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高等院校生物化学笔记一 生物化学Biochemistry1. 【教学内容与学时】第1讲：12学时；序论1学时，单糖1学时；2. 【教学目的和要求】了解生物化学的概念、研究对象和生物化学的发展简史；掌握单糖的结构和性质。3. 【教学重点与难点】生物化学的概念、单糖的立体结构、单糖的颜色反应。绪论一、生物化学的概念生物化学是研究生命现象化学本质的学科。生物化学就是生命的化学。生物化学是研究生物体内的化学分子构成，分子结构、性质、功能及其在体内代谢过程的学科。代谢包括物质和能量两方面。生物化学是研究生物的化学组成和化学变化的，所以生物化学也可以分作两大部分内容：化学组成部分，也称为静态生物化学，主要探讨构成生物体的分子类型、分子结构、化学性质及生物功能；化学变化部分，讨论的是生物体内的化学分子之间如何进行转化，即研究生物体内的化学反应，以及这些反应发生的部位和反应机理，以及伴随这些反应所产生的能量变化。简单讲生物化学就研究生物体的化学组成和生命中的化学变化。生命的本质倒底是什么？说起来很简单，但严格定义又困难。二、生物化学的发展史生物化学的研究始于18世纪下半叶，但作为一门独立的学科是在20世纪初。1629年荷兰人海尔蒙特进行了柳枝试验，100磅土，2磅重柳枝，只浇水，5年后土和柳枝共重169磅，土减少了二两，论文发表于1648年（死后2年）。1775年拉瓦锡进行定量试验，证明呼吸过程和化学氧化是相同的。并推测呼吸形成的CO2也是由于吸入了氧气，与体内的有机物结合并氧化为CO2，从而将呼吸氧化与燃烧联系在一起。1783年拉瓦锡和拉普拉斯在法国科学院院报发表论文，提出动物热理论呼吸相当于不发光的燃烧。并测定了释放CO2和释热的关系。现在一般把这一年称为生化开始年。并把拉瓦锡称为生物化学之父。但在这同一时期的开拓者还有普利斯特列和舍勒（Scheele），前者发现了光合现象；后者在1770年发现了洒石酸，之后又从膀胱结石中分离出尿酸，并对苹果酸、柠檬酸，甘油等进行了大量研究。舍勒是瑞典人，学徒工出身，非常热爱化学，最后成为化学家。进入十九世纪，科学发展大大加快，成就不断涌现，例如：1828年维勒（李比西的学生）人工合成了第一个有机物尿素，证明有机物可以人造。1838年施来登与施旺发表细胞学说。（在1839年）细胞是有机体，整个动物和植物乃是细胞的集合体。它们按照一定的规律排列在动植物体内。这一学说把植物和动物统一起来。*1842年李比西（德国人）在有机化学在生理学与病理学上的应用一书中首次提出新陈代谢一词。*1860年巴斯德又对洒精发酵进行了研究首次提出发酵是由酵母菌或细菌引起的，此研究为后来的糖代谢和呼吸作用研究奠定了基础。1871年米切尔（Miescher霍佩的学生-瑞典人）发表文章分离出核素，即DNA。当时年仅24岁，是首次从脓细胞中分离出脱氧核糖核蛋白。实际分离在1868年完成，论文在1871年发表。1877年德国生理学家医生霍佩赛勒，首次提出生物化学一词Biochemie，英文为Biochemistry。并且首次提出蛋白质一词。1897年Buchner用酵母无细胞提取液发酵成功，证明酶的存在。许多人开始提取酶，但都未成功。二十世纪初，在维生素、激素、酶的研究方面发展较快。1902年艾贝尔（Abel美国人）在德国学习七年，1903年制成肾上腺素晶体；后来又在1926年制成胰岛素晶体。1905年Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。同年Starling提出激素（Hormere）一词。 1907年霍克（池延登的学生，美国人）发表实验生理化学一书，实际上就是生物化学的前身。