糖类结构、功能和代谢
第一部分:糖类结构和功能
一． 糖类的生物学作用：
二． 糖类的元素组成和化学本质：
三． 糖的命名和分类：
四． 主要单糖（5碳糖和6碳糖），结构和基本性质（Fischer投影式和半缩醛式）
五． 几个容易混淆的概念：异构现象、旋光性、不对称碳原子、对映体、手性、构型、构象
六． 主要寡糖（二糖），组成，糖苷键、主要性质
七． 主要多糖，组成、存在及生物学功能
八． 糖链结构分析的一般方法和原则
第二部分 糖代谢
一、糖的无氧酵解：
糖的无氧酵解是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。其全部反应过程在胞液中进行，代谢的终产物为乳酸(2分子)，一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成两分子ATP。
糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段：
1. 活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖(FBP)，即葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP)。这一阶段需消耗两分子ATP，己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶）和6-磷酸果糖激酶-1是关键酶(二个限速步骤,均是别构酶)。
2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子F-1,6-BP裂解为两分子3-磷酸甘油醛，包括两步反应：F-1,6-BP→磷酸二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛 和磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛(丙糖磷酸异构化酶)。
3. 放能（丙酮酸的生成）：3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此阶段有两次底物水平磷酸化的放能反应，共可生成2×2=4分子ATP。丙酮酸激酶为关键酶。
4．还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+。即丙酮酸→乳酸。
二、糖无氧酵解的调节：
主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。己糖激酶的变构抑制剂是G-6-P；肝中的葡萄糖激酶是调节肝细胞对葡萄糖吸收的主要因素，受长链脂酰CoA的反馈抑制；6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素，受ATP和柠檬酸的变构抑制，AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖的变构激活；丙酮酸激酶受1,6-双磷酸果糖的变构激活，受ATP的变构抑制，肝中还受到丙氨酸的变构抑制。
Ｃｈｉｎａ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ
糖类的生物学功能与作用
赵世聪 （南京大学金陵学院化学与生命科学学院，江苏南京２１００００） 学术研究
【摘要】糖类在生物学，特别是现代生物学发展中扮演着越来越重要的角色 良多食品行业逐渐把糖类的含量作为重要的食品成分加以注叽同 时，糖类在生物免疫，细胞识别，抗体蛋白研究方面也发挥着重要作用，已被世界各国科学界高度重视。 Ｉ关键词】糖类生物免疫食品成分
１糖生物学的产生 糖类在生命过程中的作用糖在生命过程中除了充当细胞的能 量来源和细胞的骨架等作用外，还可作为细胞识别的主要标记物、 细胞信息传递物质和细胞的“天线”。它不仅以游离寡糖或多糖的形 式直接参与生命过程，而且还可以作为糖缀合物（如糖蛋白、蛋白多 糖及糖脂等渗与许多重要的生命活动。糖蛋白、蛋白多糖和糖脂都 是细胞膜的重要组成部分其结构中的糖链作为生命活动过程中主 要的生物信息携带者和传递者调节着细胞的生长、发育 分化和代 谢。