教程九代謝十糖

1、生 物 化 學(xué)浙江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院江 輝生物化學(xué)的特點(diǎn)21世紀(jì)發(fā)展最快的學(xué)科（Science、Nature、PNAS中生命學(xué)科文章占大多數(shù)，其中大部分與生物化學(xué)有關(guān)）以化學(xué)（尤其是有機(jī)化學(xué)）理論為基礎(chǔ)生物分子間的作用力體系離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用第九章 代謝總論第一節(jié) 新陳代謝的概念一、什么是新陳代謝 新陳代謝是指生物體內(nèi)所發(fā)生的一切分解和合成作用，是生物最基本的特征之一。 一方面：從環(huán)境中攝取養(yǎng)料，通過體內(nèi)系列化學(xué)變化，同化為組成生物的種種物質(zhì)（合成代謝或同化作用）； 另一方面：生物組成物質(zhì)不斷分解（分解代謝或異化作 用）。二、新陳代謝的功能1、從周圍環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)2、將外界引入

2、的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨硇枰慕Y(jié)構(gòu)元件3、將結(jié)構(gòu)元件裝配成自身的大分子4、形成或分解生物體特殊功能所需的生物分子5、提供機(jī)體生命活動(dòng)所需的一切能量三、新陳代謝內(nèi)容（一）物質(zhì)代謝： 指生物將無機(jī)化合物、CO2和水轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)化合物（同化作用）或?qū)⒂袡C(jī)化合物又分解成無機(jī)化合物、CO2和水的相反過程（異化作用）。強(qiáng)調(diào)的是物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換過程。（二）能量代謝： 指生物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能或在物質(zhì)代謝過程中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移及釋放的反應(yīng)。強(qiáng)調(diào)的是能量轉(zhuǎn)換過程。 四、物質(zhì)代謝和能量代謝密切聯(lián)系在一起1、葉綠素的光合作用： 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 （光） 光能在葉綠素作用下合成NADPH和ATP（光能

3、化學(xué)能），CO2轉(zhuǎn)化為己糖，H2O O2和H+（為NADP+接受）2、酒精發(fā)酵： 葡萄糖 乙醇+CO2+H+ 釋放的H+轉(zhuǎn)交給NAD+，最終形成ATP（化學(xué)能轉(zhuǎn)變）葡萄糖分解產(chǎn)生乙醇和CO2（物質(zhì)轉(zhuǎn)換）五、新陳代謝的反應(yīng)機(jī)制（與酶的分類相對(duì)應(yīng)）1、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)NAD+ + 2H+ + 2e- NADH + H+2、碳-碳鍵的形成與斷裂反應(yīng)親核的負(fù)碳離子向親電子的正碳原子攻擊C: + C=O C C OH1、羥醛縮合反應(yīng)2、克萊森酯縮合反應(yīng)3、-酮酸的氧化脫羧反應(yīng)3、消除、異構(gòu)化及重排反應(yīng)1、消除反應(yīng)（雙鍵的形成）： 從底物上消除掉H2O、NH3、R-OH、或R-NH22、異構(gòu)化反應(yīng)： 在

4、底物分子內(nèi)質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，即質(zhì)子從一個(gè)碳原子脫離，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)碳原子上，由此發(fā)生了雙鍵位置的改變。3、分子重排： 底物分子內(nèi)部CC 鍵的斷裂，并重新形成新的CC鍵。4、基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)Y：+ A-X Y-A + X：親電基團(tuán)（A）從一個(gè)親核體（X:）轉(zhuǎn)移到另一個(gè)親核體（Y:）1、酰基轉(zhuǎn)移：?；鶠橛H電子基團(tuán)2、磷酰基轉(zhuǎn)移：磷?；鶠橛H電子基團(tuán)3、葡萄糖基轉(zhuǎn)移：葡萄糖基為親電子基團(tuán)第二節(jié) 新陳代謝的調(diào)控及研究方法一、新陳代謝的調(diào)控1、分子水平酶水平的調(diào)控（1）酶濃度的調(diào)節(jié)（2）酶活性的調(diào)節(jié)：磷酸化 VS 去磷酸化；別構(gòu)調(diào)節(jié)（3）多酶復(fù)合物（4）相反途徑酶的協(xié)同調(diào)節(jié)（5）同工酶的互補(bǔ)調(diào)節(jié)2、細(xì)胞水平的調(diào)控一種