这就标志着生物化学已经形成，已经从生理学中独立出来。1911年波兰科学家Funk结晶出抗神经炎维生素，并命名为Vitamine，意为生命的胺，实际是复合维生素B。1913年米利切斯和曼顿研究了酶的动力学提出了米曼方程。同年Wilstatter和Stoll分离出了叶绿素。1930年Northrop分离出胃蛋白酶，并证明是蛋白质。1933年Krebs和Henselen发现尿素循环；同年Embdem和Meyerhof初步完成了糖酵解途径的中间产物研究。提出了糖酵解途径。1937年Krebs提出了三羧酸循环的假说；同年Lohmann和Selitser证明硫胺素是丙酮酸羧化酶辅基的组成成分；在此期间Kalcker及Belitser各自对氧化磷酸化作用进行了定量研究。1944年Avery，Maeleod和McCarty完成了肺炎球菌转化试验，证明DNA是遗传物质。1948年Calvin和Bessen发现磷酸甘油酸是光合作用中CO2固定的最初产物，并用了十年时间完成了卡尔文循环的整个代谢途径研究。同年Leloir等人发现了尿苷酸在碳水化合物代谢中的作用。1953年Watson和Criek利用X射线衍射分析了DNA结构，提出了DNA结构的双螺旋结构模型。这一发现为生物的遗传研究奠定了分子基础。通常把这一年确定为分子生物学的诞生年。同年（1953年），Sanger和Trhompson完成了胰岛素A链及B链的氨基酸序列测定，二年后报道了胰岛素中二硫键位置。1956年A.Kornberg发现了DNA聚合酶。与此同年Ubarger发现了从苏氨酸合成异亮氨酸时终产物异亮氨酸能抑制合成链中的第一个酶，即发现了生物合成过程 的反馈作用。1958年S.B.Weiss和Hurwitz等人发现了DNA指导的RNA聚合酶；同在此年Crik提出分子遗传的中心法则；Meselson和Stahl用同位素标记方法证明了DNA的半保留复制假说。1961年Jacob和Monod提出了操纵子学说，并指出了mRNA的功能；同年Weiss和Hurwitz从大肠杆菌中发现了DNA指导的RNA聚合酶；同年M.Nirenberg和H.Matthei发现了遗传密码（苯丙氨酸的）。为三连体核苷酸。1965中国首次人工全合成了牛胰岛素。从七十年代后，生物化学的发展主要集中在分子生物学方面。关于中国的生物化学发展，也做一简略回顾。【思考题】生物化学的研究对象是什么?生物化学的研究从什么时候开始,进入二十世纪生物化学的发展有什么特点?主要参考书1.王镜岩等 生物化学 第三版 高教出版社2.罗继盛等 生物化学简明教程 第三版 高教出版社3.沈仁权 顾其敏主编 基础生物化学 第二版 高教出版社4.王希成编著 生物化学 清华大学出版社5.周爱儒主编 生物化学 第五版 人民卫生出版社6.宁正祥 赵谋明编著 食品生物化学 华南理工大学出版社生物化学习题集1.生物化学习题解析 陈钧辉等编 南京大学出版社1986年8月第一版 科学出版社 2001年9月第二版2.生物化学习题集 张来群 谢丽涛主编 科学出版社 1998年10月第二版【教学内容与学时】第1讲：糖类/单糖 1学时（上接序论1学时）【教学目的和要求】了解单糖的一般性质、化学结构、生物功能。 【教学重点与难点】单糖的结构特点。第一章 糖类糖类是指含有多羟基的醛类或酮类化合物，及其产生的缩聚物或衍生物（水解后产生多羟基醛或酮）。糖类也称为碳水化合物，因大多数单糖的元素比为C：H：O为1：2：1。有时写成Cn(H2O)n，所以称为碳水化合物。但个别单糖并不遵循这一比例。例如：鼠李糖为C6H12O5；岩藻糖为C6H12O5；脱氧核糖为C5H10O4等等，这样就不符合碳水化合物的通式。第一节 单糖一、糖类概述1糖的分类按照功能基团可把糖分为醛糖和酮糖。按照有无其他非糖成分又可分为单成分糖和复合糖。