生物化学的中心内容

第六章 糖代谢 carbohydrate metabolism 生物化学的中心内容。6.1.概述 广泛存在，按干重计占植物的8590，细菌的1030，动物的小于2，虽不多，但所需能量主要来自糖类。6.1.1.糖的种类 大多数糖的通式为（CH2O）或（CH2O）n，故称碳水化合物。6.1.1.1.单糖monosaccharide单糖：不能被水解为更小分子的糖。1.丙糖 D-甘油醛和二羟丙酮，其磷酸酯是糖酵解中的重要中间物。2.丁糖 D-赤藓糖和D-赤藓酮糖，见于藻类、地衣等低等植物，赤藓糖4-磷酸是戊糖磷酸途径和光合作用固定CO2的重要中间物。3.戊糖 .D-核糖和2-脱氧-D-核糖，分别是RNA和DNA的组成成分。D-核糖-5-磷酸也是戊糖磷酸途径和Calvin循环的中间物。.D-木糖，多以戊聚糖形式存在于植物和细菌的细胞壁，是树胶和半纤维素的组分。.L-阿拉伯糖，也称果胶糖，广泛存在于植物和细菌的细胞壁及树皮创伤处的分泌物中，是果胶物质、半纤维素、树胶和植物糖蛋白的重要成分。.D-核酮糖和D-木酮糖存在于很多植物和动物细胞中，其5-磷酸酯参与戊糖磷酸途径和Calvin循环。4.己糖.D-葡萄糖，也称右旋糖（dextrose），组成血糖，是人和动物代谢的重要能源，是植物中淀粉和纤维素等的构件分子。.D-半乳糖，是乳糖、蜜二糖、棉子糖、某些糖苷、脑苷脂和神经节苷脂的组分，主要以半乳聚糖形式存在于植物细胞壁。在少数植物的果实有游离D-半乳糖，常在果实的表面析出半乳糖结晶。.L-半乳糖，作为构件分子之一存在于琼脂和其他多糖分子中。.D-甘露糖，主要以甘露聚糖存在于植物细胞壁。.D-果糖，也称左旋糖，自然界最丰富的酮糖。.L-山梨糖，容易获取，存在于被细菌发酵过的山梨果汁中，可作糖尿病人的甜味剂。5.庚糖和辛糖 天然庚糖和辛糖发现不多，功能了解少。.D-景天庚酮糖，也称阿卓庚酮糖，大量存在景天科植物中，其7-磷酸酯是戊糖磷酸途径和Calvin循环中的重要中间物。.D-甘露庚酮糖，鳄梨果实含量丰。还原生成D-鳄梨醇，尚不清楚其生物学作用。.L-甘油-D-甘露庚糖，存在于沙门氏杆菌细胞壁外层的脂多糖结构中。.D-甘油-D-甘露辛酮糖，也存在于鳄梨的果实中，其功能尚不清楚。6.1.1.2.寡糖寡糖oligosaccharide 多是二至六糖，庚糖及其以上的寡糖少见。1.蔗糖sucrose 俗称食糖，广泛存在于光合植物中，由甘蔗，甜菜和糖枫提取。转化糖：蔗糖水解混合液，比旋由正值变为负值。此酶称转化酶或-呋喃果糖苷酶。该过程称转化。蔗糖热到200左右，变成棕褐色的焦糖，是无定形多孔性固体物，有苦味，食品上用作酱油、饮料、糖果和面包等的着色剂。蔗糖甜度规定为100，作其它物质甜度的标准。2.乳糖lactose 存在于哺乳类乳汁中，含量约5。乳糖有还原性，变旋现象。溶解度（17g/100ml冷水，40g/100ml热水）比蔗糖小，结晶时以乳糖或乳糖存在，乳糖比乳糖易溶于水，甜度稍大，乳糖可以从冰淇淋中结晶析出（当长时间储存时），使冰淇淋成“沙质”结构。乳糖不被一般酵母发酵。3.麦芽糖maltose 麦芽糖主要是淀粉和其他葡聚糖的酶促降解产物，饴糖的主要成分。通常得到型麦芽糖，溶解度为108g/100ml，25C；甜度为蔗糖的1/3。食品中麦芽糖作膨松剂，防止烘烤食品干瘪，以及用作冷冻食品的填充剂和稳定剂。4.,-海藻糖trehalose 又称海藻糖，从卷柏 中提取，广泛分布于藻类、真菌、地衣和节肢动物中。在蕨类中代替蔗糖为主要的可溶性储存糖类，昆虫中作主要血循环糖。5.纤维二糖cellobiose 属1,4-糖苷键的葡二糖，不能被人体消化和酵母发酵，是纤维素的二糖单位。6.龙胆二糖gentionbiose 主要作糖苷，如苦杏仁苷、藏（红）花素的糖基部分。有还原性和变旋现象；晶体分型和型。微溶于水。7.三糖 棉子糖广泛分布于高等植物，水解产生葡萄糖、果糖和半乳糖各1分子，是非还原糖。龙胆糖：水解产生两分子葡萄糖和一分子果糖，作贮存糖存在于龙胆属植物中。龙胆三糖：水解后全为葡萄糖，作糖基存在于糖苷中。松三糖：水解后为两分子葡萄糖和一分子果糖，许多植物存在，特别是松科和椴树科的分泌物中。8.四糖、五糖和六糖 水苏糖：棉子糖上加一个半乳糖，植物广泛存在。蔗糖和棉子糖的低级同系物在植物的冷适应中起重要作用，如在裸子植物中棉子糖的贮存超过蔗糖。9.环糊精 芽孢杆菌属的某些种的环糊精转葡糖基转移酶作用于淀粉生成。环糊精也称Schardinger糊精或环直链淀粉，由6、7或8个葡萄糖单位通过、-糖苷键连接而成，分别称、-环糊精或环六、环七和环八直链淀粉。环糊精使食品的色、香、味得到保存和改善，医药、食品、化妆品等被广泛用作稳定剂、抗氧化剂、抗光解剂、乳化剂和增溶剂等。-环糊精被用于层析分离和光谱学测定，-环糊精与丹磺酰氯形成水溶性的笼形物用于蛋白质的荧光标记。和环糊精能使某些化学反应加速，具催化功能，是研究模拟酶的材料。6.1.1.3.多糖多糖polysaccharide 20个以上的单糖分子的糖，有同多糖和杂多糖。分子质量从3万到4亿。大多不溶于水，酸或碱能使其可溶，但分子降解，故纯化很难，纯化产物不均一。1.淀粉starch 植物生长期间以淀粉粒形式贮于细胞，种子、块茎和块根等器官中含量丰富。直链淀粉：用微溶于水的醇如正丁醇饱和淀粉胶悬液时形成微晶沉淀。支链淀粉：向母液中加入与水混溶的醇如甲醇所得的无定形物质。多数淀粉所含的直链淀粉与支链淀粉的比例为（2025）/（7580）。某些谷物如蜡质玉米（waxy corn）和糯米等几乎只含支链淀粉，皱缩豌豆中直链淀粉含量高达98。直链淀粉：少量溶于热水，放置时重新析出淀粉晶体，在天然淀粉溶液中支链淀粉是直链淀粉的保护胶体。Mr为11052106（60012000个葡萄糖）。遇碘呈蓝色 支链淀粉：易溶于水，形成稳定的胶体，静置时溶液不出现沉淀，平均Mr为11066106（600037000残基）。约每2430单位1个分支，线形链段-1,4连接，分支点处还存在-1,6连接。遇碘呈紫色到紫红色，作贮存分子。糊精：淀粉在酸或淀粉酶作用下逐步降解生成的分子大小不一的中间物。依分子质量的递减，与碘作用呈现由蓝紫色、紫色、红色到无色，2.