《糖类及糖代谢》PPT课件.ppt
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1、第三章 糖类及糖代谢,第一节 糖类概述 糖类是地球上数量最多的一类有机物,从其化学结构上看,糖类是多羟基醛、多羟基酮或其衍生物,或水解时能生成这些化合物的物质。根据其聚合程度,可分为单糖、寡糖(低聚糖)和多糖。单糖是不能被水解的糖类,是多羟基醛或多羟基酮;寡糖是由210个单糖分子脱水缩合而成的化合物;多糖是由许多个单糖分子脱水形成的高分子化合物。,一、单糖 植物体内最主要的单糖的戊糖、己糖和庚糖。(一)戊糖 高等植物体内有三种重要的戊糖:D核糖、D木糖、L阿拉伯糖,其链状结构式如下:,(二)己糖,高等植物中普遍存在的己糖有4种:D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖和D-果糖,其环状结构式如下:,
2、1、D-葡萄糖 D-葡萄糖是人和动物的重要能源,糖类代谢的中心物质,是动物体内糖原、植物体中淀粉和纤维素等的构件分子。2、D-甘露糖 主要以甘露聚糖的形式存在于植物细胞壁中。,3、D-半乳糖 D-半乳糖 是乳糖、密二糖、棉籽糖等的组成成分,主要以半乳聚糖形式存在于植物细胞壁中。L-半乳糖作为构件分子存在于琼脂和其它多糖分子中。4、D-果糖 果糖是自然界中最丰富的酮糖,以游离态存在于水果及蜂蜜中,或与其它单糖结合为某些寡糖,或以果聚糖形式存在于菊科植物中。(三)庚糖 自然界中分布极少,但在高等植物体内存在,重要的有D-景田庚酮糖和D-甘露庚酮糖。前者是光合作用的中间产物,后者以游离态存在于樟梨果
3、实中。,单糖都具有还原性,能被新制的碱性氢氧化铜等弱氧化剂氧化,生成糖酸或复杂的小分子混合物和砖红色Cu2O沉淀,常将单糖的这种性质叫做还原性,具有还原性的糖叫做还原糖。还原糖与新制的碱性氢氧化铜反应,可用于检验还原糖的存在;还原糖与3、5-二硝基水杨酸共热,可生成棕红色的氨基化合物,还原糖的量与棕红色深浅成比例关系,因此,可用吸光光度法测定还原糖的含量。,(三)三糖 自然界广泛存在的三糖仅有棉籽糖,它是非还原糖,完全水解生成葡萄糖、果糖和半乳糖。三、多糖 多糖是由许多个单糖分子脱水以糖苷键连接而成的高分子化合物。单糖无甜味,也无还原性。多糖在自然界分布很广,按其生物学功能可分为储能多糖和结构
4、多糖。植物体内的淀粉、动物体内的糖原都是储藏了大量化学能的营养物质,属于储能多糖;而纤维素是植物的骨架,属于结构多糖。,淀粉、糖原和纤维素都是由葡萄糖缩聚而成,可用通式(C6H10O5)n表示。但这些多糖分子内所含的葡萄糖单元的数目不同,即n值不同,所以相互不是同分异构体。(一)淀粉 淀粉是植物光合作用的产物,主要存在于植物的根、茎、种子中,不同植物的淀粉含量不同,如大米淀粉62%82%,小麦含淀粉57%75%等。淀粉是白色无定形粉末,无还原性。天然淀粉由直链淀粉与支链淀粉组成,二者在结构和性质上有一定的差异,在淀粉中所占的比例也随植物的品种而异。,直链淀粉是由-D-葡萄糖通过-1,4-糖苷键
5、连接成的没有分支的葡萄糖长链。支链淀粉中的-D-葡萄糖以-1,4-糖苷键连接,但在分支处是以-1,6-糖苷键连接。,直链淀粉可溶于热水,遇碘显蓝色;支链淀粉易溶于水,形成稳定的胶体,遇碘显紫红色。淀粉在酸和淀粉酶的作用下先水解生成分子质量比淀粉小得多的多糖片段,称为糊精,遇碘显红色的称为红糊精;红糊精再水解为分子质量更小的、遇碘不变色的无色糊精;无色糊精具有还原性,进一步水解生成麦芽糖;麦芽糖在酸和麦芽糖酶的催化下水解生成葡萄糖。,(二)糖原 糖原是动物体内储存的多糖,又有“动物淀粉”之称,主要存在于肝脏和肌肉中,因此有肝糖原和肌糖原之分。糖原的结构和支链淀粉的结构相似,但支链更多更短(每个分