单成分糖习惯上分为单糖、寡糖和多糖三类。（1）单糖 单糖只含有一个羰基，不能再水解为更简单的糖。取简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮。最常见的单糖是葡萄糖和果糖。含有醛基的叫醛糖，如甘油醛、葡萄糖等；含的酮基的叫酮糖，如二羟丙酮、果糖等。单糖又根据C原子数分为三、四、五、六、七碳糖，习惯也称为丙、丁、戊、己、庚糖。例如六碳糖就称为己糖。（2）寡糖 也叫低聚糖。天然的寡糖一般由26个单糖聚合成。自然界中较多的是二糖和三糖，最常见的二糖是蔗糖和乳糖。（3）多糖 是由多个单糖通过糖苷键聚合成的高分子化合物。单糖数随机而不固定，所以多糖没有固定的分子量和确定的物理常数。如果多糖分子由同一种单糖聚合成，称为称同聚多糖或均一多糖，如淀粉、纤维素等；如多糖分子中有两种或多种单糖或其他非糖物质，称为杂聚多糖或简称杂多糖，如肽聚糖、果胶、透明质酸、海藻酸等。2糖类的生物学作用糖类的生物学作用主要有以下几方面：能量物质；结构物质；信息及生理活性物质。（1）糖是生物能量的主要来源糖是人类的主要食物，人体能够代谢的糖类主要是葡萄糖和淀粉，撮入体内经胃酸分解为葡萄糖，经血液运输到各个细胞及组织微生物和低等动物除可以利用葡糖外，也能利用其它糖类，例如真菌可分解纤维素。（2）糖是细胞及组织的重要结构成分 如核酸中的核糖，细胞膜的糖蛋白、糖脂；结缔组织的透明质酸、硫酸软骨素等；低等生物的胞壁酸、几丁质等；植物细胞壁的主要成分是纤维素和半纤维素及果胶等多糖组成。（3）作为生理活性物质 例如肝素具有抗凝血作用。（4）作为生物信息载体 糖类有多种异构体，结构变化丰富，再与蛋白结合形成糖蛋白，作为分子间识别及细胞间识别的重要信息物质。例如人体的免疫反应，植物花粉和柱头的识别等。二、单糖的分子结构1单糖的链式结构 所有单糖均可以链式结构存在。（1）分子构型的概念 构型是指一个分子中各原子或基团在空间的固定排列，使分子呈现特有的立体结构。构型发生转变时，共价键要发生断裂和重新形成。构型与构象不同，构象是由于单键旋转使分子中基团之间位置发生相对变化，构象可随时变化，但不发生共价键断裂。构造异构是分子中原子连接的次序不同，而构型异构是分子中原子连接的次序相同，但在空间排列方式不同。构型异构和构象异构又都叫立体异构。 （2）单糖的立体异构表示法 DL型表示法 以甘油醛作参照物，按Fischer投影式表示：把命名时编号最小的碳原子放在上面，基本碳链的碳原子放在下边，手性碳放在中间，上下的碳原子指向纸平面的背面，中心碳原子左右的基团指向纸平面的前面。根据分子手性碳上羟基位置排列确定构型：OH在左侧为L型；OH在右侧为D型。这是人为规定的。D型甘油醛和L型甘油醛是对映体，或叫旋光异构体（光学异构体），也就是通常所讲的立体异构体。而甘油醛和二羟丙酮之间就是同分异构体，或者称构造异构体（结构异构体），属官能团异构。其他单糖的构型都以甘油醛作参照。RS型表示法 这种表示法不用参照物，比较准确但麻烦。按手性碳上四个基团大小排列顺序，最小的基团远离眼睛，余下三个基团排在眼前，由大小到小顺序排列为顺时针方向的为R构型；反时针方向的为S构型。按RS构型则D型甘油醛为R型；L型甘油醛为S型。（3）对映体的旋光性 对映体有旋光性。偏振光通过有旋光物质的溶液时，偏振光会发生旋转一定角度。沿顺时针方向旋转称右旋，用（+）表示；沿反时针方向旋转称左旋，用（）表示。旋方向和DL构型无关（无必然联系）。偏振光旋转的角度叫旋光度。是旋光物质的一种物理常数。在一定条件下测定是不变的。为了便于比较，常将温度、浓度、光波长、旋光管长度固定。这样测得结果称旋光率（过去叫比旋度）。（4）单糖的链式结构(略)2单糖的环式结构（1）缩合方式醛基同分子中哪一个羟基缩合，关键看键角稳定性。