糖类

糖类物质是多羟基（2个或以上）的醛类（Aldehyde）或酮类（Ketone）化合物，在水解后能变成以上两者之一的有机化合物。在化学上，由于其由碳、氢、氧元素构成，在化学式的表现上类似于“碳”与“水”聚合，故又称之为碳水化合物。

糖类

• 概述
  • 糖的概念与分布
    • C H O 组成，又称碳水化合物，有的还含有N,P，S。多羟基醛或多羟基酮
    • 分布极广，植物干重的80%，动物2%，微生物10-30%
  • 糖的分类
    • 单糖
      • 不能被水解成更小分子的糖
        • 最简单的一种，基本结构单位
        • 可根据碳原子多少分类：三碳糖，四碳糖等
        • 醛基可发生银镜反应，羰基不可发生银镜反应，注意环状半缩醛结构
    • 寡糖 单糖聚合形成的短链（2-9个单糖分子）
      • 二糖 单糖通过糖苷键连接
        • 都有旋光性
        • 部分有还原性
      • 三糖
    • 多糖 单糖缩合形成的长链结构
      • 有旋光性，无变旋现象
      • 重要的;淀粉，糖原，纤维素
  • 主要生物学作用
    • 人和动物的主要能源物质:淀粉，糖原
      • 肌肉:肌糖原，180 ~ 300g，主要供肌肉收缩所需
      • 肝脏：肝糖原，70 ~ 100g，维持血糖水平
    • 糖的结构功能
      • 植物中的纤维素
      • 细胞间质粘多糖
      • 昆虫体表的几丁质
      • 甲壳动物的甲壳素等
    • 复杂的多方面生物活性与功能
      • 戊糖是核酸组成成分
      • 稳定蛋白质作用（糖蛋白）
      • 细胞-细胞相互识别
• 多糖的化学
  • 多糖的分类
    • 按来源分
      • 植物多糖：当归多糖、枸杞多糖、大黄多糖等
      • 动物多糖：肝素、硫酸软骨素、透明质酸等。
      • 微生物多糖：香菇多糖、茯苓多糖、银耳多糖、云芝多糖等
      • 海洋生物多糖：壳聚糖、螺旋藻多糖等。
    • 按生理功能分
      • 贮存多糖：淀粉和糖原
      • 结构多糖：纤维素和几丁质
    • 按组成成分分
      • 同聚多糖(均一多糖)：由同一种单糖缩合而成，如淀粉、糖原、纤维素等
      • 杂聚多糖(不均一多糖)：由不同类型的单糖缩合而成，如肝素、透明质酸、当归多糖、茶叶多糖等
      • 结合糖(糖复合物、复合糖)：糖和蛋白质、脂类等非糖物质结合的复合分子
        • 糖蛋白: 糖与蛋白质以共价键结合的复合分子，糖少于蛋白质
        • 蛋白聚糖: 糖与蛋白质以共价键结合的复合分子，糖多于蛋白质。主要由糖胺聚糖链共价连接于核心蛋白质所组成
        • 糖脂: 糖和脂类以共价键形成的复合物，以脂为主
        • 脂多糖: 糖和脂类以共价键形成的复合物，以糖为主
  • 重要多糖的化学结构与主要生物学作用
    • 淀粉
      • 高等植物的贮存多糖，是供给人体能量的主要营养物质
      • α-D-葡萄糖构成的同聚多糖，α-1,4糖苷键(直链)，α-1,6糖苷键(支链）
      • 有直链淀粉(amylose)和支链淀粉(amylopectin)两种成分组成
    • 糖原
      • 又称动物淀粉，动物体内的贮存多糖，主要存在与肝及肌肉中
      • α-D-葡萄糖构成的同聚多糖，α-1,4糖苷键(直链)，α-1,6糖苷键(支链)
      • 结构与支链淀粉(amylopectin)相似
    • 葡聚糖
      • 又称右旋糖酐，是酵母菌及某些细菌中的贮存多糖
      • 是葡萄糖构成的同聚多糖，几乎均为α-1,6糖苷键连接，α-1,2，α-1,3，α-1,4分支
    • 纤维素
      • 自然界最丰富的有机物质，占生物界全部有机碳化合物的一半以上
      • β-D-葡萄糖构成的同聚多糖，β-1,4糖苷键(直链)
      • 黏多糖：是一类含氮的杂聚多糖，其化学组成通常为糖醛酸及氨基己糖或其衍生物，有的还含有硫酸，如肝素、透明质酸、硫酸软骨素等，也称糖胺聚糖。
      • 植物细胞壁和支撑组织的重要成分，大多数哺乳动物难以直接消化