近年来研究还表明无论是在基本的生命过程中如受精、受精卵 细胞的分裂增殖、发生、发育和分化，还是在疾病的发生和发展中都 有糖链的参与，糖链在生命和疾病过程中起特异性的识别和调控的 作用并且糖类药物对预防、诊断和治疗各种疾病都显示出巨大的应 用前景有人说上世纪７０年代兴起基因工程，８０年代兴起蛋白质工 程，而９０年代兴起了糖工程。 糖类化合物在结构上的复杂性决定其功能多样性糖链是生命 的第３条链，糖链中糖昔键的连接方式比核酸中的磷酸脂键及蛋白 质中肤键要复杂很多。４种单核昔酸组成不同的寡聚核苷酸四聚体 为２４种Ｉ而４种氨基酸组成的不同四聚寡肽也只有２４种，但是４种单 糖可以形成四聚寡糖３５５６０￣由此可以看出糖链中所含的信息量远 远超过核酸和蛋白质。同时糖链结构的测定和化学合成远比核酸和 蛋白质要困难因为糖链的合成不是依据膜板的复制过程，而是包 含了糖基的供体、糖基的受体、糖基转移酶及糖昔酶等因素在内的 复杂过程，除受酶基因表达的调控外，还受酶活性的影响所以各国 科学家都在致力于糖链结构分析和合成方法学上的突破为糖链的 功能分析提供技术支持。继功能基因组学和蛋白质组学研究后，糖 组学正在成为全面揭示生命本质所不可缺少的内容。 ２糖的分类及结构 所有分子式可写成Ｃｍ（Ｈ１０）ｎ的化学物质皆被称为“碳水化合 物”，根据这个定义，有些科学家认为甲醛（ＣＨ，Ｏ）为最简单的糖类， 但是也有其他人认为是乙醇醛（Ｃ，Ｈ ０，）。但是除了碳数不为一和二 的糖类皆被生物化学理解。 ２．１单糖 单糖可由三种不同的特征片段来分类：羰基的位置；分子内的 碳原子数以及其手性构型。如果羰基在碳链末端分子属醛类，则单 糖称：醛糖，若羰基在碳链中间分子属酮类，则单糖称为：酮糖。含有 三个碳原子的单糖称为：丙糖，四个碳原子的称为丁糖；五个称为戊 糖，六个称为己糖，以此类推。 ２．２二糖 由两个连接成一起的单糖组成的糖类，称为：二糖。它们是最简 单的多糖，如：蔗糖和乳糖。双糖是由两个单糖单元通过脱水反应， 形成一种称为糖苷键的共价键连接而成。在脱水过程中，一分子单 糖脱除Ｈ，而另一分子单糖脱除－ＯＨ。未经修饰的双糖化学式可表 达为：ｃ Ｈ，，Ｏ 虽然双糖种类繁多，但大多数并不常见。蔗糖是存 量最为丰富的双糖，它们是植物体内存在最主要的糖类。红糖，白 糖，冰糖等都是由蔗糖加工制成的。 ２．３多糖 淀粉、纤维素、糖原和木糖他们化学式是（ｃ ｎ０ ）ｎ其中多糖又 可分为： （１）复合糖，糖类的还原端和蛋白质或脂质结合的产物。在生物 中分布广泛，有多种重要功能，细胞的识别、定性以及免疫等无不与 之有关。糖类和蛋白质结合有以蛋白质为主的称糖蛋白，如血液中 的大部分蛋白质，也有以糖为主的，如蛋白聚糖是动物结缔组织的 重要成分。和脂质结合的，如脂多糖存在于细菌的外膜，成分以多糖 为主；另外有称为糖脂的，组成以脂质为主，大多和细胞的膜连系在 一起。糖脂可由鞘氨醇，也可由甘油等衍生，但在自然界分布最广， 迄今研究得最多的是鞘糖脂（见鞘脂）。复合糖具有不对称眭，糖脂和 糖蛋白只分布于细胞的外表面。 （２）低聚糖和多糖，低聚糖和多糖都是由单糖单元通过糖苷键组 成的长链分子。两者的区别在于单糖单元在链上的数量：低聚糖通 常含有３一ｌ０个单糖单元，而多糖则超过１０个单糖单元。实际应用 中，糖的分类更倾向于个人的判断，如通常上述的双糖可以算为低 聚糖，也包括了：三糖一棉籽糖和四糖一水苏糖。 ３糖类的食品学功用 甜味剂及其受体作为甜味剂的“糖”只是一类产生味觉的分子， 与糖科学分别属于两个完全不同的范畴。只是葡萄糖等糖类有甜 味，使得不少人产生了概念上的混淆。因此，这一系列讲座虽然并不 对作为甜味剂的“糖”作深入的探讨，但是在这一讲的后半部分，仍 对甜味剂作一些简单的介绍。甜味剂目前公认的味觉至少有五种： 甜、苦、酸、咸和鲜。甜味是其中的一种，普遍认为是一种给人以愉悦 感受的物质。甜味剂中某些部位的空间排列而形成一个特定的区 域，被称为甜效团。和受体结合时，起主要作用的是甜效团，分子的 其他部分，通常并不重要。对甜效团曾有几种不同的假设。一般认为 其有Ａ～Ｈ和Ｂ两部分组成，Ａ～Ｈ和Ｂ分别是路易斯酸和路易斯碱，彼 此相距约３ｎｍ；另一种假设认为，除了Ａ—Ｈ和Ｂ外，尚有第三个疏水 性质的位点ｘ，还有一种多点附着理论。它们的共同点是具有甜味 团，能和甜味受体特异结合。基于这样的考虑，甜味分子可以具有不 同的分子结构，也就很容易理解和认可的了。因此，甜味最能体现分 子的多样性的一种属性。 ４糖类的代谢作用 糖对蛋白质的保护作用大小有时依赖于其浓度，通常在某个浓 度范围内，保护效果随着浓度的升高而增加。以乳糖为例，实验证 明：０．５ｍｏｌ／Ｌ￣Ｌ糖对ＳＯＤ的保护效果整体优于０．１ｍｏｌ／Ｌ￣ｔ糖。当某 些糖达到某一浓度，作用一定时间后，保护作用达到最大值，而此后 再增加浓度和保存时间，保护效果不再增加，有时反而降低。以纤维 一一一下转第２９０页