糖原glycogen 又称动物淀粉，以颗粒（直径1040 nm）存在于动物细胞的胞液内。糖原主要在肝脏和骨骼肌，其含量分别约占湿重的5和1.5，但骨骼肌的糖原贮量比肝脏多，因为一个平均70 k8体重的男子约有30 kg骨骼肌（约450g糖原），但只有1.6 kg肝（约80g糖原），贮存的糖原作能源可供机体12小时的需要。糖原是人和动物肌肉剧烈运动时最易动用的葡萄糖贮库。糖原是葡萄糖的高效能的贮存形式。糖原降解产生G-1-Pi，进一步分解不消耗ATP。糖原分子90降解为G-1-Pi，其余10被水解成为葡萄糖。糖原分子与被水解下的葡萄糖分子转变为G-6-Pi需消耗1分子ATP。若贮存一个G-6-Pi也只消耗约1分子ATP稍多的能量。因此将葡萄糖转变为贮存形式的糖原其效益是很高的。与贮存脂肪相比，糖原贮存的原因可能是 A.动员迅速；B.可在无氧条件下进行分解；C.维持血糖的正常水平。3.纤维素cellulose 最丰富的有机物，占植物界碳素的50以上，细胞壁的主要成分。海洋无脊椎动物的被囊类外套膜中含相当多的纤维素，但在动物进化中纤维素不作为结构物质。纤维素不溶于水及其他溶剂，原料中含多种与之结合紧密的成分，纯化难。Mr为（12）106。人和哺乳类缺乏纤维素酶，某些反刍动物有肠道内共生的能产生纤维素酶的细菌，因而能消化纤维素。白蚁依赖于消化道中的原生动物。工业上主要纺织和造纸，改型纤维素用途广。4.壳多糖chitin 也称几丁质，是N-乙酰-D-葡糖胺的同聚物，Mr达数百万。结构与纤维素极相似，只是每个残基的C2上羟基被乙酰化的氨基所取代。主要在无脊椎动物存在，如昆虫、蟹虾、螺蚌等，也是很多节肢动物和软体动物外骨骼的主要结构物质，在壳多糖基质上发展了外骨骼。脊椎动物在进化过程中在胶原蛋白基质上发展了内骨骼。壳多糖去乙酰化形成聚葡糖胺或称脱乙酰壳多糖，因其阳离子性质和无毒，被广泛地应用于水和饮料处理、化妆、制药、医学、农业（种子包衣）以及食品、饲料加工。5.果胶物质pectic substance 主要在植物的初生细胞壁和细胞之间的中层内，是细胞壁的基质多糖。在浆果、果实和茎中最丰富。果胶物质：聚半乳糖醛酸、聚鼠李半乳糖醛酸和中性的阿拉伯聚糖、半乳聚糖-阿拉伯半乳聚糖多糖。每种多糖的侧链中残基的数目、种类、连接方式和其他取代基存在的情况随来源、组织和发育阶段的不同而不同。果胶pectin：羧基不同程度被甲酯化的线形聚半乳糖醛酸或聚鼠李半乳糖醛酸。果胶酸pectic acid：，完全去甲酯化的果胶。果胶酯酸pectinic acid：羧基大部分被甲酯化的果胶（甲酯化程度45，又称为高甲氧基果胶）。原果胶protopectin：提取前存在于植物中与纤维素和半纤维素等结合的水不溶性的果胶物质。原果胶受植物体内聚半乳糖醛酸酶也称果胶酶的作用或提取过程中经稀酸处理，则转变为水溶性的果胶。果胶酶参与果实成熟期特别是采后成熟过程中果实组织的软化。果胶经果胶酯酶的去甲酯化转变为无粘性的果胶酸。果胶的Mr一般为2500050000，是亲水胶体，在适当的酸度(pH3)和糖浓度（6065蔗糖）条件下形成凝胶。糖使高度水化的果胶脱水，酸消除果胶分子的负电荷。在糖果和食品中用作胶凝剂。6.半纤维素hemicellulose 为碱溶性的植物细胞壁多糖，即除去果胶物质后的残留物能被15NaOH提取的多糖。它们大多有侧链，50400个残基，大量存在于木质化部分，如木材中占干重的1525，秸秆中占2545。7.琼脂agar 琼脂：由琼脂糖和琼脂胶组成。石花莱等的热提取液冷却形成凝胶，凝胶冰冻并融化产生沉淀，滤出沉淀，干燥至含水量约为35使成透明薄片，即琼脂。琼脂糖：由D-吡喃半乳糖和3,6-脱水-L-吡喃半乳糖两个单位交替组成的线性链。D-半乳糖以取向与3,6-脱水-L-半乳糖的C4位相连，后一单位以-取向与D-半乳糖单位的C3位相连。琼脂胶：琼脂糖的单糖残基不同程度地被硫酸基、甲氧基、丙酮酸等所取代。其实琼脂糖只是被这些基团取代最少的琼脂组分。琼脂这一概念应理解为多种具有相同主链但不同程度被荷负电基团取代的多糖混合物。6.1.1.4.糖蛋白glycoprotein 是复合糖或结合蛋白质，糖链作为结合蛋白质的辅基。不多于15个单糖，为寡糖链或聚糖链。1.糖蛋白的存在和含糖量 含糖量变化大，糖成分占糖蛋白重量的180，如胶原蛋白的含糖量不到1；IgG低于4；核糖核酸酶B为8；胎球蛋白（fetuin）为20；血清-酸性糖蛋白约38；领下腺粘蛋白为约50；人红细胞膜的血型糖蛋白（glycophorin）为60；人卵泡囊糖蛋白为70；胃粘蛋白为82。2.糖链结构的多样性 糖蛋白和糖脂中的糖链序列多变，结构信息丰富超过核酸和蛋白质。两个单糖结合的糖苷键因为碳位置的不同，比核酸的3,5-磷酸二酯键和蛋白质的肽键的组合多许多。糖还有L和D型之分，糖苷键有和类型，这都使糖链的组合数量很多。3.糖肽连键的类型 糖肽键glycopeptide linkage：寡糖链的还原端与多肽链的氨基酸以多种形式共价连接形成的连键。N-糖肽键：-构型的N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）异头碳与天冬酰胺的-酰胺N原子共价连接而成的N-糖苷键。广泛存在。O-糖肽键：单糖的异头碳与羟基氨基酸的羟基O原子共价结合而成的O-糖苷键。4.糖链的生物学功能 用内切、外切糖苷酶和糖链合成抑制剂，DNA定点突变和糖基转移酶基因工程技术，对糖链功能进行了广泛研究。.糖链在糖蛋白新生肽链折叠和缔合中的作用 糖蛋白N-糖链参与新生肽链的折叠，维持蛋白质的正确构象。如用基因定点突变获得的去糖基化1-抗胰蛋白酶不能折叠成正确的构象。寡聚蛋白质亚基结合时糖链可能维持亚基的正确构象，亚基间通过糖链相互识别而结合。.糖链影响糖蛋白的分泌和稳定性 糖链与糖蛋白分泌出细胞有关系。去N-糖链的Ig不能到胞外而留在内质网中。在基因工程中，真核细胞中表达的糖蛋白因含糖链而不聚集，故能分泌到胞外，在缺乏糖基化机构的原核细胞中表达的产物则常在细胞内聚集成包含体。糖蛋白分子表面的极性糖链有助于蛋白质的溶解。蛋白质的构象和稳定性也受O-糖链的影响。例如低密度脂蛋白受体（LDL受体）正常情况下约含30条O-糖链。