6、支平均约812个葡萄糖残基),分子质量更大。(三)纤维素 纤维素是自然界分布最广的多糖,是构成植物细胞壁的主要成分,是植物的支撑物质,在木材中约含50%,亚麻中约含80%,棉花中约含93%。,纤维素分子是由-D-葡萄糖通过-1,4-糖苷键连接而成的没有分支的长链。,纯净的纤维素是白色纤维状固体,不溶于水及一般有机溶剂,仅能吸水膨胀,无还原性,在酸和酶的作用下可以水解生成-D-葡萄糖。,(四)果胶质 果胶质可分为三类:原果胶、可溶性果胶和果胶酸。原果胶存在于未成熟的水果和植物茎叶中,它是可溶性果胶和纤维素结合而成的高分子化合物,不溶于水。未成熟的水果的坚硬与原果胶的存在有关。原果胶在稀酸和原果胶
7、酶的作用下可转化为可溶性果胶。水果成熟变软与此过程有关。可溶性果胶一般存在于植物细胞壁中,也存在于果肉中,它是果胶酸的甲酯,是水溶性溶胶,它在一定条件下可形成凝胶(胶冻),是制造糖果和果酱的重要物质。果胶酸主要成分为多缩半乳糖醛酸,是细胞间的黏结物,植物器官的脱落与它的分解有关。,一、糖的无氧分解 糖的无氧分解是糖在无氧参与下的不彻底分解过程,底物脱下的氢不是以氧而是以其它有机物为最终受氢体,又称无氧氧化。主要包括糖酵解和发酵(乳酸发酵和乙醇发酵)。(一)糖酵解 无氧条件下,葡萄糖在细胞内氧化分解为丙酮酸并释放能量的过程叫做糖酵解(EMP)。糖酵解在胞液中进行,包括十步连续进行的酶促反应,分三
8、个阶段介绍。,葡萄糖磷酸化后不能透过半透膜,防止糖从细胞内向外渗出,保证了细胞内有足够高的葡萄糖浓度。同时磷酸化的葡萄糖储存了一定的能量,有利于葡萄糖的氧化。如果代谢过程从细胞内的淀粉或糖原开始,则淀粉或糖原首先在磷酸化酶的作用下,经磷酸解生成1-磷酸葡萄糖(G-1-P),再在磷酸葡萄糖变位酶的作用下生成6-磷酸葡萄糖,此过程不消耗ATP.,2、6-磷酸果糖的生成 6-磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶催化下转化为6-磷酸果糖。,3、1,6-二磷酸果糖(FBP)的形成 6-磷酸果糖在磷酸果糖激酶的催化下,消耗ATP,生成1,6-二磷酸果糖。反应不可逆,这是糖酵解过程第二个限速反应步骤。,第一阶段主要通
9、过磷酸化使糖活化,如1moL葡萄糖转化为1moL 1,6-二磷酸果糖,消耗2moLATP;如淀粉或糖原的1moL葡萄糖单位生成1moL 1,6-二磷酸果糖,消耗1moLATP。,第二阶段:1,6-二磷酸果糖裂解为磷酸丙糖(1moL1,6-二磷酸果糖2moL3-磷酸甘油醛),包括两步反应。4、1,6-二磷酸果糖的裂解 在醛缩酶的催化下,1,6-二磷酸果糖裂解为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。反应是可逆的。,5、磷酸丙糖的互变 在磷酸丙糖异构酶的催化下,磷酸二羟丙酮与3-甘油醛相互转化。反应平衡时,磷酸二羟丙酮约占96%,3-磷酸甘油醛约占4%。,由于下一步反应是从3-磷酸甘油醛开始进行的,它不断被
10、消耗,磷酸二羟又不断地为之补充,因此1moL葡萄糖可生成2moL3-磷酸甘油醛。,第三阶段:3-磷酸甘油醛氧化生成丙酮酸,此阶段包括5步反应。6、3-磷酸甘油醛脱氢氧化 3-磷酸甘油醛在3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化下,脱氢氧化生成含高能磷酸键的1,3-二磷酸甘油酸。脱下的氢由NAD+接受生成NADH+H+.在无氧的条件下,这些氢用于丙酮酸的加氢还原(发酵)。,7、3-三磷酸甘油酸的生成 1,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下,将高能磷酸键的磷酰基转移给ADP,生成ATP(底物水平磷酸化),8、2-磷酸甘油酸的生成 在磷酸甘油酸变位酶的催化下,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸。,糖酵解小结
