1.淀粉的水解 催化淀粉水解的酶称为淀粉酶( amylase)它又可分两种:一种称为a-1,4-葡聚糖水解 酶,又称为a·淀粉酶a- amylase),是一种内淀粉酶( endoamy-lase),能以一种无规则的方 式水解直链淀粉( amylose)内部的键,生成葡萄糖与麦芽糖的混合物,如果底物是支链淀粉 ( amylopectin),则水解产物中含有支链和非支链的寡聚糖类的混合物,其中存在a4,6键。 第二种水解酶称为α-14-葡聚糖基麦芽糖基水解酶,又称为β-淀粉酶,是一种外淀粉酶 ( exoamylase),它作用于多糖的非还原性末端而生成麦芽糖,所以当β-淀粉酶作用于直链 淀粉时能生成定量的麦芽糖。当底物为分支的支链淀粉或糖元时,则生成的产物为麦芽糖 和多分枝糊精,因为此酶仅能作用于α-14键而不能作用于α-4,6键。淀粉酶在动物、植物 及微生物中均存在。在动物中主要在消化液(唾液及胰液)中存在。图6-2为α-淀粉酶及β 淀粉酶水解支链淀粉的示意图。 图6-2α-淀粉酶及β-淀粉酶对支链淀粉的水解作用 必淀粉酶仅在发芽的种子c00ooe∈ 存在,如大麦发芽后,则a 淀粉酶及β-淀粉酶均有存在。在 pH值3.3时,a-淀粉酶就被破 坏,但它能耐高温,温度高达 (释放8个1磷酸葡萄糖) 70℃(约15min)仍稳定。而β 淀粉酶主要存在于休眠的种子 中,在70℃高温时容易破坏,但 对酸比较稳定,在pH值33时 仍不被破坏,所以利用高温或调 转移酶 节pH值的方法可以将这两种淀 粉酶分开。这两种淀粉酶现在都 能制成结晶。a淀粉酶和β淀 ●●●● 粉酶中的a与B,并非表示其作 e自自●●h 自自自 图6-3糖原降解步骤
155 1．淀粉的水解 催化淀粉水解的酶称为淀粉酶（amylase）它又可分两种：一种称为α-1,4-葡聚糖水解 酶，又称为α-淀粉酶(α-amylase)，是一种内淀粉酶(endoamy-lase)，能以一种无规则的方 式水解直链淀粉(amylose)内部的键，生成葡萄糖与麦芽糖的混合物，如果底物是支链淀粉 (amylopectin)，则水解产物中含有支链和非支链的寡聚糖类的混合物，其中存在α-l,6键。 第二种水解酶称为 α-1,4-葡聚糖基-麦芽糖基水解酶，又称为β-淀粉酶，是一种外淀粉酶 (exoamylase)，它作用于多糖的非还原性末端而生成麦芽糖，所以当β-淀粉酶作用于直链 淀粉时能生成定量的麦芽糖。当底物为分支的支链淀粉或糖元时，则生成的产物为麦芽糖 和多分枝糊精，因为此酶仅能作用于α-l,4 键而不能作用于α-l,6键。淀粉酶在动物、植物 及微生物中均存在。在动物中主要在消化液(唾液及胰液)中存在。图 6-2 为α-淀粉酶及β- 淀粉酶水解支链淀粉的示意图。 图 6-2 α-淀粉酶及β-淀粉酶对支链淀粉的水解作用 α-淀粉酶仅在发芽的种子 中存在，如大麦发芽后，则α- 淀粉酶及β-淀粉酶均有存在。在 pH 值 3.3 时，α-淀粉酶就被破 坏，但它能耐高温，温度高达 70℃(约 15 min)仍稳定 。而β- 淀粉酶主要存在于休眠的种子 中，在 70℃高温时容易破坏，但 对酸比较稳定，在 pH 值 3.3 时 仍不被破坏，所以利用高温或调 节 pH 值的方法可以将这两种淀 粉酶分开。这两种淀粉酶现在都 能制成结晶。α-淀粉酶和β-淀 粉酶中的α与β，并非表示其作 图 6-3 糖原降解步骤
用于α或β糖苷键,而只是用来标明两种不同的水解淀粉的酶。由于α-淀粉酶和β-淀粉 酶只能水解淀粉的α-1,4键,因此只能使支链淀粉水解54%~55%,剩下的分支组成了一 个淀粉酶不能作用的糊精,称为极限糊精。 极限糊精中的α-16键可被R酶水解,R酶又称脱支酶,脱支酶仅能分解支链淀粉外 围的分支,不能分解支链淀粉内部的分支,只有与α、β-淀粉酶共同作用才能将支链淀粉 完全降解,生成麦芽糖和葡萄糖。麦芽糖被麦芽糖酶水解生成葡萄糖,进一步被植物利用 2.淀粉的磷酸解 ωα-L4键的降解淀粉的磷酸解是在淀粉磷酸化酶的催化下,用磷酸代替水,将淀 粉降解生成μ-磷酸葡萄糖的作用。 