导图社区 糖类
大学生物化学糖类总结,整理了新陈代谢的概述、糖的中间代谢、糖原的合成与分解、多糖、单糖和低聚糖的内容,快来看看吧!
编辑于2023-03-03 13:38:45 新疆糖类
新陈代谢的概述
定义:①狭义是指物质在细胞中的合成与分解作用,是细胞内所发生的、有组织的一系列酶促反应过程 ②广义是泛指生物体与外界不断交换物质的过程,它包括消化,吸收,中间代谢以及排泄等过程
内容
分解代谢
生物大分子的降解,即消化过程
单体分子的初步降解阶段
乙酰基完全分解阶段—TCA循环
氢的燃烧阶段—电子传递过程及氧化磷酸化作用
合成代谢
原料准备阶段:主要通过分解代谢供应
单体分子的合成阶段
生物大分子的合成阶段
糖的中间代谢
有氧氧化
葡萄糖的酵解:葡萄糖分解成丙酮酸。
含义:葡萄糖经酶催化降解,生成丙酮酸并产生ATP的代谢过程
反应历程
部位:细胞液
过程
①葡萄糖——己糖激酶——6-磷酸葡萄糖(—1ATP)
第一个关键步骤:受6-磷酸葡萄糖,ATP抑制 葡萄糖,ADP促进
②6-磷酸葡萄糖——磷酸己糖异构酶——6-磷酸果糖
③6-磷酸果糖—磷酸果糖激酶—1,6-二磷酸果糖(—1ATP)
第二个关键步骤:受磷酸果糖激酶,1,6-二磷酸果糖,AMP,ADP、环AMP正调节 受ATP,柠檬酸的负调节
④1,6-二磷酸果糖——醛缩酶——磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油酸
⑤磷酸二羟丙酮——丙酮磷酸异构酶——3-磷酸甘油醛(—2ATP)
⑥3-磷酸甘油醛+无机磷酸——3-磷酸甘油醛脱氢酶——1,3二磷酸甘油酸(+1NADH)
⑦1,3-二磷酸甘油酸——磷酸甘油酸激酶——3-磷酸甘油酸(+1ATP)
底物水平磷酸化,是酵解中形成ATP的机制
⑧3-磷酸甘油酸——磷酸甘油酸变位酶——2-磷酸甘油酸
⑨2-磷酸甘油酸——烯醇酶——磷酸烯醇式丙酮酸
⑩磷酸烯醇式丙酮酸——丙酮酸激酶——丙酮酸+ATP
第三个关键步骤:受长链脂肪酸,乙酰辅酶A, ATP和丙氨酸抑制 受ADP,磷酸烯醇式丙酮酸促进
葡萄糖+2ADP+2NAD⁺+2Pi——2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H⁺+2H₂O 生理意义:①是单糖分解代谢的一条最重要的途径 ②细胞在缺氧条件下,可通过糖酵解得到有限的能量来维持生命活动,一分子葡萄糖可产生2个ATP ③在有氧条件下,糖酵解是单糖完全分解成CO₂和H₂O的必要准备阶段。
丙酮酸生成乙酰CoA
含义:酵解生成的丙酮酸穿过线粒体膜进入线粒体内室,在丙酮酸脱氢酶系的催化下,脱氢脱羧生成乙酰辅酶A
历程:丙酮酸+CoA+NAD⁺——丙酮酸脱氢酶系——乙酰CoA+CO₂+NADH+H⁺
①丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg²⁺):催化丙酮酸氧化脱羧 ②二氢硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸、辅酶A):催化将乙酰基转移到CoA反应 ③二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD⁺):催化将还原型硫辛酸转变为氧化型反应 抑制:ATP、乙酰辅酶A、NADH、脂肪酸 激活:AMP、CoA、NAD⁺、Ca²⁺
三羧酸循环(柠檬酸循环)
历程