11、:糖酵解共10步反应,三步不可逆,两步消耗ATP(共消耗2moLATP),始于葡萄糖终于丙酮酸,底物水平磷酸化共产生4moL ATP,形成2moL(NADH+H+),生成2moLH2O。由葡萄糖分解为丙酮酸的总反应式为:C6H12O6+2H3PO4+2ADP+2NAD+2CH3COCOOH+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O 由淀粉或糖原的一个葡萄糖单位分解为丙酮酸的总反应式为:C6H12O6+3H3PO4+3ADP+2NAD+2CH3COCOOH+3ATP+2(NADH+H+)+2H2O,在动物和少数高等植物细胞液中含有乳酸脱氢酶,人和动物剧烈运动时,肌肉组织相对缺氧,糖进行无氧分解形
12、成大量乳酸引起肌肉酸痛。刚屠宰后的动物,体内供氧机制虽已停止,但组织细胞仍在一段时间内进行糖的无氧分解形成乳酸,造成肉体的温度和酸度升高。乳酸菌可以进行乳酸发酵,把糖转变为乳酸,如泡酸菜、酸牛奶等,都是利用乳酸发酵。2、乙醇发酵 葡萄糖经糖酵解形成丙酮酸,丙酮酸在无氧条件下,由丙酮酸脱羧酶催化分解为乙醛和CO2,乙醛在乙醇脱氢酶的作用下,加氢还原为乙醇,所需还原态氢来自糖酵解第六步反应。,动物体内不存在乙醇发酵。高等植物在缺氧条件下能进行乙醇发酵。如水果、蔬菜等在储藏中,当氧气供应不足时,由于乙醇发酵强烈进行而造成霉味;植物种子发芽时,如不及时搅拌(增氧、降温),也会因乙醇发酵使新芽受害,降低
13、发芽率。微生物进行的乙醇发酵比较普遍,乙醇发酵在食品工业中起着关键性的作用。,糖酵解和发酵的反应过程,(三)糖无氧分解的生理意义 1、虽然糖的无氧分解提供的能量不多,不是生物体获能的主要形式,但动物的某些组织(表皮、红细胞和视网膜)主要依靠其提供能量。特别是生物体在特殊的生理或病理条件下,糖酵解是补能的重要方式。2、是葡萄糖彻底氧化的必经之路。3、提供一些具有反应活性的中间物,为其它有机物的合成提供重要原料。4、提供少量还原态氢,用于其它物质的合成。,二、糖的有氧分解 糖的有氧分解是糖在有氧条件下,彻底氧化成CO2和H2O并释放大量能量的过程。糖的有氧分解共分4个阶段:糖酵解,葡萄糖降解为丙酮
14、酸。丙酮酸氧化脱羧。三羧酸循环。三羧酸循环脱下的氢进入呼吸链氧化成H2O和CO2并产生ATP.,丙酮酸脱氢酶系(复合体)的组成:由3个酶和6种辅助因子组成。酶:丙酮酸脱氢酶、硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶。辅助因子:焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2+.第三阶段:乙酰CoA的彻底氧化三羧酸循环。该途径在动植物、微生物中普遍存在,它不仅是糖分解代谢的主要途径,也是脂肪、蛋白质分解代谢的最终途径。真核生物的TCA发生在线粒体内,原核生物发生在细胞内膜上,共包括8步反应。,3、异柠檬酸脱氢脱羧生成-酮戊二酸(6C-5C)反应不可逆.,+CO2,草酰乙酸,乙酰CoA,
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