第七章糖与糖化学第一节糖类化学一、糖的定义、分类和功能1. 定义：多羟基的醛或酮及其缩聚物和衍生物。

已经不符合于传统对糖的定义Cn(H2O)m，有些糖并不符合这一通式，而符合这一通式的不是糖。

2. 功能：（1）糖是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源，它彻底氧化为CO2和H2O，同时释放大量能量为生命活动需要。

（2）糖是生物体合成其他化合物的基本原料。

（3）糖类也是生物体的结构物质，如核酸中的戊糖和植物中的纤维素。

3.分类：（1）按组份分：单糖：最小的糖单位，不能再被水解。

寡糖：由2-10个单糖聚合而成，可水解为单糖。

多糖：由多个单糖聚合而成，包括同多糖和杂多糖及支链多糖和直链多糖（2）按所含碳原子个数：丙糖、丁糖、戊糖等。

（3）按其羰基特点：醛糖和酮糖。

（4）复合糖类：糖类化合物中还含有非糖物质，如糖蛋白。

二、单糖的命名按传统命名法（俗名来命名），碳原子数相同的又区别为醛糖和酮糖。

三、单体和立体结构1.单糖的构型（1）分子中的α-碳原子为不对称碳原子（手性碳）：有D型和L型两种立体异构体。

（2）有旋光性，使偏振光旋转（丙糖之上）。

（3）天然的单糖都为D型。

2.单糖的环状结构在水溶液中，直链式单糖分子上的醛基与分子上的羟基形成半缩醛成为环状结构。

糖易形成五元环和六元环，当形成环状时，C1就形成不对称碳原子，有α和β型之分。

环状结构：五元环：呋喃环六元环：吡喃环C1上的-OH在右为α型，在左为β型，在变为环形时 -OH在上或下之分。

四，重要的单糖及其衍生物已糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等五碳糖：核糖、脱氧核糖、木糖等衍生物：糖醇、糖醛酸、糖苷等五，单糖的化学性质部分（自学）六，寡糖：由2-10个单糖分子通过糖苷键连接而成的低聚糖。

（1）还原糖：有游离的半缩醛羟基的糖，有还原性。

非还原糖：没有游离的半缩醛羟基的糖，没有还原性。

（2）常见的寡糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖、环状糊精等。

七，重要的多糖：淀粉糖原纤维素几丁质等糖原：也称动物淀粉，是动物体内葡萄糖的贮存形式，主要贮存动物肝脏与肌肉组织中，分支较多，肌糖层和肝糖原。

八，具体的结构特征见图第二节糖的分解代谢异养生物：需要从环境中摄取有机物为养料，提供碳源和能源，如人、动物和某些微生物。

自养生物：可利用二氧化碳为碳源、日光为能源合成糖类化合物，如绿色植物和含叶绿素的微生物。

其摄取有机物中最普遍的就是糖类物质。

一、糖的消化与吸收1.糖化：指多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能吸收利用，生产上常把这一过程称为糖化。

2.糖在机体内的消化过程和吸收过程食物中的淀粉唾液和 α-淀粉酶少量水解（时间短）胃和 α-淀粉酶继续降解肠腔胰腺α-淀粉酶葡萄糖、麦芽糖、α-糊精等混合物小肠糊精酶进一步水解为葡萄糖、果糖、半乳糖→在小肠吸收、单糖↗肝脏→肝糖原↘血糖→血中的葡萄糖，是糖在体内的运输形式二、糖的无氧代谢1.体内葡萄糖的主要去向（1）以多糖（淀粉、糖原）或蔗糖形式贮存；（2）经糖酵解途径转变为丙酮酸→TCA；（3）氧化脱羧转变为磷酸戊糖。

2.发酵作用和糖酵解→统称为糖的无氧代谢。

（1）发酵：指葡萄糖或其他有机物质的厌氧降解过程，包括乳酸发酵和乙醇发酵。

（2）糖酵解：指葡萄糖生成丙酮酸的过程，是糖的共同分解途径。

（3）二者异同点：a、这两种过程均不需要氧的参加，均属无氧代谢；b、起始物相同：葡萄糖；c、终产物不同：前者为乙醇和乳酸，后者为丙酮酸；d、糖酵解并不涉及有氧气存在与否，而发酵一定是在无氧条件下进行。

