第五章糖类代谢 量最为 如蔗 金地失老心 淀粉和原，还有成 壁的名 和肽聚料 糖类代谢为生物体提供重要的能源和碳源。生物体生存活动所需的能量，主要由糖类 物质分解代谢提供的，1g葡萄糖经彻底氧化分解可释放约16.74k的能量。糖类代谢的中 间产物还为氨基酸、核苷酸、脂肪酸、甘油的合成提供碳原子或碳骨架，进而合成蛋白质、 核酸、脂类等生物大分子。 糖的分解代谢首先是大分子糖经酶促降解生成小分子单糖，动、植物通过淀粉酶或淀 粉磷酸化酶水解淀粉（糖原）生成葡萄糖。含有纤维素碎的微生物水解纤维素生成葡萄糖。 寡糖经水解和异 化成葡萄糖。然后葡萄糖再通 工 步氧化分： 环氧化 的 氧化途径： 成CO,和NADP阻，NADPH是生物合成代谢反应的 糖的分解代谢有不同的途径 样，糖也可通过不同途径合成，并且各种途径都包括 一系列复杂的反应，本章主要介绍这两方面的内容。 第一节生物体内的糖类 一、单糖 单糖(monosa echarides)是最简单的碳水化合物(carbohydrates)，它是具有两个或 更多个羟基的醛或酮。最简单的单糖是 日袖途和 二羟丙酮，它们都是三碳糖。甘油醛含有 因此有两种整体异体，其结构有 丙酮含有酮基，所以称为酮糖。甘油醛有一个不对称碳原子， 0 H CH2OH H-C-OH HO-C-H C=0 CHOH CHOH CHOH D甘油醛 L-甘油酸 二羟丙酮 含有4、5、6、7个碳原子的糖分别称为四碳糖、五碳糖、六碳糖和七碳糖，它们的 结构式和立体化学上的相互关系见图5-1和图5-2。两种常见的六碳糖是D-葡萄糖和D-果 糖。葡萄糖(glucose)是醛糖，果糖(ructose)是酮糖，D-表示离醛基或酮基最远的不对 称碳，即C5的绝对构型和D-甘油醛中的一样。 148
148 第五章 糖类代谢 糖类是自然界分布最广的物质之一，从细菌到高等动物的机体都含有糖类物质，其中 植物体中含量最为丰富。植物可通过光合作用把 CO2 和水同化成葡萄糖，葡萄糖可进一步 合成寡糖和多糖，如蔗糖、淀粉和糖原，还有构成植物细胞壁的纤维素和肽聚糖等。 糖类代谢为生物体提供重要的能源和碳源。生物体生存活动所需的能量，主要由糖类 物质分解代谢提供的，1g 葡萄糖经彻底氧化分解可释放约 16.74kJ 的能量。糖类代谢的中 间产物还为氨基酸、核苷酸、脂肪酸、甘油的合成提供碳原子或碳骨架，进而合成蛋白质、 核酸、脂类等生物大分子。 糖的分解代谢首先是大分子糖经酶促降解生成小分子单糖，动、植物通过淀粉酶或淀 粉磷酸化酶水解淀粉（糖原）生成葡萄糖。含有纤维素酶的微生物水解纤维素生成葡萄糖。 蔗糖、乳糖等寡糖经水解和异构化成葡萄糖。然后葡萄糖再通过不同途径进一步氧化分解， 包括：糖酵解 糖的共同分解途径；三羧酸循环 糖的最后氧化途径；磷酸戊糖途径 糖的直接氧化途径。葡萄糖经糖酵解-三羧酸循环氧化分解产生CO2和NADH、FADH2； NADH、FADH2 可进入呼吸链被彻底氧化产生 H2O 并释放大量能量。磷酸戊糖途径则生 成 CO2 和 NADPH，NADPH 是生物合成代谢反应的还原剂。 糖的分解代谢有不同的途径，同样，糖也可通过不同途径合成，并且各种途径都包括 一系列复杂的反应，本章主要介绍这两方面的内容。 第一节 生物体内的糖类 一、单糖 单糖（monosaccharides）是最简单的碳水化合物（carbohydrates），它是具有两个或 更多个羟基的醛或酮。最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮，它们都是三碳糖。甘油醛含有 醛基，所以称为醛糖；二羟丙酮含有酮基，所以称为酮糖。甘油醛有一个不对称碳原子， 因此有两种立体异构体，其结构如下： CH2OH H C OH C O H CH2OH HO C H C O OH D-甘油醛 L-甘油酸 CH2OH C CH2OH O 二羟丙酮 含有 4、5、6、7 个碳原子的糖分别称为四碳糖、五碳糖、六碳糖和七碳糖，它们的 结构式和立体化学上的相互关系见图 5-1 和图 5-2。两种常见的六碳糖是 D-葡萄糖和 D-果 糖。葡萄糖（glucose）是醛糖，果糖（fructose）是酮糖，D-表示离醛基或酮基最远的不对 称碳，即 C-5 的绝对构型和 D-甘油醛中的一样