C原子键角为109o28，六元环内角为120o，比较接近。再者由于不是在同一平面上，键角可能接近109o。相对讲，4元5元不如六元环稳定。六元环也叫吡喃型环。从实验得知，葡萄糖一般形成六元环，果糖一般形成五元环。单糖从链式转为环式结构，结构式也改为环式结构。但用费雪式投影式不方便，用哈沃斯投影式更接近实际。可从费雪式改成哈沃斯式。（2）、型异构体新形成的非对映异构体单糖成环后，由于环状分子键不能旋转，又多出一个手性碳。如葡萄糖1位碳和果糖的2位碳。新产生的手性碳衍生出两个异构体，分别称型和型。也叫异头物。两种类型异构体旋光度不同。例如葡萄糖，?-(D)型为112?，-(D)型为18.7?，所以配制的葡萄糖液会变旋，达到二者平均值52.7?。与型也达到平衡。环式结构更有利于分子的稳定性，因醛基没了，键的转动减小了，键角也可能张力更小些，所以在多聚糖中，大都是以环状结构存在，否则长链易乱。自然界中的单糖大多是D型，极少数为L型。人体及高等动植物，也只能利用D型糖，人只能利用D葡萄糖。3单糖分子的构象构象是构型相同，但由于单键的旋转产生的基团空间排列相对位置变化。以葡萄糖为例，六元环并不是处于同一平面，键角的存在使六元环有两种构象：椅式和船式。从热力学角度出发，能量越低越稳定。在室温下，以椅式占大多数，比船式更稳定。稳定的依据是环的张力大小和环上原子形成的键角。有两种，一种为直立键，另一种为平伏键e，椅式中平伏健更多一些。三、单糖的理化性质1物理通性（1）除二羟丙酮外，都具有旋光性。（2）溶解性好，大多糖可在水中较大溶解度，易提取。（3）单糖均有不同程度甜味，一般以蔗糖为标准，果糖最甜，其次为蔗糖、葡萄糖。 2主要的化学反应（1）氧化还原反应单糖的自由醛基或酮基在碱液中转为烯二醇，变得活泼，可还原一些金属离子如Cu+、Ag+、Hg+等。与裴林试剂反应生成砖红色沉淀（氧化亚铜）。单糖的还原反应要求强还原剂，如钠汞齐（Na2HgHCl）或锌汞齐（ZnHgHCl）。（2）缩合反应 一般是通过脱水缩合生成苷或酯。这也是生物体内经常发生的反应。成酯 糖在体内代谢时首先要磷酸化生成磷酸酯。成苷 糖的OH可以和配糖物的H或其他基团脱水成苷，如核苷等。严格说是糖的羟基与另一含有羟基化合物脱水形成糖苷键，如苦杏仁苷。糖与糖之间缩合形成二糖、三糖或多糖也是糖苷，但却不称为苷。（3）单糖的脱水作用及颜色反应单糖可与强酸作用脱水生成糖醛，再与蒽酮或酚类反应显色。例如用12%浓盐酸加热获得糠醛（也可用硫酸）。但已酮糖与HCl作用产生羟甲基糖醛反应速度快些。糖醛可与酚类或蒽酮产生颜色物质。（但结构不清楚）（4）氨基化反应生成糖胺 主要生物体内进行，一般在C2位或C3位OH被取代。在微生物中，主要产生N乙酰氨基糖。NAG和N乙酰胞壁酸是构成肽聚糖的成分，细菌细胞壁主要成分就是NAG和NAM与短肽交织联接形成的肽聚糖。NAG也是壳多糖（几丁质）的单体成分，是甲壳类动物及昆虫外壳的结构成分。N乙酰半乳糖胺是软骨蛋白的成分。有些抗生素有氨基糖，如氨基糖苷类及大环内酯内抗生素。【教学内容与学时】第二讲：寡糖与多糖 34学时【教学目的和要求】了解寡糖与多糖的主要化学性质；掌握多糖的结构特点。【教学重点与难点】寡糖与多糖的化学结构。第二节 寡糖与多糖寡糖与多糖的共同点是都属于单糖的聚合物，只是聚合的程度不同。寡糖和多糖是人类重要的食物来源和工业原料。多糖是自然界存在量最大的一类有机物质。多糖又分为同聚多糖和杂聚多糖。尽管多糖种类变化多样，仍然存在一些共性，例如在物理性质上：都是高分子化合物，分子量不固定，难溶于水或根本不溶于水，也不能形成晶体，没有甜味，旋光性不明显。在化学性质上：化学性质比较稳定，除了在一定条件下发生水解反应外，很难发生氧化、还原、成苷、成酯等反应，尤其是构成动植物骨架的多糖如纤维素、几丁质等，化学性质更为稳定。