①乙酰CoA+草酰乙酸——柠檬酸合酶——柠檬酸
抑制: ATP、NADH、琥珀酰CoA和长链脂肪酰CoA、柠檬酸 激活:ADP 氟乙酰辅酶A可形成氟柠檬酸,抑制下一步反应的酶,称为致死合成,可用于杀虫剂
②柠檬酸——顺乌头酸酶——顺乌头酸——顺乌头酸酶——异柠檬酸(先脱水再加水,-H和-OH互换位置,从柠檬酸变成异柠檬酸)
③异柠檬酸+NAD⁺——异柠檬酸脱氢酶——α-酮戊二酸+NADH+H⁺+CO₂(氧化脱羧)
抑制:ATP 激活:ADP、Ca²⁺
④α-酮戊二酸+CoA+NAD⁺——α-酮戊二酸脱氢酶复合体——琥珀酸单酰CoA+CO₂+NADH(氧化脱羧)
抑制:琥珀酰CoA、NADH 激活:ADP、Ca²⁺
⑤琥珀酰CoA+GDP+Pi——琥珀酰CoA合成酶——琥珀酸+GTP+CoA(唯一一次底物水平磷酸化,GTP可用于蛋白质合成,也可生成ATP)
⑥琥珀酸+FAD——琥珀酸脱氢酶——延胡索酸+FADH₂
⑦延胡索酸——延胡羧酸酶——L-苹果酸
⑧L-苹果酸+NAD⁺——苹果酸脱氢酶——草酰乙酸+NADH+H⁺
经过一次三羧酸循环,消耗一分子的乙酰CoA,经过4次脱氢,2次脱羧,一次底物水平磷酸化,生成1分子FADH₂,3分子NADH,1分子GTP FADH₂=1.5ATP,NADH=2.5ATP 1分子乙酰CoA生成10分子ATP 意义:①它是细胞内各种能源物质完全氧化分解的公共途径,乙酰辅酶a的乙酰基是能够被三羧酸循环完全分解的唯一底物 ②为细胞提供能量,一个乙酰基通过三羧酸循环和呼吸链,可产生10个ATP,一分子的葡萄糖彻底氧化可产生32或30个ATP ③三羧酸循环是物质转化的枢纽
回补途径
含义:能为三羧酸循环补充中间产物的代谢途径称为回补途径
种类
丙酮酸羧化支路
乙醛酸循环
途径:异柠檬酸——异柠檬酸裂解酶——乙醛酸——苹果酸合成酶——苹果酸
意义:借此附属路线,植物和某些微生物可以利用脂肪酸、乙酸作为唯一能源和碳源获得生物能量,合成糖类化合物和氨基酸、蛋白质维持正常生长。乙酰辅酶A由脂肪酸氧化产生,乙酸也可以通过乙酸硫基酶转换成乙酰辅酶A
其他回补途径
氧化磷酸化
磷酸戊糖途径
概念:磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H⁺,前者再进一步变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。
部位:细胞液
阶段
氧化反应
非氧化反应
生理意义:①为核苷酸的生成提供核糖 ②提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 ③使丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖在体内得以相互转变 ④产生3-磷酸甘油醛,将糖代谢的三条途径联系起来,构成糖分解代谢的多样性,以适应环境变化
糖异生
概念:是指由非糖物质合成葡萄糖的过程
途径
生理意义:①糖异生是一个非常重要的生物合成葡萄糖的途径,糖异生主要在肝脏中进行,红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料,因此血中葡萄糖浓度降低时,首先是脑细胞受损 ②在饥饿、剧烈运动造成糖原下降后,糖异生会使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸,等中间产物重新生成糖,这对维持血糖浓度,满足组织对糖的需求是十分重要的