H -OH H =0 -H HO- H H -OH H-C- -OH H- -OH -OH CH,OH CH,OH 葡萄糖和果糖在溶液中的主要形式并不是开链式结构，而是环式结构。因为，一般说 来，醛会和醇反应形成半缩醛(hemiacetal),因此葡萄糖中的C的醛基与C,的羟基反应， 形成分子内的半缩醛，形成的糖环称为吡喃糖(pyranose),因为它与毗喃(Pyran)相似。 二0 H H R-C +品bRR 9 -C-OR OH OH 醛 半旺 半缩醛 OH C-OH CH.OH HO C-OH H OH H OH HO 0 CH,OH OH H OH aD-毗响萄萄糖 (环式) 内的半 缩酮。形成的糖环称为呋喇糖(u se), (furan)相似。 149
149 C C C C OH OH HO H H H H CH2OH CH2OH O C C C C C OH OH HO OH O H H H H H CH2OH D-葡萄糖 D-果糖 （醛糖） （酮糖） 葡萄糖和果糖在溶液中的主要形式并不是开链式结构，而是环式结构。因为，一般说 来，醛会和醇反应形成半缩醛（hemiacetal），因此葡萄糖中的 C1的醛基与 C5 的羟基反应， 形成分子内的半缩醛，形成的糖环称为吡喃糖（pyranose），因为它与吡喃（pyran）相似。 D-吡喃葡萄糖 α-D-吡喃葡萄糖 (开链式) (环式) *)同样，酮也能与醇反应形成半缩酮。果糖分子上的 C2酮基与 C5羟基反应，形成分子 内的半缩酮。形成的糖环称为呋喃糖（furanose），因为它与呋喃（furan）相似。 C O H R + H O R ' C H O H R OR ' 醛 醇 半 缩 醛
半 CH,OH HOCH OH CH,OH HO- -H= H-COH H-C-OH 一D果 a-D-呋响果糖（开环式） aD-呋喃果糖（环式） 可以 中是在不钠边另形是付精萄 B表示C上 的基在环不面的 上边。果糖的环式结构也有同样的情况，只不过ā和B指的是连在C2上的羟基。 150
150 ) α-D-呋喃果糖 (开环式) 葡萄糖环化时产生出另一个不对称中心，即 C1，它是开链式中的羰基碳原子，在环式 中变成了一个不对称中心，可以形成两种环式结构：一种是α-D-吡喃葡萄糖，α表示 C1 上的羟基是在环平面的下边。另一种是β-D-吡喃葡萄糖，β表示 C1上的羟基在环平面的 上边。果糖的环式结构也有同样的情况，只不过α和β指的是连在 C2 上的羟基。 α-D-呋喃果糖 (环式)
八期 8星登群 理野款好手 隆月 喜香具月 保季喜季夏 151
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二、双糖 生物体中的双糖(disaccharides)有多种，最普遍的如植物中的蔗糖、麦芽糖，乳中 的乳糖整 蔗糖(sucrose)即普通的食糖，蔗糖中的葡萄糖残基和果糖残基通过al,4糖苷键连 接，所以，蔗糖没有还原性的末端基团，是一种非还原性糖。 CHOH H OH OH H 糖 麦芽糖(maltose)是淀粉水解的产物，它是由两分子葡萄糖通过a-l,4糖苷键连接而 成的糖。麦芽糖还保留一个游离的半缩醛羟基，所以是一种还原糖。 CHOH CH.OH H OH H OH 麦糖 佳仙》是乳中的双由分子乳和一分子秋。乳具右还 CH,OH H OH HA H OH H OH 乳糖 三、多糖 多糖(o是由20个到上万个单糖组成的大分子。各种生物体都含有多 是由葡萄糖通过a14糖苷键连接组成的，是不分支类型的淀粉 链淀粉中除有。 1,4-糖苷健外，还有a-1,6-糖苷键，大约每间隔30个a-1,4糖苷健就有一个a-1,6糖苷健， 所以是分支类型的淀粉。 152
152 二、双糖 生物体中的双糖（disaccharides）有多种，最普遍的如植物中的蔗糖、麦芽糖，乳中 的乳糖等。 蔗糖（sucrose）即普通的食糖，蔗糖中的葡萄糖残基和果糖残基通过α-1,4-糖苷键连 接，所以，蔗糖没有还原性的末端基团，是一种非还原性糖。 蔗糖 麦芽糖（maltose）是淀粉水解的产物，它是由两分子葡萄糖通过α-1,4-糖苷键连接而 成的糖。麦芽糖还保留一个游离的半缩醛羟基，所以是一种还原糖。 乳糖（lactose）是乳中的双糖，由一分子半乳糖和一分子葡萄糖组成。乳糖也具有还原 性。 三、多糖 多糖（polysaccharides）是由 20 个到上万个单糖组成的大分子。各种生物体都含有多 糖，最普遍的如淀粉、糖原和纤维素等都具有重要的生物学功能。 淀粉（starch）是植物中普遍存在的储藏多糖，它是植物体内养分的库存。淀粉有两 种结构形式，一种是直链淀粉（amylose），另一种是支链淀粉（amylopectin）。直链淀粉 是由α-葡萄糖通过α-1,4-糖苷键连接组成的，是不分支类型的淀粉。支链淀粉中除有α -1,4-糖苷键外，还有α-1,6-糖苷键，大约每间隔 30 个α-1,4-糖苷键就有一个α-1,6-糖苷键， 所以是分支类型的淀粉