南京农业大学生物化学

第八章 糖及糖的分解代谢 前言：新陈代谢的概念 新陈代谢是所有生物维持其生命活动的最基本的 特性，是生物体内有机物合成和分解作用，包括物质 转变和能量转化。 合成代谢 物质上 -小分子 -大分子 （同化作用）能量上 -积能过程 生物体新陈代谢 分解代谢 物质上 -大分子 -小分子 （异化作用）能量上 -放能过程 前言：新陈代谢的概念 新陈代谢就是在合成和分解过程中不断就 得平衡 。 若合成大于分解 ， 生命体旺盛；反之 ， 则衰老 。 前言：新陈代谢的概念 新陈代谢就是与糖类的分解有密切的联系 ， 因 为糖类的分解对生物体来讲 ， 具重要的意义 。 1. 糖类作为能源物质 生物细胞的各种代谢活动 ， 包括物质分解和合成 都需要有足够的能量 ， 其中 ATP是糖类降解时通过氧化 磷酸化作用而形成的最重要的能量载体物质 。 生物细 胞只能利用高能化合物 （ 主要是 ATP） 水解时释放的化 学能来做功 ， 以满足生长发育等所需要的能量消耗 。 前言：新陈代谢的概念 2.作为合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体 葡萄糖 、 果糖等在降解过程中除了能提供大量能 量外 ， 其分解过程中还能形成许多中间产物或前体 ， 生物细胞通过这些前体产物再去合成一系列其它重要 的物质 ， 包括： (1) 乙酰辅酶 A、 氨基酸 、 核苷酸等 ， 它们分别是合成 脂肪 、 蛋白质和核酸等大分子物质的前体 。 (2) 生物体内许多重要的次生代谢物 、 抗性物质 ， 如 生物碱 、 黄酮类等物质 ， 它们对提高植物的抗逆性起 着重要的作用 。 前言：新陈代谢的概念 3. 细胞中结构物质 细胞中的结构物质如植物细胞壁等是由纤维素 、 半纤维素 、 果胶质等物质组成；甲壳质或几丁质为 N- 乙酰葡萄糖胺的同聚物 ， 是组成虾 、 蟹 、 昆虫等外骨 骼的结构物质 。 这些物质都是由糖类转化物聚合而成 。 前言：新陈代谢的概念 4. 参与分子和细胞特异性识别 由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面 ， 形成 糖脂和糖蛋白 ， 参与分子或细胞间的特异性识别和结 合 ， 如抗体和抗原 、 激素和受体 、 病原体和宿主细胞 、 蛋白质和抑制剂等常通过糖链识别后再进行结合 。 第一节 重要糖类结构和双糖、多糖的降解 Monosaccharides, or simple sugars, consist of a single polyhydroxy aldehyde or ketone unit. The most abundant monosaccharide in nature is the six-carbon sugar D-glucose, sometimes referred to as dextrose. Monosaccharides of more than four carbons tend to have cyclic structures. 第一节 重要糖类结构和双糖、多糖的降解 单糖（ monosaccharide） 是指最简单的糖 ，即在温和条件下不能再分解成更小的单体糖， 如葡萄糖、果糖等。按碳原子的数目单糖又可分 为三碳（丙）糖、四碳（丁）糖、五碳（戊）糖 、六碳（已）糖、七碳（庚）糖等。 一、 一些重要单糖的结构 三 糖 甘油醛 二羟丙酮 四 碳 糖 赤藓糖 一、 一些重要单糖的结构 五 碳 糖 核 糖 核酮糖 木 糖 一、 一些重要单糖的结构 六 碳 糖 葡萄糖 果糖 一、 一些重要单糖的结构 一、 一些重要单糖的结构 H C O H2 | C = O | H O C H | H C O H | H C O H | H C O H | H C O P O23 2- H C O H 2 | C = O | H O C H | H C O H | H C O H | H C O H | H C O P O 23 2- D- 7- 磷 酸- 景 天 庚 酮 糖 麦芽糖 二、 一些重要双糖的结构 O O O C H O H 2 C H O H 2 OH OHOH OHOH HO H H H H H H H H H H -葡萄糖（ 14 ）葡萄糖苷 蔗 糖 - 葡 萄 糖 （12 ） - 果 糖 苷 二、 一些重要双糖的结构 O O O C H O H 2 C H O H 2 OH OH OH OH HO C H O H 2 H H H H H H H 乳 糖 二、 一些重要双糖结构 O O O C H O H 2 C H O H 2 OH OHOH OHOH HO H H H H H H H H H H 乳糖（半乳糖 -1, 4-葡萄糖） 淀 粉 直链： a-1,4-糖苷键 分支点： a-1,6-糖苷键 三、 一些重要多糖的结构 淀 粉 直链： a-1,4-糖苷键 分支点： a-1,6-糖苷键 三、 一些重要多糖的结构 纤 维 素 -1,4-糖苷键 三、 一些重要多糖的结构 Chitin 三、 一些重要多糖的结构 淀粉分解有两条途径： 四、淀粉的降解 水解 产生葡萄糖 磷酸解 产生磷酸葡萄糖 1. 