糖原的合成与分解
糖原的分解代谢
部位:胞浆
历程:糖原——糖原磷酸化酶——1-磷酸葡萄糖——脱支酶——葡萄糖+1,4-糖苷键葡糖糖基链——糖原磷酸化酶——1-磷酸葡萄糖——磷酸葡萄糖变位酶——6-磷酸葡萄糖——6-磷酸葡萄糖酶——葡萄糖
糖原磷酸化酶:作用于非还原性末端的1,4-糖苷键 脱支酶:一种双功能酶。α-1,4-葡聚糖基转移酶,1,6-葡萄糖苷酶
注意:①糖原分解主要是磷酸解,而不是水解。1,4-糖苷键:磷酸解 1,6-糖苷键:水解 ②在肌肉中缺乏6-磷酸葡萄糖酶,因此肌糖原不能分解成葡萄糖
糖原的合成
部位:肝脏,肌肉的胞浆
过程
注意:①耗能过程②关键酶:糖原合酶③ UDPG是葡萄糖的活性形式
多糖
淀粉
一般性质:形状多为圆形,椭圆形,多角形等;大小一般在0.001~0.15毫米之间,马铃薯淀粉粒最大,谷物淀粉粒最小;晶体结构:用偏振光显微镜观察及x射线研究,能产生双折射及x衍射现象。
结构
直链:由D—吡喃葡萄糖,α—1,4糖苷键连接
支链:由D—吡喃葡萄糖,α—1,4和1,6糖苷键连接起来的带分枝的复杂结构
理化性质
物理性质:白色粉末状,热水中溶融胀,纯支链淀粉能溶于冷水中,而直链淀粉不能,直链淀粉能溶于热水
化学性质:没有还原性,遇碘呈蓝色,加热则蓝色消失,冷后呈蓝色,可以水解 直链淀粉(DP200—980):呈蓝色 支链淀粉(DP20—28):呈紫色 糊精(DP<20):呈棕红,红色 (DP<6):不显色
水解
酶水解
酸水解
纤维素是由10000-15,000个D-Glc残基组成,但残基之间是由β—D葡萄糖分子以β—1,4糖苷键相连而形成的直链,没有螺旋构象,也没有分支,结构在植物组织中,纤维素分子平行排列,糖链之间有氢键联结形成微纤维,每一个微纤维由60个纤维素分子组成
纤维素
果胶
分类
性质
用途
单糖和低聚糖
单糖
分类
羰基类型
酮糖
碳原子数目:丙糖,丁糖,戊糖,己糖,庚糖
结构
链状
手性碳原子:指化合物中碳原子有4个单键,每个单键连接着不同的原子或原子团。
对映体:互为镜像关系的一对手性碳原子,左旋为L型,右旋为D型
差向异构体:又称表异构体,只有一个不对称碳原子上的基团排列方式不同的非对映异构体。
旋光性:旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力,称为旋光性,光学活性或旋光度。
偏振光:只有一个振动平面的光。
偏振面:偏振光振动方向与其前进方向所构成的平面。
环状
构型:异侧α,同侧β
吡喃:环上有6个物质
呋喃:环上有5个物质
寡糖
重要低聚糖
麦芽糖(α,α-1,4-葡萄糖):具有潜在的游离醛基,是一种还原糖
乳糖(β,α-1,4半乳糖苷葡萄糖):牛乳中的还原性二糖
蔗糖:非还原性二糖,具有极大的吸湿性和溶解性,冷冻保护剂
纤维二糖
棉子糖(三糖)
低聚果糖:难水解,是一种低热量糖,水溶性食物纤维,可以增殖双歧杆菌,抑制腐败菌,维护肠道健康,防止龋齿
低聚木糖:有较高的耐热和耐酸性能,双歧杆菌所需用量最小的增殖因子,代谢不依赖胰岛素,适合糖尿病患者,防止龋齿
甲壳低聚糖:降低肝脏和血清中的胆固醇;提高机体的免疫功能;增殖双歧杆菌 ;抗肿瘤,防止溃疡病
环状低聚糖:环状糊精,可包埋与其大小相适的客体分子,起到稳定缓释,提高溶解度,掩盖异味的作用
应用
甜味剂:果糖>蔗糖>葡萄糖>麦芽糖>半乳糖