淀粉磷酸解的好处是:生成的产物μ磷酸葡萄糖不能扩散到细胞外,可直接进λ糖酵 解途径,节省了能量:而淀粉的水解产物葡萄糖,能进行扩散,但还必须经过磷酸化消耗 一个ATP才能进入糖酵解途径 淀粉磷酸解步骤可表示如下: 淀粉 淀粉磷酸化酶 1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖 ↓6-磷酸葡萄糖脂酶 葡萄糖十Pi (2)α,6支链的降解α-淀粉酶、β-淀粉酶和淀粉磷酸化酶只能水解淀粉(或糖原)的 1,4键,不能水解α-1,6键。由图6-3可见,磷酸化酶将一个分支上的5个α-,4糖苷键 和另一个分支上的3个α-,4糖苷键水解,至末端残基a和d处即停止,此时需要一个转 移酶,将一个分支上的3个糖残基(ab)转移到另一个分支上,在糖残基c与d之间形成 个新的a-1,4键,然后在a-16糖苷酶的作用下,水解z与h之间的a-1,6糖苷键,从而将 个具有分支结构的糖原转变成为线型的直链结构,后者可被磷酸化酶继续分解。因此, 淀粉(或糖原)降解生成葡萄糖是几种酶相互配合进行催化反应的结果 三、细胞壁多糖的酶促降解 1.纤维素的降解 纤维素酶可使纤维素分子的β-1,4键发生水解,生成纤维二糖,在纤维二糖酶的作用 下,最后分解为β-葡萄糖,反应过程如下: 纤维素酶 纤维素 纤维二糖维三时的B-葡萄糖 纤维素的分解在高等植物体内很少发生,只是在少数发芽的种子及其幼苗(如大麦、菠 菜、玉米等)内发现有纤维素酶的分解作用。但在许多微生物体内(如细菌、霉菌)都含有分 解纤维素的酶
156 用于α或β糖苷键，而只是用来标明两种不同的水解淀粉的酶。由于α-淀粉酶和β-淀粉 酶只能水解淀粉的α-1,4键，因此只能使支链淀粉水解 54％～55％，剩下的分支组成了一 个淀粉酶不能作用的糊精，称为极限糊精。 极限糊精中的α-1,6 键可被 R 酶水解，R 酶又称脱支酶，脱支酶仅能分解支链淀粉外 围的分支，不能分解支链淀粉内部的分支，只有与α、β-淀粉酶共同作用才能将支链淀粉 完全降解，生成麦芽糖和葡萄糖。麦芽糖被麦芽糖酶水解生成葡萄糖，进一步被植物利用。 2．淀粉的磷酸解 (l)α-l,4 键的降解 淀粉的磷酸解是在淀粉磷酸化酶的催化下，用磷酸代替水，将淀 粉降解生成 l-磷酸葡萄糖的作用。 淀粉磷酸解的好处是：生成的产物 l-磷酸葡萄糖不能扩散到细胞外，可直接进入糖酵 解途径，节省了能量；而淀粉的水解产物葡萄糖，能进行扩散，但还必须经过磷酸化消耗 一个 ATP 才能进入糖酵解途径。 淀粉磷酸解步骤可表示如下： 淀粉 ↓淀粉磷酸化酶 1-磷酸葡萄糖 ↓磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖 ↓6-磷酸葡萄糖脂酶 葡萄糖＋Pi (2)α-l,6支链的降解 α-淀粉酶、β-淀粉酶和淀粉磷酸化酶只能水解淀粉(或糖原)的 α-1,4 键，不能水解α-1,6键。由图 6-3 可见，磷酸化酶将一个分支上的 5 个α-l,4糖苷键 和另一个分支上的 3 个α-l,4 糖苷键水解，至末端残基 a 和 d 处即停止，此时需要一个转 移酶，将一个分支上的 3 个糖残基(abc)转移到另一个分支上，在糖残基 c 与 d 之间形成一 个新的α-1,4 键，然后在α-l,6 糖苷酶的作用下，水解 z 与 h 之间的α-1,6 糖苷键，从而将 一个具有分支结构的糖原转变成为线型的直链结构，后者可被磷酸化酶继续分解。因此， 淀粉(或糖原)降解生成葡萄糖是几种酶相互配合进行催化反应的结果。 三、细胞壁多糖的酶促降解 1．纤维素的降解 纤维素酶可使纤维素分子的β-1,4 键发生水解，生成纤维二糖，在纤维二糖酶的作用 下，最后分解为β-葡萄糖，反应过程如下： 纤维素 纤维素酶 纤维二糖 纤维二糖酶 β-葡萄糖 纤维素的分解在高等植物体内很少发生，只是在少数发芽的种子及其幼苗(如大麦、菠 菜、玉米等)内发现有纤维素酶的分解作用。但在许多微生物体内(如细菌、霉菌)都含有分 解纤维素的酶