一、寡糖寡糖一般为26或28个单糖聚合物，以二糖和三糖多见，尤其是二糖在生物体内的作用更为重要。常见的二糖主要有蔗糖和乳糖。寡糖也属糖苷，习惯上不叫糖苷，称寡糖，糖苷多指糖与非糖（配糖物）的缩合物。1蔗糖 化学名称应为葡萄糖.（1?2）果糖苷。分子式为：蔗糖没有半缩醛羟基，在化学性质上没有还原性，叫非还原糖。物理上有变旋现象。因葡糖为D（52.5?），果糖为D（92），蔗糖66.5?，水解后果糖葡糖各一半，取平均旋光约为20.2?度，旋光度从右旋66.6?转为左旋20.2?，称为变旋现象。故蔗糖又叫转化糖，蔗糖酶也叫转化酶。2麦芽糖 又叫饴糖，重要的制糖工业原料，一般由淀粉制取，是淀粉的水解产物。可以被麦芽糖酶水解为2分子葡萄糖。 重点8+2大学教授的生物化学笔记2 2006-10-4 10:05:00 | By: 嘀嘀踏雪狼&SCI 如果是1?6糖苷键则为异麦芽糖，也是淀粉水解时产生，是支链处产物。麦芽糖保留了半缩醛羟基，仍是还原糖。3乳糖 也是还原糖，化学名为，分子式为：乳糖也是重要的二糖，大量存在于乳汁及乳制品中，不很甜，溶解性略差，所以奶粉呈乳状。体外可被稀盐酸水解，体内可被乳糖酶水解。4其它寡糖 其它一些寡糖，对人类不重要。例如：纤维二糖为二分子D葡萄糖，人不能消化；密二糖是D半乳（1.6）D葡糖苷，再接（1.2）D果糖构成棉子糖：还有海藻二糖（在海藻中多）、龙胆二糖等。二、多糖1淀粉及糖原 直链均为D葡糖以1.4苷键聚成，支链1.6苷键形成。淀粉由植物合成，有的是直链，分子量在15万，有的有支链，分子量在510万，天然淀粉中为直链和支链淀粉的混合物。淀粉可在淀粉酶下水解或经酸水解：淀粉红色糊精无色糊精麦芽糖葡糖糖原是由动物合成，特点是全部分枝，并且支链分支多而短，支链一般2030葡糖。支链还可再分支。糖原也可在淀粉酶作用下水解形成糊精和麦芽糖，再水解为葡萄糖。在性质上，直链淀粉微溶于水，溶于热水，支链不溶于水，但遇水吸收膨胀或糊状。糖原可溶于沸水。淀粉遇碘显紫色（直链）或紫红色（枝链），糖原遇碘显棕红色。在淀粉链的螺旋圈里，每圈可容纳一个碘分子。2纤维素 全由D葡萄糖以1.4苷键聚成。纤维素和淀粉相似但无分支，不溶于水，对稀酸碱稳定，可被纤维素酶水解为纤维二糖。真菌等一些微生物可分泌纤维素酶分解纤维素。纤维素可溶于浓硝酸及磷酸，浓硫酸也可以，但易炭化。浓碱也使其溶解。3几丁质（壳多糖） 是N甲酰葡糖胺的聚合物，也是1.4苷键。分子片段为：几丁质是甲壳动物及昆虫体壁物质，称无脊椎动物外骨骼。现在经过开发研究，已经能够大量应用于工业或其他方面。4琼胶 也叫琼脂，存在于海藻的石花菜尾石莼中，是由-D半乳糖以1.3糖苷键缩合，但在链的末端不是半乳糖，而是一个L半乳糖的硫酸酯，SO3H接在半乳糖的6位OH上。琼胶可溶于热水，吸水膨胀，冷却后凝胶状，微生物不能使其液化，故多用于培养基。是生物实验室必备试剂，也用于电泳，负疫扩散等等。以上几种多糖均由同一种单糖聚成,称为同聚多糖,否则称为杂聚多糖.自然界中杂聚多糖存在非常广泛，种类也不知有多少。但有一些已为人们所熟悉。5肽聚糖 是细菌细胞壁主要成分。分子中有短肽链，结构片段如下：构成细菌细胞壁时以肽链进行交织成网状，单体以NAG、NAM和五肽为主，有一些不常见的氨基酸连在侧链上。有些和高等动物透明质酸相似，也有N乙酰葡糖胺单体。6透明质酸 由-D葡萄糖醛酸和-D葡糖胺重复交替联接聚成，以13苷键连接，属糖胺聚糖，结构片段如下：透明质酸主要存在于动物的结缔组织中，以及关节腔，滑膜腔等。在某些细菌中也有此成分，如甲型链球菌，是唯一的人菌同源成分，所以易侵染。现在透明质酸是药用和工业用品，医药用于眼科手术，工业用于化妆品用作保湿因子，应用逐渐增多。