在缺失O-糖链合成的培养细胞中形成的LDL受体虽能正常转运至质膜，但易被细胞表面的蛋白酶降解并释放到胞外。5.糖链参与分子识别和细胞识别.有关的概念.分子识别molecular recognition和细胞识别 分子识别：生物分子的选择性相互作用，必需A.两分子的结合部位的结构互补；B.两个结合部位有相应的基团产生足够的作用力，使两个分子结合在一起。细胞识别：细胞表面的分子识别。.受体与配体 分子识别为受体与配体的相互作用。受体：位于细胞膜、细胞质或细胞核中能与来自胞外的生物活性分子(信号分子)专一结合并将其带来的信息传递给效应器（如离子通道、酶等），引起相应生物学效应的生物大分子。配体：被受体识别并结合的生物活性分子。如激素、神经递质，细胞粘着分子等内源性配体和药物、毒素、抗原和病原体等外源性配体。受体和配体有时很难分，特别是在细胞细胞识别中。相互识别几乎总有糖链的参与。.糖链与血浆中老蛋白的清除 唾液酸糖蛋白：血清中含以唾液酸残基为末端的N-糖链的糖蛋白。如免疫球蛋白，蛋白质激素，载体蛋白等。衰老蛋白：唾液酸糖蛋白被血管壁上的唾液酸酶（也称神经氨酸酶）切除唾液酸，暴露半乳糖残基后的蛋白质。清除：去唾液酸的糖蛋白很快被肝细胞膜上的去唾液酸糖蛋白受体（半乳糖结合受体）识别，通过胞吞被肝细胞内化，在溶酶体内被降解。循环越久，Sia除去越多，Gal暴露越多，最终被肝细胞受体结合。糖链或唾液酸是衰老蛋白的定时器。.糖链与精卵识别 哺乳动物卵子外面的透明带（zone pellucida，ZP）是糖蛋白，由ZP-l、ZP-2和ZP-3三种糖蛋白组成，连在ZP-3上的O-GalNAc糖链能被精子表面上的凝集素受体识别（物种特异性）。O-GalNAc糖链的非还原端是一个-连接的半乳糖残基，它可能在精卵识别中起关键作用。精卵结合引发精子头部的顶体释放蛋白酶和透明质酸酶使透明带水解、精卵质膜融合、精子核进入卵内。.糖链与细胞粘着celladhesion 细胞粘着：多细胞生物中细胞有相互识别而聚集成细胞群的现象。胞外基质extracellular matrix，ECM：细胞群或组织中细胞与细胞间充满的糖蛋白（胶原蛋白、纤连蛋白、层粘蛋白）、蛋白聚糖、透明质酸等的总称。细胞粘着分子cell adhesion molecule，CAM：细胞-ECM粘着通过的膜内在蛋白质的总称。包括整联蛋白（integrin），钙粘着蛋白（cadherin），免疫球蛋白超家族（lgsuperfamily），血管地址素（vescular addressin），选择蛋白（selectin）等。绝大多数CAM含N-糖链。归巢homing：在血液中循环的淋巴细胞倾向于回到产生它们的淋巴细胞部位的现象。由淋巴细胞表面上的归巢受体（1-选择蛋白）和例如淋巴结高内皮微静脉（high endothelial venule，HEV）衬细胞上的糖链配体（血管地址素）之间的相互作用介导的。血管地址素是有组织特异性的粘着分子，不同的淋巴细胞群含识别不同血管地址素的归巢受体，因此被导向（归巢）至特定的淋巴器官。如B淋巴细胞主要归巢到粘膜缔合淋巴组织。而T淋巴细胞归巢到淋巴结。研究表明，肿瘤细胞的转移和归巢（转移至靶组织）都与CAM及其介导的粘着行为的改变有关。6.糖链与糖蛋白的生物活性 包括某些酶和激素以及抗体。.糖链与酶活性 糖链在酶的新生肽链折叠、转运和保护等方面普遍起作用，但与成熟酶活性的关系因酶而异。.糖链与激素活性 糖蛋白激素主要有腺垂体促激素类包括FSH（促卵泡激素），LH（促黄体生成激素）和TSH（促甲状腺激素）以及胎盘绒毛膜促性腺激素和肾脏红细胞生成素（erythropoietin，EPO）等。.糖链与IgG活性 每分子IgG平均含糖链约3条，其中两条在Fc段每条重链的Asn 297位，其余位于Fab段的高变异区的Asn-X-Ser/Thr位点。几乎全部N-糖链都是复杂型，IgG的N-糖链缺失外链Gal（这种糖链称G0糖链）后，可成为自身抗原，被免疫系统识别产生自身抗体。后者能与带有G0糖链的IgG生成免疫复合体，沉积于关节腔内，引起炎症。这种免疫复合体是由带G0糖链的IgGFc段（作为抗原）和带末端Sia的IgG（作为抗体）Fab段结合而成，实际上是IgG的自身聚合物。类风湿性关节炎、红斑狼疮等都是一种与IgG的糖链结构改变有关的自身免疫病。7.血型物质 人红细胞表面发现了多是寡糖的100多种血型决定簇，属20多个独立的血型系统。研究最多的ABO和与之关系密切的Lewis血型，其次是Rh血型。在ABO血型系统中，凝集原的决定簇是寡糖，它在鞘糖脂中通过乳糖基与神经酰胺（Cer）Cl位上的羟基相连，糖蛋白中存在于O-糖链、血型糖蛋白的N-糖链和含有多聚N-乙酰乳糖胺结构的N-糖链。血清中含同种红细胞凝集素，是凝集原的抗体，一般为IgM类。人ABO血型的抗原系统是ABH，支配H抗原的基因称H基因，位于第19对染色体。H基因编码-1,2-L-岩藻糖基转移酶，此酶催化L-岩藻糖以-1,2连键与血型前体糖链非还原端Gal残基连接，使前体转变为H物质。前体糖链连在蛋白质或脂质上，非还原端为N-乙酰乳糖胺基（GalGIcNAc）的寡糖链。二糖基N-乙酰乳糖胺是ABH和Lewis抗原决定簇中共有的结构。根据此二糖基中的连键位置不同，前体物质被分为型（3）和型（4）。人ABH抗原可由型和型衍生而来，支配ABO血型的基因位于第9对染色体。8.凝集素lectin 凝集素：广泛存在于动、植物和微生物中的一类非抗体的蛋白质或糖蛋白，它能与糖类专一地非共价结合，凝集细胞、沉淀聚糖和复合糖。凝集素含糖类识别域（carbohydrate recognition domain，CRD），能与糖类发生专一结合。按来源可分为动物的、植物的和微生物的凝集素三大类；按单糖结合专一性可分为对Man/Glc、GlcNAc、Gal、GalNAc、l-Fuc或Sia专一的若干类。微生物对宿主的感染由凝集素介导。细菌凝集素能识别宿主细胞表面上糖蛋白或糖脂的寡糖链，位于细菌的菌毛上。凝集素介导的细菌与靶细胞的粘着有物种和器官的专一性。感染上呼吸道的多是链球菌，感染尿路的主要是大肠杆菌。淋病奈瑟球菌只感染人的生殖器和口腔粘膜。动物凝集素大致可分为钙（Ca2+）依赖的C型，巯基依赖的S型及其他。