5、酶可以被分解代謝和合成代謝所公用；一種代謝產(chǎn)物也可以被分解代謝和合成代謝所公用。細(xì)胞內(nèi)膜將細(xì)胞分隔成不同的區(qū)域，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞核等。細(xì)胞水平的區(qū)域化將相反途徑分隔在細(xì)胞的不同區(qū)域，防止兩條途徑對(duì)相同酶和代謝物的競爭；也保證同一種酶、同一種代謝物和別構(gòu)分子在不同區(qū)域維持不同的水平上。3、整體水平的調(diào)控激素和神經(jīng)介質(zhì)對(duì)生物體的整體調(diào)控二、新陳代謝的研究方法體內(nèi)研究（in vivo）對(duì)生物整體、器官、組織、細(xì)胞水平上進(jìn)行研究體外研究（in vitro）分子水平上研究兩者之間的結(jié)果要相互印證1、同位素示蹤法體內(nèi)研究：C14標(biāo)記的葡萄糖喂老鼠來研究糖原的合成。體外研究SDS放射自顯影2、抗代謝物

6、、酶抑制劑的應(yīng)用（一）抗代謝物：5-溴尿嘧啶干擾尿嘧啶參與的生物合成（二）酶抑制劑： 1,6-二磷酸果糖 磷酸二羥丙酮+3-磷酸甘油醛 1,3二磷酸甘油酸 碘乙酸是3-磷酸甘油醛脫氫酶的抑制劑，從而造成果糖-1,6-二磷酸的累積。醛縮酶3-磷酸甘油醛脫氫酶3、基因型（genotype）到表型（phenotype）（傳統(tǒng)方法）利用遺傳缺陷癥研究代謝途徑基因敲除消除蛋白（酶）細(xì)胞、組織、生物表型的改變推測蛋白的功能基因定點(diǎn)突變改變蛋白（酶）活性位點(diǎn)研究蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第十一章 糖代謝第一節(jié) 概述第二節(jié) 糖的無氧分解第三節(jié) 糖的有氧氧化第四節(jié) 磷酸戊糖途徑和乙醛酸循環(huán)第五節(jié) 糖原的合成與分解第

7、六節(jié) 糖異生第一節(jié) 概述一、糖的基本性質(zhì)多羥基醛多羥基酮多羥基醛或多羥基酮的衍生物可以水解為多羥基醛或多羥基酮或它們的衍生物的物質(zhì)糖的世界食用糖（蔗糖）醫(yī)療用糖（葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸的鈉、鉀、鈣、鋅鹽等）綠色植物的皮、桿等（纖維素）糧食及塊根、塊莖中的糖（淀粉）動(dòng)物體內(nèi)的貯藏多糖（糖元）昆蟲、蟹、蝦等外骨骼（幾丁質(zhì)）食用菌中糖（香菇多糖、茯苓多糖、靈芝多糖、昆布多糖）細(xì)菌、酵母的細(xì)胞壁結(jié)締組織中的糖（肝素、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等）核酸、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖細(xì)胞膜及其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的糖血型糖活性糖分子糖的分類單糖（monosaccharides） 不能水解為

8、其他糖的糖，按碳原子數(shù)分為：丙糖（甘油醛）丁糖（赤蘚糖）戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脫氧核糖等）己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等;寡糖（oligosaccharides） 可以水解為2十幾個(gè)單糖的糖：二糖（disaccharides） 蔗糖、麥芽糖、乳糖三糖（trisaccharides） 棉籽糖其他寡糖;多糖（polysaccharides）可水解為多個(gè)單糖或其衍生物的糖：同多糖（homoglycans, homopolysaccharides）水解為同一單糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纖維素、幾丁質(zhì)、糖苷等。異多糖（heteroglycans, heteropolysaccharides）

9、水解產(chǎn)物不止一種單糖或單糖衍生物，透明質(zhì)酸、肝素、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等。糖的分類（續(xù)）糖的衍生物 指糖的氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物、氨基取代物及糖苷化合物等，如，D-氨基葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等；多糖復(fù)合物（polysaccharides complex）糖與脂、蛋白等共價(jià)相連組成蛋白多糖（protein polysaccharides）、糖蛋白（glycanproteins）、糖脂（glycanlipids）。差向異構(gòu)體（Epimers)葡萄糖與甘露糖、葡萄糖與半乳糖，兩兩之間除一個(gè)不對(duì)稱C（分別是C2和C4上的-OH位置）有所不同外，其余部分的結(jié)構(gòu)完全相同，這種僅有一個(gè)不對(duì)稱C