三、复合糖（结合糖）糖与非糖物质结合，如脂类及蛋白质，共价结合形成糖脂或糖蛋白，或蛋白多糖。前述的肽聚糖实际就属结合多糖。在杂聚多糖和结合糖之间也没有明显界线，如糖蛋白和蛋白多糖，这里就是说，非糖组分较大则看作结合糖，二者共价结合在一起，而不是作为基团存在。糖蛋白的功能较多，结构也不清，如血浆糖蛋白、免疫球蛋白，粘液粘蛋白、及在消化道和唾液中的糖蛋白等。糖脂是糖与脂之间通过糖苷键连接的，如脑苷脂类，神经节苷脂类等，还有脂多糖。【思考题】糖类是一类什么物质，对生物有什么作用?单糖的同分异构体是怎样产生的？如何用简便方法鉴别糖类？单糖怎样聚合成多糖，同聚多糖和杂聚多糖在结构上有何区别？教学内容与学时】第15讲：多糖的分解；葡萄糖的分解途径；第2930学时。【教学目的和要求】了解淀粉、糖原、麦芽糖等在动植物体内的降解过程。【教学重点与难点】代谢的概念；淀粉与糖原的降解。第十章 糖代谢第一节 多糖与寡糖的分解和转运一、代谢的概念1代谢（metabolism）概念 是指活细胞内发生的所有化学反应（包括能量变化）的总称。和生物化学反应是同义语。但现在很多生化反应可以在体外模拟进行，所以代谢就是指生物体内的化学反应。化学反应的类型很多，按有机化学反应类型有取代反应、消去反应、加成反应、重排反应、氧化还原反应等，按反应历程分离子型反应和自由基反应，按酶促反应有氧化还原反应、基团转移反应（相当取代反应）、水解反应（也是取代反应）、异构反应（相当重排反应）、合成反应（相当加成反应）、缩合反应（相当消去反应）等。代谢除上述化学反应导致的物质转化外，还包括能量和信息的代谢。能量代谢离不开物质变化，物质代谢也离不开能量变化。根据物质的变化，一般将代谢反应分为两类，分解代谢与合成代谢。分解代谢反应又叫异化作用。是大分子降解为小分子，同时释放能量，例如糖酵解中葡萄糖生成小分子丙酮酸或乙醇。合成代谢反应也叫同化作用。多是由小分子物质合成大分子或聚合成高分子化合物。小分子可以是简单的无机物，也可以是有机物。在合成代谢反应中，常需要供给能量。2生物代谢的一般特点生物体内的代谢反应与自然界中其它化学反应相比，有以下一些特点（特征）（1）生物体内的代谢反应全部由酶催化完成。（2）代谢反应条件和缓稳定。（3）代谢受生物自身的调节代谢可调节性。（4）代谢反应的区域化。（5）代谢反应的有序性。生物体内的很多代谢反应并不是单一的，往往是很多反应连在一起，形成一个反应序列。可以是直链式的，也可以是分枝的，还有是循环圈式的。很多代谢反应的序列比较固定，通常称这样一个有序的反应序列为一个代谢途径。二、动物对糖类的消化与吸收糖类在动物体内的水解称为消化，消化后由肠细胞转运到血液中称吸收，然后由血液运往周身。1多糖的消化人类摄入体内的糖类中可消化的多糖主要有植物淀粉和动物糖元可以消化，消化的酶为淀粉酶。产生淀粉酶主要是唾液腺和胰腺。唾液中淀粉酶很少，淀粉在口腔中只消化一小部分。胃中不分泌淀粉酶，但胃酸可少量水解淀粉。胰腺是淀粉酶分泌主要场所。淀粉酶水解淀粉是水解1.4苷键，从中间内切作用，全打断淀粉生成麦芽糖、异麦芽糖及4 9个葡糖的糊精。水解产物是极限糊精、麦芽糖和葡糖的混合物。2寡糖及双糖的消化人类可以消化水解的二糖主要是麦芽糖、蔗糖、乳糖及小分子糊精，小肠含有麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶，可将上述二糖水解为单糖，即葡糖、果糖、半乳糖而被吸收。食入的纤维素及多聚戊糖不能消化吸收。3糖在肠内吸收单糖容易在肠腔中被吸收，但吸收速度不同。速度为半乳糖葡糖果糖甘露糖木糖阿拉伯糖。糖的吸收是一种协同转运，即随Na+吸收而进入的，即不直接依赖能量，但转运离子浓度梯度也是能量，在浓度差下伴随进入细胞，可能也有专一载体。动物细胞中还有一种变旋酶，可使、D葡糖互变达到平衡。