淀粉的水解 参与淀粉水解的酶主要有三种： 淀粉酶、脱支酶、 麦芽糖酶 淀粉酶是指参与淀粉 a-1,4-糖苷键水解的酶。 有 a-淀粉酶 和 -淀粉酶 两种。 (1)淀粉酶： 四、淀粉的降解 其产物为： 若直链淀粉 葡萄糖 + 麦芽糖 + 麦芽三糖 + 低聚糖 若支链淀粉 葡萄糖 + 麦芽糖 + 麦芽三糖 + 极限糊精 a-淀粉酶 ：（ a-1,4-葡聚糖水解酶） 可水解任何部位的 a-1,4-糖苷键，所以又称为 内切淀粉酶 。 该酶对非还原末端的 5个葡萄糖基不发生作用。 Ca2+需要。 (1)淀粉酶： 1. 淀粉的水解 四、淀粉的降解 也水解 a-1,4-糖苷键，但须从非还原末端开始 切，每次切下两个葡萄糖基。又称为 外切淀粉酶 。 -淀粉酶： 其产物为 ： 若直链淀粉 麦芽糖 若支链淀粉 麦芽糖 + 极限糊精（ P140） (1)淀粉酶： 1. 淀粉的水解 四、淀粉的降解 (2)脱支酶 (R-酶 )： （ a-1,6-葡萄糖苷酶） 水解 a-1,6-糖苷键 ，但只能作用于外围的这 种键，而不能水解内部的分支。 植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在， 并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。 (3)麦芽糖酶 ： 1. 淀粉的水解 四、淀粉的降解 1. 淀粉的水解 Hydrolysis of glycogen and starch by a- amylase and - amylase 四、淀粉的降解 2. 淀粉的磷酸解 其中， 淀粉磷酸化酶 又叫 P-酶。 此反应为可逆反应，但在植物体内，由于 （ 1） Pi很高（如施肥） （ 2） G-1-P低（因不断被利用） 所以，反应向正方向进行。 四、淀粉的降解 2. 淀粉的磷酸解 淀粉磷酸化酶从淀粉的非还原端开始，一 个一个地磷酸解 a-1,4-糖苷键，直到距分支 点 4个葡萄糖基为止。 所以，如果是支链淀粉，还需要另外两 个酶的参与，即 转移酶 和 脱支酶 。 四、淀粉的降解 2. 淀粉的磷酸解 四、淀粉的降解 2. 淀粉的磷酸解 淀粉的磷酸解与水解相比，其优越性有： 1. 耗能少 2. 产物不易扩散到胞外 (?),而水解产物葡萄糖 会因扩散而流失 (?) 四、淀粉的降解 五、糖原的降解 糖原的磷酸解 糖原磷酸化酶（ glycogen phosphorylase） 是降解 糖原的磷酸化的限速酶，有活性和非活性两种形式， 分别称为糖原磷酸化酶 a（ 活化态）和糖原磷酸化酶 b （ 非活化态），两者在一定条件下可以相互转变。糖 原磷酸解时，在磷酸化酶 a作用下，从糖原非还原端开 始逐个加磷酸切下葡萄糖生成 1-磷酸葡萄糖，切至糖原 分支点 4个葡萄糖残基处为止。 五、糖原的降解 糖原的磷酸解 转移酶（ transferase） 又称 1, 41, 4葡聚糖转 移酶 ，它主要作用是将连接与分支点上 4个葡萄糖基 的葡聚三糖转移至同一个分支点的另一个葡聚四糖 链的末端，使分支点仅留下一个 （ 16） 糖苷键连 接的葡萄糖残基。 五、糖原的降解 糖原的磷酸解 脱支酶 ，即水解 （ 16） 糖苷键的酶，再将 这个葡萄糖水解下来，使支链淀粉的分支结构变成 直链结构， 磷酸化酶 再进一步将其降解为 1-磷酸葡 萄糖。由于磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用 ，将糖原（或支链淀粉）彻底降解。 糖原磷酸化 酶主要存在于动物肝脏中，通过糖原分解直接补充 血糖。 五、糖原的降解 The reactions of glycogen debranching enzyme 1. 蔗糖的水解 六、蔗糖的降解 由 蔗糖酶 催化： 由于底物和产物的旋光方向发生了改变，所以 蔗糖酶又称为 转化酶 。产物也因此就做 转化糖 。 2. 形成糖核苷酸 由 蔗糖合酶 催化： 蔗糖 NDP NDPG 果糖 六、蔗糖的降解 2. 形成糖核苷酸 The structure of UDP-glucose, a sugar nucleotide 六、蔗糖的降解 2. 形成糖核苷酸 NDP主要是 ADP和 UDP， 其产物分别为 ADPG(腺苷二磷酸葡萄糖 )和 UDPG(尿苷二磷酸葡 萄糖 )。 UDPG和 ADPG是葡萄糖的活化形式，在合成 寡糖和多糖时作为葡萄糖基的供体。这比将蔗糖水 解要经济，因为从水解产物葡萄糖合成 NDPG需要 消耗能量。 蔗糖的这种降解方式在高等植物中普遍存在。 例如，在正在发育的谷类作物的籽粒能够将 输入的蔗糖分解为 ADPG， 然后用以合成淀粉 。 六、蔗糖的降解