    • 琼胶
      • 琼脂，是一些海藻所含的多糖
      • L-及D-半乳糖构成，D-半乳糖以α-1,3糖苷键相连，再与L-半乳糖以1,4糖苷键相连
      • 不溶于冷水，可溶于热水，冷却后成凝胶。常用做培养基的凝固剂
    • 几丁质
      • 又称甲壳素或壳聚糖，是虾、蟹和昆虫甲壳的主要成分，含量仅次于纤维素
      • N-乙酰氨基葡萄糖构成的同聚多糖，β-1,4糖苷键糖苷键连接
    • 黏多糖类
      • 透明质酸
        • 具有较强吸水性，在水中形成粘度很大的胶状液，有黏结与保护细胞的作用
        • 葡萄糖醛酸与N-乙酰氨基葡萄糖交替组成，β-1,3糖苷键(形成二糖单位)，β-1,4糖苷键
      • 硫酸软骨素
        • 体内最多的黏多糖，软骨的主要成分
        • 也是一类二糖的聚合物，有降血脂和抗凝血作用
      • 肝素
        • 最早在肝中发现，是动物体内一种天然的抗凝血物质
        • 由硫酸氨基葡萄糖、葡糖醛酸和艾杜糖醛酸的硫酸酯组成
    • 细菌多糖
      • 肽聚糖
        • 又称胞壁质，是细菌细胞壁基本骨架的主要成分主题
        • 多糖与氨基酸链相连的多糖复合物
      • 脂多糖
        • 革兰氏阴性菌细胞壁含有复杂的脂多糖
        • 由外层低聚糖链、核心多糖及脂质三部分组成
  • 多糖的含量与纯度测定
  • 多糖的分离、纯化及降解
  • 多糖的结构分析
  • 糖复合物：糖蛋白，蛋白聚糖，糖脂，脂多糖
• 糖类药物的研究与应用
  • 以糖类为基础的药物
  • 糖基化工程：糖基化和去糖基化
  • 糖组学
• 糖的消化与吸收
  • 糖的消化
    • 植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。消化部位： 主要在小肠，少量在口腔
  • 糖的吸收
• 糖的分解代谢
  • 无氧分解
    • 在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖酵解
      • 第一阶段：糖酵解途经（10步）细胞质中
        • 葡萄糖的磷酸化：不可逆；ATP供能；己糖激酶；镁离子-ATP复合物
        • 6-磷酸葡萄糖的异构作用：磷酸己糖异构酶；可逆；镁离子必需
        • 6-磷酸果糖的磷酸化作用：PFK，磷酸果糖激酶；不可逆；ATP供能；镁离子必需
        • 1，6-二磷酸果糖一分为二：醛缩酶；可逆
        • 磷酸二羟丙酮的异构作用：TIM，磷酸丙糖异构酶；可逆；
        • 3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸：脱氢酶；NAD+为辅酶接受氢和电子；产能（ATP）‘可逆
        • 1，3-二磷酸甘油酸的磷酸转移：磷酸甘油酸激酶；可逆；产能（产生ATP）；需镁离子
        • 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸：磷酸甘油酸变构酶；可逆；镁离子
        • 2-磷酸甘油酸脱水变成磷酸烯醇式丙酮酸：烯醇化酶；自然发生；可逆；有水生成
        • 磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移：丙酮酸激酶；在细胞中不可逆；产生能量
      • 第二阶段：丙酮酸转变成乳酸
        • 乳酸脱氢酶催化；氢离子由NADH+H+提供；H+来自第六步的脱氢反应
      • 糖酵解的调节(三个不可逆过程：1，3，10）
        • 激素的调节
        • 变构效应剂的调节
  • 有氧分解
    • 第一阶段：葡萄糖经糖酵解分解为丙酮酸
    • 第二阶段：丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧生成乙酰CoA
    • 第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化