二、植物体内淀粉的水解植物积累淀粉的器官主要是种子及一些贮藏根类，淀粉水解由淀粉酶和淀粉酶催化。淀粉酶是内切淀粉酶，水解产物是小分子糊精为主，只能水解1.4苷键，水解速度很快，此酶往往只存在于发芽的种子中，如麦芽中含量丰富。淀粉酶又叫1.4葡萄糖基麦芽糖基水解酶，水解产物是麦芽糖，属外切淀粉酶。淀粉酶是从非还原末端切下麦芽糖，遇分枝处产生异麦芽糖。和淀粉酶只能水解淀粉达4555%左右，剩下的分支组成一个淀粉酶不能作用的糊精称极限糊精。植物体内有一种脱枝酶，或称R酶，水解1.6苷键。植物体内还有一种淀粉磷酸化酶，催化淀粉产生葡糖1磷酸，必须磷酸存在。植物不存在吸收问题，水解为葡糖还要转化为蔗糖运走，或直接用于呼吸分解。蔗糖水解由蔗糖酶完成，转化由蔗糖合成酶完成： 非绿色组织UDPG+果糖?蔗糖+UDP 绿色组织中UDPG+果糖6磷酸?磷酸蔗糖+UDP。此外，微生物可分解几乎所有的糖类。【教学内容与学时】第16讲：葡萄糖的分解途径；第3132学时。【教学目的和要求】了解葡萄糖在生物细胞内的分解途径。【教学重点与难点】糖酵解途径、柠檬酸循环、磷酸戊糖途径。第二节 葡萄糖的分解代谢途径葡糖的分解也是多个反应才完成的，其分解途径也不止一种。多条代谢途径的存在也是适应自然环境的结果，有效地保证糖分解代谢进行，维持生命活动正常。一、糖酵解途径EMP糖酵解途径是糖代谢分解的基本途径，广泛存在于所有生物细胞中，由于开始是在微生物发酵中发现（酒精发酵），所以称为糖酵解。糖酵解途径是由多位生物化学家努力完成，其中Embden、Meyerhof和Parnas三位贡献较大，为纪念他们，将糖酵解途径称作EMP途径。1途径特征：糖酵解底物为葡萄糖，经十步酶促反应生成丙酮酸。反应在细胞液中进行，整个反应不需分子氧。又称分子内呼吸。丙酮酸去路：在有氧条件下，继续进入另一个分解途径三羧酸循环；在无氧条件下脱羧并还原生成乙醇（酵母、植物），或直接还原为乳酸（动物）。在微生物中，有些是无氧产生乙醇，有些是无氧产生乳酸，如酸奶制作。2代谢反应 整个代谢途径如下：整个途径有10步反应。反应结果是：一葡糖分子形成2分子丙酮酸，2分子NADH，4分子ATP。但葡糖和果糖磷酸化用共2ATP，净剩2ATP，还形成1分子水。NADH在线粒体中氧化可产生3分子ATP，所以糖酵解等于生成8分子ATP。但NADH不能直接进线粒体，需通过一种转换将2H交换进去，交换中会消耗掉一个ATP的能量，所以一般书中写生成6个ATP。胞液中NAD+有限，如果得不到氧化，NADH只好还原丙酮酸生成乳酸。在酵母菌中则丙酮酸脱羧生成乙醛，NADH还原乙醛生成乙醇这即是酒精发酵。糖酵解途径（无氧呼吸）不消耗氧，这一途径所有生物基本都有，也可以证明生物起源的同源性。另外，酵解产生的磷酸二羟丙酮可直接羧化生成草酰乙酸再还原为苹果酸进入线粒体，还原可用NADH，也可用NADPH。进线粒体可再转化为丙酮酸或草酰二酸，作为草酰乙酸补充途径。二、三羧酸循环途径（柠檬酸循环）三羧酸环又叫TCA环，Krebs环。循环包括两部分，丙酮酸脱酸和柠檬酸环。1丙酮酸脱羧丙酮酸在细胞液中不能继续氧化，必须进入线粒体，进行氧化脱羧，生成乙酰CoA，即活化乙酸，才能进三羧酸环中进一步氧化，最后形成CO2和H2O。在原核生物中也有TCA环，但无线粒体，是在细胞质中进行，生物氧化在质膜内膜上发生。丙酮酸在线粒体中脱羧是由丙酮酸脱氢酶系来完成。此酶是多酶复合体，共有三个酶构成，位于线粒体内膜上，原核生物也是多酶体系，三个酶E1、E2、E3还有6种辅助因子。丙酮酸脱羧酶（E1） TPP为辅酶二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2） 硫辛酸为辅酶，还有CoASH二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 此酶有辅基FAD，还有辅酶NAD+，以及Mg+离子参加。