10、原子構(gòu)型不同，兩鏡像非對(duì)映體異構(gòu)物稱為差向異構(gòu)體（epimers）。糖的旋光性（Optical Rotaation）葡萄糖及絕大多數(shù)糖都有使平面偏振光發(fā)生偏轉(zhuǎn)的能力，即糖的旋光性，是因?yàn)樘嵌季哂惺中蕴?。糖的旋光性和旋光度由糖分子中的所有手性碳上的羥基方向所決定。糖的旋光性以右旋（以D或+表示）或左旋（以L或-表示）。糖的構(gòu)型（Configuration）構(gòu)型是指一個(gè)分子由于其各原子特有的空間排列而使該分子具有特定的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)物質(zhì)由一種構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)型時(shí)，要求有共價(jià)鍵的斷裂或重新形成。表明一個(gè)物質(zhì)應(yīng)有其特定的構(gòu)型。單糖的構(gòu)型以甘油醛為參照標(biāo)準(zhǔn)，甘油醛C2為手性碳，與其相連的-OH在

11、右邊的為右旋（D型）、在左邊的為左旋（L型），D型和L型互為立體異構(gòu)體，是一對(duì)對(duì)映體（entipode），具有對(duì)映體的結(jié)構(gòu)又稱手性結(jié)構(gòu)。單糖的構(gòu)型由于手性碳往往不止一個(gè)，因而規(guī)定：離羰基最遠(yuǎn)的不對(duì)稱C上的-OH方向判定糖的構(gòu)型，在右邊的為D型、在左邊的為L型。 醛糖 & 酮糖縮醛 & 縮酮半縮醛縮醛半縮酮縮酮鏈?zhǔn)?& 環(huán)式吡喃環(huán) & 呋喃環(huán)兩種可能的椅式構(gòu)象單糖的主要化學(xué)性質(zhì)單糖的化學(xué)性質(zhì)主要體現(xiàn)在多羥基醛、或多羥基酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征上，具有一切羥基及多羥基的反應(yīng)，如氧化、酯化、縮醛反應(yīng)；也由醛基或羰基的反應(yīng)；同時(shí)還有基團(tuán)間相互影響而產(chǎn)生的一些特殊的反應(yīng)。氧化反應(yīng)還原反應(yīng)酯化反應(yīng)成苷反應(yīng)寡糖由2

12、-10個(gè)單糖通過糖苷鍵連接而成，一般易溶于水、具甜味，最簡單的是二糖。麥芽糖乳糖蔗糖纖維二糖多糖（Polysaccharides）由許多單糖或單糖衍生物聚合而成，縮合時(shí)單糖分子以糖苷鍵相連，一般無甜味、無還原性、酸或酶的作用下可水解為雙糖、寡糖或多糖，重要的有淀粉、糖元、纖維素、幾丁質(zhì)、粘多糖等?？煞譃橥嗵呛碗s多糖。淀粉（Starch)廣泛存在于植物的種子和根莖中，熱水處理25分鐘能溶解的部分為直鏈淀粉（amylose, soluble starch），不溶解的部分為支鏈淀粉（amylopectin）糖元（Glycogen）有動(dòng)物淀粉之稱，細(xì)菌細(xì)胞中也有存在，動(dòng)物組織內(nèi)主要的貯藏多糖。結(jié)構(gòu)與

13、支鏈淀粉相似，但分支長度較短，一般由8-12個(gè)Glc殘基組成，分支多，分子量高達(dá)106-108。水解終產(chǎn)物是葡萄糖。 纖維素（Cellulose）自然界中分布最廣的糖，以纖維二糖（cellobiose）為基本單位縮合而成，纖維狀、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，約由10000-15000個(gè)-D-Glc殘基組成。人體消化酶不能水解纖維素，食草動(dòng)物利用腸道寄生菌分泌的纖維素酶（cellulase）將部分纖維素水解為葡萄糖。二、糖的生理功能提供能量。是機(jī)體重要的碳源。組成人體組織結(jié)構(gòu)的重要成分。如糖蛋白、糖脂是細(xì)胞膜的組成成分。特殊生理功能的糖蛋白，如 激素、酶 、免疫球蛋白等等。消化吸收消化部位：小腸腸粘膜細(xì)胞還存在有乳糖酶。吸收戊糖：被動(dòng)擴(kuò)散己糖：主動(dòng)吸收，伴有Na+的轉(zhuǎn)運(yùn)。稱為Na