      • 柠檬酸的形成：乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成；柠檬酸合酶
      • 异柠檬酸的形成：可逆互变；通过顺乌头酸这个中间体，结合在酶上
      • 第一次氧化脱羧：异柠檬酸脱氢酶：NAD+,在线粒体基质中；NADP+，线粒体基质和细胞质，产生NADPH可能是供应合成代谢中的还原反应所需
      • 第二次氧化脱羧：
      • 底物水平磷酸化反应：释放能量
      • 琥珀酸脱氢生成延胡索酸：脱氢酶结合在线粒体上
      • 延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸酶可逆催化这个反应
      • 苹果酸脱氢生产草酰乙酸：
  • 磷酸戊糖途经（细胞质）
    • 氧化反应，生成磷酸戊糖，NADPH及二氧化碳
    • 集团转移反应，将核糖转变为6-磷酸果糖和三磷酸甘油醛进入糖酵解·途经
  • 糖原的分解
    • 糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖 的过程。亚细胞定位：胞浆
    • 分解过程
      • 1.糖原的磷酸解
      • 2.脱枝酶催化的反应①转移葡萄糖残基 ②水解-1,6-糖苷键
      • 3.1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖
      • 4.6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖
• 糖的合成
  • 糖原的合成
    • 糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。 组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆
    • 合成途经
      • 葡萄糖磷酸化：葡萄糖G-6-P
      • 6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖：G-6-P-G-1-P，磷酸葡萄糖变构酶
      • 尿苷二磷酸葡萄糖的生成：尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-Glc）催化
      • UDP-Glc与糖原结合
      • 分支链的形成：1，4糖苷键当糖链长达12～18个葡萄糖基时→分支酶将6～7个葡萄糖基转移到邻近的糖链上→以1，6-糖苷键连接→新分支
    • 糖原合成和分解的调节
      • 关键酶① 糖原合成：糖原合酶 ② 糖原分解：糖原磷酸化酶
      • 调节方式
        • 共价修饰
          • 磷酸化或去磷酸化后活性变化相反
          • 快速调节
          • 有级联放大作用，效率高
          • 受激素调节
        • 变构调节
          • 活性，无活性两种形式存在，通过磷酸化和去磷酸化转变
          • 双向调控
          • 级联效应
          • 肌糖原和肝糖原代谢调节各有特点
  • 糖异生
    • 糖异生途经：丙酮酸生成葡萄糖
      • 1.丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（消耗两个ATP）
        • 天冬氨酸氨基转移酶（乳酸）
        • 苹果酸脱氢酶将草酰乙酸还原成苹果酸（丙酮酸或能转变成丙酮酸的某些生糖基团作为原料
      • 2.1，6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖（放能反应，并不生成ATP，易进行）
      • 3.6-磷酸果糖水解为葡萄糖（不产生ATP,不是葡萄糖激酶的逆反应）
    • 乳酸循环（Cori循环）：两分子乳酸异生消耗六分子ATP
      • 肝内异生为葡萄糖
      • 葡萄糖释放入血后被肌肉摄取
    • 生理意义
      • 血糖调节
      • 补充肝糖原
      • 调节酸碱平衡