亲水功能:糖分子中含有羟基,具有一定的亲水能力、吸湿性或保湿性和防腐功能
赋予风味:褐变产物赋予食品特殊风味
特殊功能:增加溶解性
稳定剂:糊精做固体饮料的增稠剂和稳定剂
保健功能
单糖和低聚糖的物理性质
甜度
果糖>蔗糖>葡萄糖>麦芽糖>半乳糖
影响因素:分子量越大溶解度越小,则甜度也越小 糖的不同构型
不同温度构型占比
葡萄糖:与温度无关,α>β 果糖:与温度有关,α<β,0℃时α:β=3:7,80℃时α:β=7:3
溶解度
果浆类不易储存在10℃以下,以防结晶
高浓度的糖液具有防腐保质的作用,在70%以上能抑制霉菌酵母的生长
吸湿性和保湿性
吸湿性:糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质
保湿性:糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质
结晶性和抗结晶性
不同糖的结晶特性:乳糖结晶;蔗糖易结晶,晶体生成很大;葡萄糖易结晶,晶体生成细小;果糖,转化糖较难结晶
应用:硬糖的生产不能单独使用蔗糖;淀粉糖浆;雪糕,冰淇淋等加淀粉糖浆代替部分蔗糖
渗透压—防腐
浓度越高,分子数目越多,渗透压越大,渗透压越大对食品保存越有利
酵母:50%的蔗糖溶液;霉菌:60%的蔗糖溶液;细菌:80%的蔗糖溶液
冰点降低
溶液浓度越高,分子量越小,冰点降低越多。葡萄糖>蔗糖>淀粉糖浆
应用:雪糕冰淇淋等加淀粉糖浆代替部分蔗糖冰点降低小,节约电能
粘度
调节食品稠度和可口性
抗氧化性
保持水果的风味,颜色和维C
糖溶液中溶氧量小,糖本身具有抗氧化性
单糖和低聚糖的化学性质
水解反应
概念:低聚糖,糖苷及多糖在酸或酶的作用下,可水解生成单糖或低聚糖
影响水解反应的因素①结构:α—异头物>β—异头物,呋喃糖苷>吡喃糖苷,α—D糖苷>β—D糖苷 温度:温度提高,水解速度急剧加快
烯醇化和异构化反应—与碱的作用
在稀碱条件下,开环,生成差向异构体
复合反应和脱水反应
复合反应:单糖受酸和热的作用,缩合失水生成低聚糖的反应称为复合反应,连接方式:1,3-糖苷键和1,6-糖苷键
脱水反应:当酸浓度大于12%的浓盐酸以及热的作用下,单糖易分子内脱水生成糠醛及其衍生物
氧化反应
在不同氧化条件下,糖类被氧化成不同产物
强氧化剂:G—二氧化碳+水 溴/水:G—葡萄糖酸—脱水形成内酯 浓硝酸:醛糖—二元酸 G氧化酶:G—葡萄糖醛酸
还原反应
双键加氢称为氢化, D—葡萄糖的羰基在一定压力,催化剂镍存在下加氢还原成羟基,得到D—葡萄糖醇
D—葡萄糖经过镍催化还原成山梨糖醇:保湿剂,甜度为蔗糖50%,不被微生物利用,不依赖胰岛素 D—果糖还原成D—山梨糖醇+D甘露糖醇:甜度为蔗糖的65%,应用于硬糖,软糖和不含糖的巧克力中,保湿性小,作为糖果的包衣 木糖醇:由半纤维素制得的木糖氢化,甜度为蔗糖的70%,在硬糖或胶姆糖中代替蔗糖,防止龋齿,治疗糖尿病
酯化和醚化反应
酯化反应
糖中羟基与有机酸和无机酸作用生成酯
天然多糖中存在醋酸酯,磷酸酯,硫酸酯等羧酸酯
蔗糖酯是一种很好的乳化剂
卡拉胶中含有硫酸酯基和酸性饮料中带正电荷的蛋白质结合是一种很好的乳化,稳定剂
醚化反应:进一步改良功能性
概述
定义:多羟基的醛类或酮类化合物以及它们的衍生物或聚合物
主要生物化学作用
是生物体主要的能量来源
可转变为生命所必需的其他物质,如脂类、蛋白质等
可作为生物体的结构物质
作为细胞、生物体的贮藏物质
可作为细胞识别的信息分子