C型凝集素含有一个由约130个氨基酸残基组成的糖类识别域（CRD），此CRD中有18个残基是不变的，其他残基也相当保守，C型凝集素的主要功能可能是通过与糖结合参与体内细胞与细胞、细胞与分子以及分子与分子的粘着、产生一系列生物学效应如免疫应答，炎症反应，肿瘤转移等。选择蛋白家族selectin family：C型中一类与各类白细胞的粘着密切有关的凝集素。此家族中已知有L、E、P三种选择蛋白。L-选择蛋白（LAM-l）存在于淋巴细胞及其他白细胞，E-选择蛋白（ELAM-1）存在于内皮细胞，P-选择蛋白（PADGEM）存在于血小板及内皮细胞。这三种选择蛋白都由5个不同的结构域组成。在多肽链的N端是糖类识别域；紧接着的是表皮生长因子域，与糖结合活性有关；其次是补体调节域，由多个约含60个残基的补体调节蛋白组成，不同的选择蛋白中补体调节蛋白的数目不一样，此结构域的作用尚不清楚；最后是跨膜域和胞质侧的C-末端域。L-选择蛋白的主要作用是淋巴细胞归巢，也称归巢受体。E-选择蛋白是在内皮细胞受到白细胞介素-l及其他炎症细胞因子激活后的数小时内瞬时合成。并转运到细胞表面，在这里它粘着那些沿血管内壁滚动的嗜中性粒细胞及其他白细胞，并把它们外渗到损伤部位。E-选择蛋白还可能参与其他过程如癌细胞扩散。P-选择蛋白的功能与E-选择蛋白相似，也参与白细胞在内皮细胞的粘着，与炎症、肿瘤转移有关，存在于血小板表面的P-选择蛋白与血小板的激活有关，因而也与血小板的聚集、凝血、乃至血栓形成有关。抗炎、抗血栓药物的设计可从选择蛋白如何识别不同的糖链并与之结合入手。6.1.2.单糖的性质 单糖的性质较多，以下仅介绍与生物化学有关的重要性质。6.1.2.1.物理性质 1.旋光性 几乎所有的单糖及其衍生物都有旋光性，许多单糖在水溶液中发生变旋现象。2.甜度sweetness 甜度非物理特性，是味觉，用蔗糖作为基准，甜度为100或1。糖醇类在体内比其他糖吸收慢，代谢途径不同，不易被口腔细菌利用，是低热量防龋齿的增甜剂。糖精（saccharin，邻苯甲酰磺酰亚胺）、天冬苯丙二肽（aspartame）、蛇菊苷（stevioside，又称蜜叶糖honeyleaf sugar）和应乐果甜蛋白（monellin或甜蛋白）是低热量或无热量的非糖增甜剂，可作为糖尿病、心血管病、肥胖病和高血压患者的医疗食品添加剂。糖精的使用有争议，许多人工合成的增甜剂对哺乳动物有致癌和致畸作用，多数被禁用。天冬苯丙二肽由人工合成，是天然物的衍生物，可能安全，但不宜遗传性苯丙酮尿患者。3.溶解度 单糖有多个羟基，增加了水溶性，除甘油醛微溶于水，其他单糖均易溶于水，特别热水溶解度极大。例如-D-葡萄糖在15100ml水中溶解154g。单糖微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙酮等非极性有机溶剂。6.1.2.2.化学性质 1.异构化（弱碱的作用）稀酸中稳定，碱中发生多种反应，产生不同产物。单糖发生分子重排，通过烯二醇中间物互相转化，称酮-烯醇互变异构。在强碱溶液中单糖发生降解及分子内的氧化和还原反应。2.单糖的氧化.氧化成醛糖酸.氧化成醛糖二酸 较强的氧化剂使醛糖的醛基和伯醇均被氧化成羧基，形成二羧基的醛糖二酸，例葡萄糖被氧化成无光学活性的葡糖二酸。.氧化成糖醛酸 某些醛糖在特定的脱氢酶作用下可以只氧化它的伯醇基而保留醛基，生成糖醛酸，如葡糖醛酸。3.单糖的还原 单糖羰基可被还原成糖醇的多元醇。4.形成糖脎osozone 苯肼使许多还原糖生成含有2个苯腙基（N-NH-C6H5）的衍生物，称为糖的苯脎或脎，即糖脎。糖脎稳定，不溶于水，在热水溶液中以黄色晶体析出，反应停止在脎的阶段，因糖脎分子借氢键形成螯环结构，一旦形成脎立即析出，消除脎进一步反应。不同还原糖生成的脎，晶形与熔点不同，例如葡萄糖脎是黄色细针状，麦芽糖脎是长薄片形，因此成脎反应可鉴别多种还原糖。5.形成糖苷glycoside 环状单糖的半缩醛（或半缩酮）羟基与另一化合物发生缩合形成的缩醛（或缩酮）称为糖苷或苷。糖苷中提供半缩醛羟基的糖称糖基，与之缩合的“非糖”部分称糖苷配基或配基，这两部分之间的连键称糖苷键。糖苷键可通过氧、氮或硫原子连接，也可碳碳相连，其糖苷分别简称为O-苷，N-苷，S-苷或C-苷，常见的是O-苷，其次N-苷（如核苷），S-苷和C-苷少见。糖苷配基若为糖，则形成寡糖和多糖。糖苷对碱溶液稳定，但易被酸水解成原来的糖和配基。6.单糖脱水（无机酸的作用）戊糖与酸共热时脱水生成糠醛即呋喃醛。己糖与酸共热产生5-羟甲糠醛，受热进一步分解成乙酰丙酸、甲酸和暗色的不溶缩合物（腐黑物）。不同的糠醛与多元酚作用产生特有的颜色。可作糖的鉴定。糖类物质脱水并与蒽酮缩合生成蓝绿色复合物，称葸酮反应，常用于总糖量的测定。6.1.3.糖的生理功能 1.作为生物体的结构成分 植物含大量纤维素、半纤维素和果胶物质等，肽聚糖是细菌细胞壁的结构多糖，壳多糖（几丁质）是昆虫和甲壳类外骨骼的成分。2.作为生物体内的主要能源物质 在细胞内通过生物氧化放能，也可作能源贮存物质，如淀粉、糖原等。3.在生物体内转变为其他物质 糖通过中间物合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等，提供碳骨架。4.作为细胞识别的信息分子 糖蛋白在细胞识别、粘着、接触抑制和归巢行为、免疫保护、代谢调控、受精机制、形态发生、发育、癌变、衰老、器官移植等中，与其糖链有关，并因此出现了一门新的糖生物学（glycobiology）。6.1.4.糖的来源和转运 6.1.4.1.消化道吸收 主要是饲料中的淀粉及少量蔗糖、乳糖和麦芽糖等，在消化道转化为葡萄糖等单糖被吸收。6.1.4.2.由非糖物质转化而赖 异生作用：动物由非糖物质合成糖的过程。单胃体内糖的主要来源是由消化道吸收淀粉分解形成的葡萄糖。反刍动物由瘤胃中的微生物发酵纤维素，形成乙酸、丙酸和丁酸等低级脂肪酸后被吸收，再由糖异生作用将吸收的脂肪酸转变为糖供给能量。马、骡、驴、兔等介于猪、牛之间，由消化道吸收一部分葡萄糖，由发达的盲肠发酵纤维素等形成的低级脂肪酸经糖异生作用形成糖。6.1.4.3.动物体内糖的主要代谢途径 由小肠吸收的葡萄糖，经门静脉进入肝脏。