3.糖酵解过程：C6的葡萄糖→2倍C3丙酮酸，不是简单的降解过程，共经历3个阶段（1）第一阶段：6-磷酸葡萄糖的生成和异构（2）第二阶段：磷酸丙糖的生成（变为了碳单位），降解成2分子的磷酸丙糖分子。

（3）第三阶段：丙酮酸的生成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（4）如何理解糖酵解的过程？有利于记忆？a.完全是热力不利到热力有利的转化，目的是趋向平衡；b.为何要加入磷酸化（耗解和放能的相互转变）?c.应注意能量变化和重点步骤的酶.（5）催化糖酵解的重要酶类，特别是几个关键步骤：见表7-1,p205（6）能量变化和氧化脱氢还原步骤：1分子葡萄糖→2分子丙酮酸第一阶段：2个ATP消耗第二阶段：生成2个NADH+H+ 和2个ATP第三阶段：生成2个ATP净生成2+2-2=2个ATP若从葡萄糖开始进行酵解生成2个ATP和2个NADH+H+若从糖原开始进行酵解生成3个ATP和2个NADH+H+O （7）总反应式：葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi→2丙酮酸+2NADH+2H+ +2ATP+2H2从该反应式可以看到有放能的反应步骤，有吸能的反应步骤，总的反应是放能的，因此该反应向丙酮酸方向进行。

（8）三个限速反应和三个限速酶（9）酵解产生的丙酮酸的去向(无氧条件下)丙酮酸↗乳酸↘酒精a.丙酮酸还原为乳酸后，NAD+再生，使糖酵解继续进行b.生酵发酵：在酵母细胞中丙酮酸脱羧酶将酵解产生的丙酮酸脱羧生成乙醛，接受NADH+H+→还原为乙醇巴斯德效应：在乙醇发酵过程中，如果有氧存在时，乙醇的产量下降，葡萄糖的利用降低的现象，由于此现象由巴斯德发现，故得名。

（10）糖酵解的生理意义a 是生物界普遍存在的获能途径；b 某些组织即使有氧气存在时，也有酵解作用；c 某些病理情况下，如缺氧，强烈运动等骨骼肌运动时，有酵解供能。

（11）糖酵解的调节糖酵解途径的三个关键酶：己糖激酶丙酮酸激酶磷酸果糖激酶——处于最关键的控制部位，为什么？因为葡萄糖-6-磷酸可通过糖原分解产生，丙酮酸激酶处于最后一步，不可能成为控制葡萄糖进入酵解途径的最关键。

a.已糖激酶活性的调节①细胞内的已糖激酶有多种同工酶，对底物葡萄糖的亲和力不同如：肝细胞中存在的是葡萄糖激酶——对葡萄糖的亲和力极高，不受产物葡萄糖-6-磷酸的抑制肌细胞中存在的是已糖激酶——对葡萄糖的亲和力低，受产物葡萄糖-6-磷酸的反馈调节②已糖激酶各种同工酶不同的抑制特性在糖代谢调节上有重要意义.当血糖浓度高时→胞内葡萄糖浓度高→葡萄糖-6-磷酸增加→反馈抑制已糖激酶（肌肉中）,此时葡萄糖激酶→肝内葡萄糖分解→降低血糖浓度→肝内合成糖原贮存。

b 磷酸果糖激酶的活性调节ATP/AMP水平：柠檬酸-2，6-二磷酸果糖都是该酶的异构激活剂见书 p217 图7-17c. 丙酮酸激酶的活性调节当细胞内含有高浓度ATP或含有丰富的可用于生产能量的呼吸作用的其他燃料分子时，可降低丙酮酸激酶活性来抑制酵解速度。

