第五章 糖代谢

　　教学目标：

　　1.掌握糖类的结构、生理功能和酶促降解有关酶类。

　　2.掌握糖酵解、有氧氧化的基本过程、限速酶、ATP的生成、生理意义与调节。

　　3.了解磷酸戊糖途径的基本过程、生理意义。

　　4.熟悉糖的合成反应基本过程,掌握糖异生的概念与反应过程、关键酶、生理意义及调节。

　　导入：糖是自然界分布广泛，数量最多的有机化合物。尤以植物含量最多，约为85%~95%。糖在生命活动中主要作用是提供能量和碳源。人体所需能量的50%~70%来自于糖。食物中的糖类主要是淀粉，被机体消化成其基本组成单位葡萄糖后，以主动的方式被吸收入血。本章重点讨论葡萄糖在机体内的代谢。

　　第一节 概论

　　一、糖类的结构与功能

　　1.糖类的结构

　　糖定义为多羟基醛、酮及其缩聚物和某些衍生物。有单糖、寡糖、多糖和复合糖类。

　　单糖是糖结构的单体，可用一个经验公式（CH2O）n 表示。一般分为醛糖和酮糖两类。最简单的三碳糖是甘油醛和二羟基丙酮。醛糖中氧化数最高的碳原子指定为C-1，酮糖中氧化数最高的碳原子指定为C-2，除最简单的二羟丙酮外，都是手性分子。醛糖中手性碳的数目为n-2，异构体的数目为2n-2。

　　糖的构型有D型和L型。D型糖是指具有最高编号的手性碳，即离羰基碳最远的手性碳连接的- OH在Fischer投影式中是朝向右的。

　　醛糖和酮糖可以形成环式的半缩醛。有5员环或6员环结构，称为呋喃糖或吡喃糖。环化单糖中氧化数最高的碳原子称异头碳，是手性碳，又有α 、β两个新异构体（称为异头物）。在溶液中，有能力形成环结构的醛糖和酮糖，它们不同的环式和开链式处于平衡中。

　　单糖存在不同的构象。对于每个吡喃糖，都存在6种不同的船式构象和2种不同的椅式构象。在椅式构象中可以使环内原子的立体排斥减到最小，所以椅式构象比船式更稳定。

　　单糖可以通过糖苷键形成寡糖和多糖。最常见的糖苷键是α-1，4和β-1，4，另一种糖苷键α-1，6出现在支链淀粉和糖原分子中。4种重要的双糖有麦芽糖（α-1，4）、纤维二糖（β-1，4）、乳糖和蔗糖。乳糖是纤维二糖的差向异构体，是奶中的主要糖分。许多植物可合成蔗糖，它是自然界中发现的最丰富的糖（无还原性和变旋现象）。

　　淀粉、糖原是葡萄糖的同多糖。淀粉是植物和真菌中的储存多糖，糖原是在动物和细菌中发现的储存多糖。纤维素和几丁质是结构同多糖。

　　直链淀粉含α-1，4糖苷键，支链淀粉和糖原中除含α-1，4糖苷键外，在分支点上还有α-1，6糖苷键。糖原分子一般比淀粉分子大，分支多，但侧链含有的葡萄糖残基较少。纤维素中的葡萄糖残基通过β-1，4糖苷键连接。几丁质的单糖单位是β-1，4糖苷键连接的N-乙酰葡萄糖胺。

　　单糖和大多数多糖是还原糖。都含有一个可反应的羰基，容易被较弱的氧化剂（如Fe3+或Cu2+）氧化。一个糖聚合物的还原能力，根据寡糖和多糖的聚合链的还原端和非还原端判断，在一个线形的聚合糖中，有一个还原端残基（含游离异头碳的残基）和一个非还原端残基。一个带支链的多糖含有很多非还原端，但只有一个还原端。

　　2.糖的生理功能

　　1摩尔的葡萄糖完全氧化为CO2和H2O可释放2840kJ（679kcal）的能量，其中约40%转移至ATP，供机体生理活动能量之需。糖类代谢的中间产物可为氨基酸、核苷酸、脂肪酸、类固醇的合成提供碳原子或碳骨架。如糖的磷酸衍生物可以形成许多重要的生物活性物质，如NAD+、FAD、ATP等。

　　糖决定了人的血型，一个血球细胞的表面有50万个糖蛋白分子。糖是细胞膜上“受体”分子的组成部分，是细胞识别、信息传递的参与者。由于单糖有异构物、异头物和多羟基等特点，可以形成种类繁多的不同结构，以致糖链的生物信息容量超过肽链和多核苷酸链。

　　二、多糖和低聚糖的酶促降解

　　糖代谢指糖在生物体内的分解与合成。是研究最早，代谢途径了解最祥细的。分解代谢包括多糖和低聚糖的酶促降解和单糖的氧化放能过程。合成代谢指绿色植物和光合微生物的光合作用合成葡萄糖，进而合成淀粉。对于人和动物来说，则是利用葡萄糖合成糖原或利用非糖物转化为糖。

　　多糖和低聚糖在被生物体利用之前必须水解成单糖。

　　1.淀粉（或糖原）的酶促降解

　　人类食物中的糖主要有淀粉、糖原、麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖、果糖及纤维素等，一般以淀粉为主。水解淀粉和糖原的酶有α、β淀粉酶（只表示两种酶，不表示任何构型关系）。α-淀粉酶主要存在于动物体（唾液和胰液中），β-淀粉酶主要存在于植物种子和块根内。它们均作用于α-1，4糖苷键，但后者只能从非还原端水解。水解产物是麦芽糖。水解淀粉中α-1，6糖苷键的酶是α-1，6糖苷键酶，如植物中的R-酶和小肠粘膜的α-糊精酶。小肠粘膜细胞还有寡糖酶和双糖酶，如麦芽糖酶、乳糖酶、蔗糖酶等，属于糖苷酶类。

　　淀粉和糖原在细胞内的降解是经磷酸化酶的磷酸解作用生成葡糖-1-磷酸，再经葡聚糖转移酶和糖原脱支酶除去α-1，6分支，产生的G-1-P由磷酸葡萄糖变位酶转化为G-6-P。G-6-P的命运决定于组织，肝脏含G-6-P酶，使其转化为G，葡萄糖是血糖的主要来源，正常人在安静空腹（停食12～14h）状态下，血糖浓度是较恒定的，一般在4.4～6.7mmol/L之间，所以肝糖原用于维持血糖水平。而肌肉组织不含G-6-P酶，肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。

　　2.纤维素的酶促降解

　　人的消化道无水解纤维素的酶 ( 细菌、真菌、放线菌、原生动物等能产生纤维素酶及纤维二糖酶，水解纤维素成葡萄糖 )，但纤维素促进肠道蠕动，有防止便秘的功用。