通过肝静脉进入血液循环，将糖送到各组织细胞，供全身利用。葡萄糖在细胞内主要分解供能，多余的葡萄糖在肝脏和肌肉合成糖原暂时贮存；或转变成脂肪、某些氨基酸等物质，过多的葡萄糖当超过肾糖阈值时，则由尿排除，呈临时性糖尿。肝脏是糖代谢的重要器官，葡萄糖在此分解供能或转变为其它物质（脂肪及某些氨基酸等）外，还能合成糖原，同时也是体内糖异生作用的主要场所。6.1.4.4.血糖 血糖：血液中所含的葡萄糖。血液中的糖几乎全部是葡萄糖，仅少量葡萄糖磷酸酯、半乳糖、果糖及其磷酸酯。分布于红细胞和血浆。每种动物的血糖不同，但血糖浓度是恒定。人的血糖含量在80120mg%，高于160则是糖尿病，低于6070则是低血糖症。6.2.糖的分解 糖的分解是所有物质分解代谢的中心。6.2.1.糖原的分解 淀粉由各种淀粉酶水解，纤维素由纤维素酶水解，在此仅介绍糖原的降解。糖原的降解要3种酶：糖原磷酸化酶、糖原脱支酶和磷酸葡萄糖变位酶。6.2.1.1.糖原磷酸化酶1.催化糖原非还原性末端磷酸解 该酶从糖原的非还原性末端断下一个葡萄糖，同时又产生新的非还原性末端葡萄糖，故可连续水解末端位置的葡萄糖。2.催化糖原14糖苷键磷酸解 该酶只催化14糖苷键的磷酸解，只能脱下糖原直链部分的葡萄糖。糖原磷酸解的生物学意义：.直接进入糖酵解而不消耗ATP；.葡萄糖-l-磷酸不扩散到细胞外，而葡萄糖则可以扩散而导致损失。6.2.1.2.糖原脱支酶glycogen debranching enzyme 糖原脱支酶的肽链上有两个起不同催化作用的活性部位，或同一肽链上有两种酶：转移葡萄糖残基的糖基转移酶和分解葡萄糖(16)-糖苷键的糖原脱支酶,又称(16)糖苷酶。当磷酸化酶作用停止后，脱支酶的转移G的活性部位将原来极限分支前面以(14)连接的三个G转移到另一个分支的非还原性末端的G上，或转移到糖原的核心链上，形成3个葡萄糖的新(14)糖苷键，同时暴露以(16)糖苷键相连的G。分支点由脱支酶的消除，结果产生一个G和以糖苷键相连的G，磷酸化酶又继续发挥作用。6.2.1.3.磷酸葡萄糖变位酶phosphoglucomutase 葡萄糖-1-磷酸必须转变成葡萄糖-6-磷酸才可进入糖酵解或形成血糖。转移磷酸基团的酶为磷酸葡萄糖变位酶，由561个氨基酸构成的单体酶。磷酸葡萄糖变位酶的活性部位深埋在酶裂缝的底部，其一个丝氨酸上的磷酸在起催化作用时被转移到葡萄糖-1-磷酸的第6位碳原子的羟基上，形成葡萄糖-1,6-二磷酸中间体。随后葡萄糖-1,6-二磷酸C1位的磷酸基团转移给变位酶的丝氨酸，完成催化作用。磷酸葡萄糖变位酶的反应和磷酸甘油酸变位酶的反应机制很相似。6.2.2.糖酵解glycolysis 6.2.2.1.糖酵解概念 糖酵解：葡萄糖分解为丙酮酸的过程。发酵fermentation：厌氧生物（酵母及其它微生物）将葡萄糖分解为乙醇、乙酸和乳酸的过程。6.2.2.2.糖酵解过程 1.葡萄糖-6-磷酸去路 葡萄糖-6-磷酸是糖代谢各途径的一个中心物质，许多代谢途径都在此分界。.糖酵解 葡萄糖-6-磷酸=果糖-6-磷酸 由磷酸葡萄糖异构酶催化，有绝对底物专一性和立体专一性。.形成血糖（肝、肾、肠上皮）G-6-Pi可水解去掉磷酸形成血糖：葡萄糖-6-磷酸+H2O=葡萄糖+磷酸 脱去磷酸的酶一般称为磷酸酶，加上磷酸的酶称磷酸化酶。葡萄糖进入组织器官后，再由激酶催化形成葡萄糖-6-磷酸，进入代谢。葡萄糖+ATP=葡萄糖-6-磷酸+ADP.进入戊糖途径 在戊糖途径中形成戊糖，备合成核酸用。2.形成果糖-1,6-二磷酸 果糖-6-磷酸+ATP=果糖-1,6-磷酸+ADP 磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）需二价金属离子，以M2+最显著。由4个亚基组成，肝脏提取的酶的分子量为340000。果糖-1,6-磷酸+H2O=果糖-6-磷酸+磷酸 在磷酸酶的作用下可脱去磷酸，形成果糖-6-磷酸合成糖原。3.果糖-1,6-二磷酸裂解 果糖-1,6-磷酸二羟丙酮磷酸+甘油醛-3-磷酸 由醛缩酶催化，形成一分子二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸，需要能量G0=23.97kj/mol，但细胞内因物质的浓度的变化，使反应多向裂解方向进行。4.二羟丙酮磷酸形成甘油3-磷酸 二羟丙酮磷酸=甘油醛-3-磷酸 由丙糖磷酸异构酶催化，需能G0=1.83kcal/mol，但甘油醛-3-磷酸被不断分解，在酵解中反向右进行的。5.甘油3-磷酸脱氢 甘油醛-3-磷酸+NAD+Pi=1,3-二磷酸甘油酸+NADH+H+甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化，形成1,3-二磷酸甘油酸（bisphosphoglycerate，BPG）。6.生成3-磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸+ADP=3-磷酸甘油酸+ATP 磷酸甘油酸激酶催化，生成1分子ATP，放出标准自由能G0=-18.83kj/mol（-4.5kcal/mol）。但在生理状况下，反应需要吸收自由能G0=1.26kj/mol（0.3kcal/mol），因此反应是可逆的。7.生成2-磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸=2-磷酸甘油酸 由磷酸甘油酸变位酶催化，需能G0=4.6kj/mol（1.1kcal/mol），反应可逆。8.形成磷酸烯醇式丙酮酸 2-磷酸甘油酸=磷酸烯醇式丙酮酸+H2O 烯醇化酶催化，它先与2价阳离子如Mg2+、Mn2+形成复合物才有活性，Mr为85000，氟化物强烈抑制该酶活性，因氟与镁和磷酸形成复合物，取代了天然状况下酶分子上镁离子的位置使酶失活。9.生成丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP=丙酮酸+ATP 磷酸烯醇式丙酮酸含高能键，放G0=-61.92kj/mol（-14.4kcal/mol）能量，因此反应不可逆。