三.糖有氧氧化的一般途径（一）什么是糖的有氧氧化？糖类物质在有氧条件下，彻底氧化为二氧化碳和水并释放能量的过程。

（二）有氧氧化的反应历程第一阶段：糖转变为丙酮酸（在胞液中进行）；第二阶段：丙酮酸进入线粒体，在其中氧化为乙酰CoA；a.丙酮酸脱氢酶系:E1、E2和E3b.辅酶和三个酶的作用过程:（1） TPP与E1结合，使丙酮酸脱羧，产生羟乙基-TPP和二氧化碳；（2）硫辛酸与E2结合，从TPP-羟乙基上接受羟乙基，产生二氢乙酰硫辛酸；（3） COA与E2结合，接受乙酰基，生成二氢硫辛酸和乙酰COA；（4） FAD与E3结合，将二氢硫辛酸还原，释放硫辛酸和FADH2（接受2H+）；（5） NAD+和E3结合，还原FADH2产生FAD和NADH+H+，使反应循环进行。

c.总的反应式：TPP 硫辛酸 NAD+ FAD Mg2+↑丙酮酸+COA-SH+FAD+ →乙酰COA+CO2+NADH+H+↓丙酮酸脱氢酶素第三阶段：乙酰COA进入三羧酸循环彻底氧化1.什么是三羧酸循环？也叫柠檬酸循环，也称Krebs循环。

这个循环以乙酰COA与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸开始，故名三羧酸循环。

又因循环的第一个产物是柠檬酸，故名柠檬酸循环。

由著名生化学家H.Krebs发现，故称Krebs循环。

2.循环的反应历程第一步：乙酰COA（2C）+草酰乙酸（4C）→柠檬酸（6C）第二步：柠檬酸→异柠檬酸第三步：异柠檬酸→α-酮戊二酸（NA D+→NADH+H+）第四步：α-酮戊二酸 →琥珀酰COA(NA D+→NADH+H+)第五步：琥珀酰COA →琥珀酸第六步：琥珀酸 →延胡索酸（FAD→FADH2）第七步：延胡索酸 →苹果酸第八步：苹果酸 →草酰乙酸（再生）(NA D+→NADH+H+)3.反应中主要的氧化还原情况（4步）第 3、4、6、8步，共生成3分子NADH+H+和1分子的FADHNADH和2，FADH2经呼吸链氧化生成水，并释放能量，将能量贮存在ATP中，1个NADH产生2.5个ATP，1个FADH2生成1.5个ATP。

4.两次脱羧反应，第三步和第四步（6C→5C→4C）。

5.底物水平磷酸化一次：GDP+Pi→GTP→ADP→ATP。

和1个COASH。

6.8种酶参加生成2CO27.总的反应式为8.总的能量变化（1）从草酰乙酸一次循环（TCA）：（1分子乙酰COA）→1+3*2.5+1*1.5=10 ATP 1个ATP+3个（NADH+H+）+1个FADH2（2）从葡萄糖氧化开始一分子葡萄糖→（a）2分子丙酮酸→（b）2分子乙酰COA→4CO2 a：2个ATP+2个（NADH+H+）=2+2*2.5=7ATPb: 2个（NADH+H+）=2*2.5=5ATP共产生10*2+7+5=32或10*2+5+5=30个ATP 因此，从葡萄糖→2CO29.有氧氧化的重要意义（三羧酸循环的生物学意义）（1）生物体中普遍存在的一种途径；（2）是生物体获得能量最有效的一种方式，不但产能高，而且利用率高；（3）是糖类、蛋白质、脂肪三大物质代谢相互转化的枢纽；（4）是获得微生物发酵产品的重要途径，如柠檬酸和Glu等。

10.三羧酸循环的调节（1）丙酮酸脱氢酶系活性的调节：别构调节和共价调节a．别构调节：当细胞中ATP/AMP水平高时，也就是细胞中已有足够的能量贮存，不需要进行有氧代谢，该酶系受到抑制；当细胞中NADH/NAD+水平高时，意味着细胞含有丰富的Pi呼吸链合成ATP的电子，也不需要进行有氧代谢时，该酶系受到抑制。

b．共价调节：有两种酶，即丙酮酸脱氢酶磷酸酶和激酶对丙酮酸脱氢酶系的活性有共价调节作用，E1有活性和非活性两种形式，它的磷酸化形式是无活性的，当细胞中ATP、乙酰COA和NADH水平高时，表示一种信号乙酰COA不需再继续合成，这种情况下，ATP、乙酰COA和NADH就激活激酶活性，使E1转为磷酸化无活性形式，抑制E1。

当细胞需要能量时，ATP水平低，激活磷酸酶活性使E1去磷酸化而转变为有活性的E1，继续合成乙酰COA（2）三羧酸循环本身的活性调节：三个重要的酶，成为该循环的限速步骤——柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶和 -酮戊二酸脱氢酶。