，这一过程称为糖酵解作用。

二、糖酵解的反应过程