该酶需要2价阳离子如Mg2+、Mn2+参与，是酵解途径中的一个重要调节酶，Mr为250000，由四个Mr为55000的亚基构成。在肝中，同功酶L型占优势，肌肉和脑中M型占优势，其它组织中A型占优势。6.2.2.3.糖酵解过程总结 1.可逆反应.G+ATP=G-6-Pi+ADP，放能8kcal/mol。葡萄糖-6-磷酸+H2O=葡萄糖+磷酸.F-6-Pi+ATP=F-1,6-Pi+ADP，放能5.3kcal/mol。果糖-1,6-磷酸+H2O=果糖-6-磷酸+磷酸.磷酸烯醇式丙酮酸+ADP=丙酮酸+ATP，放能4.0kcal/mol。2.总反应 C6H12O6=2C3H4O3+4H+（NADH2）在2-磷酸甘油酸形成磷酸烯醇式丙酮酸的过程中，生成了1分子的H2O，但在总反应中未反映出来，水是怎么平衡的？3.能量的产生 在酵解过程中，底物磷酸化净生成2分子ATP，另外尚有2分子NADH2，进入线粒体并进入呼吸链后，可产生4或6分子ATP。4.酶的命名 脱氢酶：处于优先序列，如乳酸脱氢酶LDH。激酶：催化消耗磷酸高能键反应的酶。异构酶：催化同分异构体反应的酶。变位酶：催化一个基团在分子内部位置变化的酶。醛缩酶：催化分解和合成反应时，一般合成反应优先命名。磷酸酶和磷酸化酶：脱去磷酸称磷酸酶，加上磷酸称磷酸化酶。5.中间产物磷酸化的意义 .磷酸带负电荷，使中间产物有极性，而使其不易透过脂膜而失散；.磷酸基团在反应中起信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化；.磷酸基团最后形成ATP，有利于能量的保存。6.2.2.4.丙酮酸的去路 1.进入有氧分解（三羧酸循环）丙酮酸+CoA+NAD=乙酰CoA+NADH2+CO2 丙酮酸进线粒体后进入三羧酸（柠檬酸）循环。2.形成乳酸 丙酮酸+NADH2=乳酸+NAD 乳酸脱氢酶催化，动物细胞缺氧时（激烈运动，或呼吸、循环障碍），以糖酵解产生ATP供能。在生命早期，地球上O2少，动物的这种代谢是必要的。随后大量植物进行光合作用，O2较多时进行有氧分解。3.微生物发酵.形成乙醇 在无O2条件下，微生物形成乙醇：丙酮酸=CO2+乙醛 丙酮酸脱羧酶催化，TPP作为辅酶。乙醛+NADH2=乙醇+NAD 乙醇脱氢酶催化，酵母的乙醇脱氢酶是4个亚基，每个亚基结合一个NADH2和一个Zn2+，使乙醛的羰基极化，促进氢原子转移。.形成乙酸 乙醛+O2+NADH2=乙醇+H2O+NAD 乙醛氧化酶（或称乙醛单加氧酶）催化，形成乙酸。酿酒时如果密封差有氧气进入，则形成醋。6.2.3.三羧酸循环 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，简称TCA和TAC）：乙酰CoA经过一系列分解形成CO2和H2O的过程。因德国科学家Hans Krebs（获1953年诺贝尔化学奖）的贡献突出，又称Krebs循环。第一步反应形成柠檬酸，又称柠檬酸循环（citrate cycle）。6.2.3.1.三羧酸循环过程 1.准备（形成乙酰CoA）丙酮酸进入线粒体后，形成乙酰CoA：丙酮酸+CoA+NAD=乙酰CoA+NADH2+CO2 丙酮酸脱氢酶复合体催化，由三种酶组成，丙酮酸脱氢酶组分、二氢硫辛酰转乙酰基酶和二氢硫辛酸脱氢酶。2.草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸草酰乙酸+乙酰CoA+H2O=柠檬酸 柠檬酸合酶催化。3.柠檬酸异构化形成异柠檬酸 柠檬酸=顺-乌头酸+H2O 顺-乌头酸+H2O=异柠檬酸 乌头酸酶催化。4.异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸 异柠檬酸+NAD=草酰琥珀酸+NADH2草酰琥珀酸=-酮戊二酸+CO2 （自动进行）异柠檬酸脱氢酶催化，草酰琥珀酸转变为-酮戊二酸自动进行，放标准自由能G0=-5.0kcal/mol，由于CO2的释放，使反应几乎不可逆。5.-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA 柠檬酸循环两次氧化脱羧反应的第二次脱羧：-酮戊二酸+NAD+CoASH琥珀酰CoA+NADH2+CO2 -酮戊二酸脱氢酶系催化，生成琥珀酰CoA。该酶和丙酮酸脱氢酶复合体相似，由-酮戊二酸脱氢酶（E1）二氢硫辛酰转琥珀酰酶（E2）和二氢硫辛酰脱氢酶（E3）组成。反应不可逆，放标准自由能G0=-8.0kcal/mol，其作用驱使NAD+还原，促使反应向氧化方向进行并大量放能，能量以琥珀酰CoA的高能硫酯键形式保存起来。6.琥珀酰CoA转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键 琥珀酰CoA+GDP+Pi=琥珀酸+GTP+CoA 琥珀酰CoA合成酶，也称琥珀酰硫激酶催化，形成琥珀酸。GTP水解含的自由能为G0=-29.3kj/mol（-7.0kcal/mol），它可以将能量转移给ATP。放自由能G0=-33.6kj/mol（-8.0kcal/mol），与形成GTP需要的自由能差不多，反应可逆。哺乳动物形成一分子GTP，植物和微生物直接形成ATP。反应中生成1分子H2O，但形成GTP时消耗了。7.琥珀酸脱氢形成延胡索酸 琥珀酸+FAD=延胡索酸+FADH2 琥珀酸脱氢酶催化，形成延胡索酸。8.延胡索酸水合形成L-苹果酸 延胡索酸+H2O=L-苹果酸 延胡索酸酶催化，有严格的立体专一性，不催化马来酸。从猪心获得的延胡索酸酶结晶，Mr为200000，由4个相同的亚基组成，每个亚基含有3个酶活性所必需的巯基。9.L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 L-苹果酸+NAD=草酰乙酸+NADH2 苹果酸脱氢酶 催化，需能G0=7.1kcal/mol。但草酰乙酸形成苹果酸时放能G0=-7.5kcal/mol，消耗草酰乙酸，因此该反应也得以进行。6.2.3.2.三羧酸循环总结三羧酸循环总结 1.不可逆反应 形成柠檬酸和两次放出CO2的反应的反应是不可逆的。2.总反应方程 CH3COSCoA+3H2O2CO2+CoASH+8H（FADH2+3NADH2）在反应中，有3分子H2O参与反应，但生成了1分子H2O，这是因为在形成1分子GTP时，也有1分子生成的H2O参与了反应。