糖类的结构与功能
糖类是一类重要的有机化合物，广泛存在于自然界中，包括植物、动物和微生物体内。糖类不仅是生物体的重要能量来源，还具有多种生物学功能。本文将介绍糖类的结构和功能，并探讨其在生物体内的作用。
一、糖类的结构
糖类是由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物，其基本结构为多羟基醛或酮。根据糖类分子中含有的单糖单位数目，可以将糖类分为单糖、双糖、寡糖和多糖四类。
1. 单糖：单糖是由一个糖基单位组成的糖类，常见的单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖等。单糖可以分为醛糖和酮糖两类，根据其分子中含有的羟基数目，又可分为三糖、四糖等。
2. 双糖：双糖是由两个单糖分子通过糖苷键连接而成的糖类，常见的双糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖等。双糖的结构可以通过水解反应分解为两个单糖分子。
3. 寡糖：寡糖是由3-10个单糖分子通过糖苷键连接而成的糖类，常见的寡糖有低聚果糖、低聚半乳糖等。寡糖的结构可以通过水解反应分解为多个单糖分子。 4. 多糖：多糖是由大量单糖分子通过糖苷键连接而成的糖类，常见的多糖有淀粉、纤维素、壳聚糖等。多糖的结构复杂多样，可以分为直链多糖和支链多糖。
二、糖类的功能
糖类在生物体内具有多种重要功能，主要包括能量供应、结构支持和信号传递等。
1. 能量供应：糖类是生物体的重要能量来源，通过代谢过程将糖类分解为能量分子ATP，供给细胞进行各种生物学活动。葡萄糖是最常见的能量供应糖类，它在细胞内经过糖酵解和细胞呼吸等过程，最终转化为ATP。
2. 结构支持：糖类在生物体内起到结构支持的作用。例如，纤维素是植物细胞壁的主要组成部分，赋予植物细胞机械强度和形态稳定性。软骨和骨骼中的葡萄糖胺聚糖是维持骨骼结构的重要成分。
3. 信号传递：糖类在细胞间的信号传递中起到重要作用。例如，细胞表面的糖类结构可以作为细胞识别和黏附的标志物，参与细胞间的相互作用和信号传递。血型抗原就是一种由糖类构成的标志物，不同血型的人体内的糖类结构不同。
高一必修一生物糖类知识点
糖类是生物体内重要的有机化合物，广泛存在于动植物体内，是维持生命活动所必需的能量来源之一。本文将介绍高一必修一生物糖类的知识点，包括糖类的分类、结构与功能、代谢等内容。
一、糖类的分类
糖类可分为单糖、双糖和多糖三个大类。单糖是由3-7个碳原子组成的最简单的糖类，如葡萄糖、果糖和核糖等；双糖是由两个单糖分子通过缩合反应得到的，如蔗糖和乳糖等；多糖是由许多单糖分子缩合而成，如淀粉和纤维素等。
二、糖类的结构与功能
1. 单糖的结构：单糖的结构主要由碳水化合物的骨架和一定数量的氧原子组成。单糖的结构差异主要体现在碳原子数目和羰基（C=O）的位置上。
2. 单糖的功能：单糖是细胞内最重要的能量供应物质，同时也参与细胞膜的构建、信号传导和生物合成等重要生理过程。
三、糖类的代谢 1. 糖类的消化吸收：食物中的淀粉经过消化酶的作用分解成葡萄糖，在小肠里被肠道上皮细胞吸收并进入血液。
2. 糖类的运输与储存：葡萄糖在血液中被转运至各个组织和器官，并由胰岛素调节血糖水平。多糖则在体内储存为糖原或转化为脂肪。
3. 糖类的代谢途径：糖类经过糖酵解、乳酸发酵和细胞呼吸等代谢途径进一步转化为能量，并合成其他有机物质。
四、糖类在生物体内的作用
1. 能量供应：糖类是生物体内重要的能量来源，提供细胞活动所需的ATP。
2. 结构组成：一些多糖如纤维素在植物细胞壁中起支撑和保护的作用。
3. 标识与识别：糖类与蛋白质、脂质等分子结合形成糖蛋白、糖脂，在细胞识别和信号传导中起重要作用。
4. 调节代谢：胰岛素和葡萄糖等物质参与调节血糖水平和能量代谢。
5. 免疫功能：一些糖类分子在免疫过程中起到识别抗原和调节免疫应答的作用。
总之，糖类在生物体内具有多种重要功能，不仅是能量供应的来源，也是细胞结构和代谢调节的重要组成部分。对于高一学生来说，理解糖类的分类、结构与功能，以及它们在生物体内的代谢和作用，有助于进一步认识生命的奥秘，提高生物学知识水平。