3.产生的ATP数目 合计产生12分子ATP。4.葡萄糖分解的总反应 5.葡萄糖分解的能量和效率 6.2.3.3.三羧酸循环的调节 1.不可逆反应 丙酮酸脱氢反应，因CO2浓度低；柠檬酸合成不可逆，因反应释放的自由能太多；两次脱CO2不可逆；2.酶 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系，在生理条件下释放的自由能很多，G负值较大，这些反应一般不可逆。3.底物浓度 柠檬酸合酶的酶活性受底物浓度的推动，产物浓度的抑制。柠檬酸循环最关键的底物是乙酰CoA、草酰乙酸和产物NADH2。4.中介物质 ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构促进剂，增加该酶对底物的亲合力。Ca2+在柠檬酸循环中也间接起重要作用，刺激糖原降解、启动肌肉收缩，对许多激素的信号起中介作用，对异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系有激活作用。6.2.3.4.乙醛酸循环glyoxylate cycle 植物和微生物中存在，使乙酰CoA转变为草酰乙酸而进入柠檬酸循环，在萌发的种子中将贮存的脂肪通过乙酰CoA转变为植物所需要的葡萄糖。乙醛酸循环在线粒体外进行，主要的反应如下：异柠檬酸琥珀酸+乙醛酸（异柠檬酸裂合酶）乙醛酸+乙酰CoA+H2O苹果酸+CoA（苹果酸合成酶）总反应为：2乙酰CoA+2H2O+NAD琥珀酸+2 CoA+NADH2 从能量的角度上讲，产生很少的能量，但琥珀酸可以合成葡萄糖，供植物生长所需。6.2.4.磷酸戊糖途径pentose phosphate pathway 又称戊糖支路、己糖单磷酸途径、磷酸葡糖酸氧化途径及戊糖磷酸循环等。在胞液中（线粒体外）进行，广泛存在于细胞需要大量增生的组织器官中，如肝、骨髓、性腺、肾上腺等，而肌肉和大脑相对发生较少。5.2.4.1.概念和历史 葡萄糖直接脱氢、脱碳被氧化为戊糖的过程。1931年Otto Warburg发现G-6-磷酸脱氢酶，1953年Frank Dickens将前人的研究成果总结发表，戊糖磷酸途径也称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径。6.2.4.2.戊糖途径的主要反应 1.氧化过程（戊糖途径）G-6-Pi形成5-Pi核酮糖的过程，共有三步反应：.G-6-Pi形成6-磷酸G酸-内酯：G-6-Pi+NADP6-磷酸葡萄糖酸-内酯+NADPH2.6-磷酸葡萄糖酸-内酯在一个专一内酯酶作用下水解，形成6-磷酸葡萄糖酸：6-磷酸葡萄糖酸-内酯+H2O6-磷酸葡萄糖酸.6-磷酸葡萄糖酸脱羧、脱氢形成5-磷酸核酮糖：6-磷酸葡萄糖酸+NADP5-磷酸核酮糖+NADPH2 2.非氧化阶段（戊糖的分解）如果形成的戊糖没有去路，或食物中戊糖太多，则戊糖分解。.核酮糖-5-磷酸异构化为核糖-5-磷酸 核酮糖-5-磷酸=核糖-5-磷酸 异构酶使核酮糖形成醛式的核糖。.核酮糖-5-磷酸转变为木酮糖-5-磷酸 核酮糖-5-磷酸=木酮糖-5-磷酸 差向异构酶使核酮糖-5-磷酸3位碳上的羟基反向，形成其差向异构体木酮糖-5-磷酸。.木酮糖-5-磷酸与核糖-5-磷酸形成景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸 木酮糖-5-磷酸+核糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸+景天庚酮糖-7-磷酸 转酮酶使木酮糖的两碳单位被转移到核糖上，形成甘油醛-3-磷酸和景天庚酮糖-7-磷酸（。.景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸形成果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸 甘油醛-3-磷酸+景天庚酮糖-7-磷酸果糖-6-磷酸+赤藓糖-4-磷酸 转醛酶催化，形成的果糖-6-磷酸可进入糖酵解，赤藓糖-4-磷酸则进行下一步反应。.木酮糖-5-Pi和赤藓糖-4-Pi形成F-6-Pi和甘油醛-3-Pi 木酮糖-5-磷酸+赤藓糖-4-磷酸果糖-6-磷酸+甘油醛-3-磷酸 转酮酶催化，果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸都可进入糖酵解途径。6.2.4.3.戊糖途径分解葡萄糖产生的能量 戊糖途径分解葡萄糖的总反应如下：6G-6-Pi4F-6-Pi+2甘油醛-3-磷酸+12NADPH2（36ATP）+6CO2 从分解看G-6-Pi和F-6-Pi一样，将上式化简后得：2G-6-Pi2甘油醛-3-磷酸+12NADPH2（36ATP）+6CO2 2分子甘油醛-3-Pi分解可产生40分子ATP，1分子G-6-Pi，在戊糖途径中分解产生38分子ATP，葡萄糖分解产生37分子ATP。6.2.4.4.戊糖途径的意义 1.细胞产生还原力（NADPH）的主要途径 在脂肪组织以及其他合成脂肪酸和固醇类活跃的组织如乳腺、肾上腺皮质、肝脏等组织，其活性很高，合成脂肪酸和固醇类需要H。脊椎动物的红细胞中戊糖磷酸途径酶类的活性也高。戊糖磷酸途径提供的还原力可保证红细胞维持蛋白质结构的完整性；保护脂膜不被过氧化物、过氧化氢等氧化；维持红细胞内血红素的铁原子处于Fe2+状态，保持运输氧的能力。2.不同结构糖的重要来源，为单糖转变提供条件 三碳糖、四碳糖、五碳体、六碳体以及七碳糖的碳骨架都是细胞内糖类不同的结构分子，它们都来源于戊糖磷酸途径。3.为合成核酸提供原料，作为细胞分裂的物质基础。6.2.5.其它单糖的分解 许多单糖在体内的代谢中有重要作用，但作为能源，则主要是葡萄糖的代谢。6.2.5.1.果糖fructose的分解 主要由蔗糖分解生成，存在于水果、蔬菜、蜂蜜中。体内各种组织均可进行的分解反应是：果糖+ATP=果糖-6-磷酸+ADP 己糖激酶催化，但酶对果糖的亲和力低于葡萄糖，在高果糖食物时才进行。在肝、肾、小肠细胞中，果糖分解如下：果糖+ATP=果糖-1-磷酸+ADP 果糖-1-磷酸+ATP=果糖-1,6-磷酸+ADP 果糖激酶和磷酸果糖激酶。过量F引起F-1-Pi堆积损害肝脏，出现低血糖、呕吐、黄疸、出血等及高尿酸症和痛风。6.2.5.2.半乳糖galactose的分解 食品中半乳糖主要来自牛奶中乳糖的水解：Gal+ATP=Gal-1-Pi+ADP（半乳糖激酶）UDPG+Gal-1-PiG-1-Pi+UDP-1-Gal（半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶）UDP-1-Gal UDP-1-G（尿苷二磷酸-半乳糖差向酶）半乳糖尿苷酰转移酶缺乏可引起类似果糖代谢障碍出现的临床症状，且影响更广泛，出现神经系统障碍，反应迟钝。6.2.5.3.甘露糖mannose的分解 M+ATP=M-6-Pi+ADP（己糖激酶）M-6-Pi=F-6-Pi（同分异构酶）F-6-Pi=G-6-Pi（同分异构酶）甘露糖是葡萄糖C2的差向异构体，己糖激酶能识别甘露糖，将其转变成甘露糖-6-磷酸。甘露糖-6-磷酸再经甘露糖-6-磷酸异构酶催化生成果糖-6-磷酸，这可以进入糖酵解，也可以形成血糖。6.3.糖的合成 葡糖异生作用作用主要发生在肝脏。6.3.1.葡萄糖异生作用 糖异生作用：非糖物质合成葡萄糖的过程。6.3.2.葡萄糖异生作用的途径 以糖酵解为基础，加上柠檬酸循环，其上的物质可合成葡萄糖。：1.血糖磷酸化 葡萄糖+ATP=葡萄糖-6-磷酸+ADP 葡萄糖-6-磷酸+H2O=葡萄糖+磷酸 2.果糖-6-磷酸的磷酸化 果糖-6-磷酸+ATP=果糖-1,6-二磷酸+ADP 果糖-1,6-二磷酸+H2O=果糖-6-磷酸+ADP 3.丙酮酸不能形成磷酸烯醇式丙酮酸 合成葡萄糖时分为两步进行：丙酮酸+CO2+ATP+H2O=草酰乙酸+ADP+Pi 丙酮酸羧化酶催化形成草酰乙酸，活化羧基水解放出自由能G0=-19.7kj/mol（-4.7kcal/mol），草酰乙酸+GTP=磷酸烯醇式丙酮酸+GDP+CO2 烯醇式丙酮酸羧激酶催化。6.3.3.糖异生作用的总结 6.3.4.糖异生作用的意义 1.维持血糖的恒定 2.消除剧烈运动和劳作后的乳酸 激烈运动时，糖酵解产生NADH的速度超过呼吸链再形成NAD+的能力。这时肌肉中酵解形成的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸以使NAD+再生，糖酵解才能继续提供ATP。可立氏循环Cori cycle：乳酸除转变为丙酮酸外，别无去路。肌肉细胞内的乳酸扩散到血液，随血流进入肝脏，在肝细胞内通过葡糖异生途径转变为葡萄糖，又回到血液随血流供应肌肉和脑对葡萄糖的需要。3.使其它物质能够合成葡萄糖 6.3.5.糖原的合成 1.葡萄糖-1-磷酸形成UDP-葡萄糖 葡萄糖-1-磷酸+UTP=UDP-葡萄糖+PPi UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化，反应自由能变化近于零，但焦磷酸分解放能，该反应实际上不可逆。2.加长糖原 UDP-葡萄糖+糖原（C4）=糖原+UDP 糖原合酶催化，需要引物（Mr37000的glycogenin，生糖原蛋白，糖原引物蛋白，糖原素）。3.糖原分支 由糖原分支酶完成，又称淀粉1,41,6-转葡糖基酶、糖基46-转移酶。该酶的作用是断开（14）糖苷键并形成（16）糖苷键，它从直链糖原分子的非还原性末端约7个葡萄糖残基的片段在14连接处切断，然后将该非还原端转移到同一个或其它糖原分子比较靠内部的某个葡萄糖的C6上，两个分支点之间至少有4个葡萄糖的距离。（14）糖苷键断裂放能G0=-3.7kcal/mol，而（16）糖苷键形成只需要G0=1.7kcal/mol，因此分支过程不需要能量。6.4.糖代谢的调节 糖代谢非常复杂，调节的因素多，联系的途径广。6.4.1.各途径之间的联系 1.葡萄糖-6-磷酸：.糖原的合成与分解.血糖（肝、肾）的转化.磷酸戊糖途径.其余己糖的代谢 2.甘油醛-3-磷酸.糖原的合成与分解.磷酸戊糖途径与分解的联系 3.丙酮酸.酵解的终产物.微生物与高等生物对葡萄糖分解的分界处.肌肉有氧与无氧分解的分界处.形成草酰乙酸，为许多非糖物质合成葡萄糖的必经途径 6.4.2.糖代谢的调节 糖代谢的调节受多种因素的影响，所有的调节都是通过酶的活力的变化实现的，但主要的调节因素可分为如下三类：1.反馈调节.能量水平调节 如果ATP过多，则糖的分解减速，反之则加速。.中间产物调节 如果戊糖需求多，则戊糖途径的代谢旺盛；如果蛋白质摄入多，则氨基酸脱氨后糖代谢的中间产物增多，有利于糖的合成。.酵解和柠檬酸循环的调节 如果O2少，则三羧酸循环很慢，因为三羧酸循环脱下来的氢不能进入呼吸链生成H2O，此时需要能量多以酵解形式产生。.神经的影响 神经通过激素对糖代谢产生影响，如兴奋时肾上腺素增加，使血糖含量升高。2.激素调节.降低血糖的激素 胰岛素直接影响血糖，刺激糖原合成。胰岛的细胞分泌，去磷酸化使糖原合酶解除抑制，同时磷酸化酶激酶和磷酸化酶a去磷酸化而受到抑制。糖尿病（diabetes mellitus，简称diabetes）是常见的复杂疾病，血和尿中的葡萄糖含量高，当血糖在血液中的浓度超过肾小管再吸收的极限时，葡萄糖随尿排出；同时排出大量水分，病人常感到口渴。糖尿病的病因至今未完全阐明。临床上分为：型（胰岛素依赖型insulin dependent）：常在儿童时突然发作，又称幼年发作糖尿病（juvenile-onset diabetes）。可能是自身免疫破坏了胰岛中的细胞；与遗传有关；型（非胰岛素依赖noninsulin-dependent）：常在40岁后发病，又称成年发作糖尿病（maturity-onset diabetes)，和遗传基础有关。患者缺乏胰岛素受体，控制饮食就可控制病情。.升高血糖的激素 肾上腺素：促进肝糖原和肌糖原分解，促进糖的异生，这是交感神经兴奋产生的应激反应。胰高血糖素：促进肝糖原分解和糖的异生作用，在血糖很低、氨基酸含量少时发生。糖皮质激素：促进肝外组织的蛋白质分解为氨基酸，再促进肝中糖的异生，这也是一种应激反应。