丙酮酸脱氢酶系也是一个调节酶和限速酶，其中：乙酰CoA和NADH都对此酶系抑制，乙酰CoA抑制E2，NADH抑制E3。抑制效应可被CoA和NAD+逆转。2三羧酸循环的反应是一个循环反应圈，一圈共十步反应。乙酰CoA加入后第一产物是三羧酸，柠檬酸，故名之。3三羧酸循环的调节酶及能量转化循环中大多反应是可逆的，有三处不可逆，即柠檬酸合成，异柠檬酸脱羧（实际是草酰琥珀酸脱羧）和酮戊二酸脱羧，这三步也都是调节酶，尤其是柠檬酸合成酶，是限速酶。其中苹果酸草酰乙酸一步，是不利于正反应的，在体外单独反应不能进行，在TCA环中可能在草酰乙酸过度消耗下，二者浓度悬殊时可以正反应。草酰乙酸和酮戊二酸常离开循环，用于天冬氨酸和谷氨酸合成，维持循环要补充。称回补。一般是回补草酰乙酸，途径有二：（1）丙酮酸+CO2+ATP+H2O ?草酰乙酸+ADP。（2）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）+CO2+GDP ?草酰乙酸+GTP在循环中，除琥珀酸脱氢酶外，辅酶脱氢都是NAD+全反应结果为：1丙酮酸+1GDP+1FAD+4NAD+3H2O3CO2+ 1GTP+1FADH2+4NADH（4H+）（4NAD+中包括丙酮酸脱羧的1个），但脱下的5对氢经电子传递可与分子O2形成5分子水，净耗水2个 分子。（应该消耗3分子水）NADH在线粒体呼吸链中氧化，其P/O比为3，即可生成3分子ATP，而FADH2的P/O为2，可生成2ATP。一分子丙酮酸总共生成43+12+1=15ATP。一葡糖可生2分子丙酮酸，可产生30ATP，产能较多。如果将糖酵解算在内，酵解产2NADH和2个ATP，相当于8ATP，所以一分子葡糖完全氧化可产生38ATP。一摩尔葡糖完全氧化自由能686大卡，ATP水解为7.3大卡，7.338=277.4277.4686=40.4，如果按36ATP算，转化率为38.3%，转化率比较高。但外源NADH进线粒体才能氧化，进线粒体时要交给FAD，结果少生成2个ATP，所以书中常写生成36ATP。三、戊糖磷酸途径此途径也叫已糖支路HMS、HMP、PPP途径等。在胞液中进行。1途径的代谢反应反应式：2能量及物质转化一分子葡糖每次脱去一分子CO2，生成一分子核酮糖和2分子NADPH，总反应为：葡萄糖+ATP葡萄6磷酸+ADP葡萄糖6磷酸+2NADP+H2O核酮糖5磷酸+2NADPH（2H+）3分子核酮糖5磷酸2分子果糖6磷酸+1分子甘油醛3磷酸，如果按葡糖脱羧5次全转化为CO2，则可生成10NADPH。在整个反应中转化形成五碳糖三种，四碳糖1种，七碳糖一种。可以说中间产物从C3C7碳全有。生成的NADPH是无法直接氧化，主要用于脂肪合成或其它合成反应。要进线粒体，只能转化为FADH2，只能生成2分子ATP。3途径的特点：此途径：（1）在细胞质中进行（2）不需分子氧（3）NADP+为脱氢酶辅酶（4）不直接产生ATP（5）中间产物有多种碳架从C3C7。此途径中葡糖6磷酸脱氢酶是调节酶，受NADPH反馈抑制。4途径的生理意义（1）作为糖酵解和三羧酸循环的补充途径，在无氧时仍可氧化葡糖，提供NADPH。（2）为其他物质合成提供碳架，此途径中间产物有C3C7碳架，例如核糖5磷酸可用于合成核酸，这是主要的意义，赤藓糖4磷酸和甘油醛可用于合成莽草酸，进一步合成芳香氨基酸，有利于蛋白合成，在植物还有利于木质素等多种次生物质合成。 重点8+2大学教授的生物化学笔记3 2006-10-4 10:05:00 | By: 嘀嘀踏雪狼&SCI （3）形成的NADPH可用于多种合成途径作供氢体，重要是脂肪酸合成需大量NADPH，动物在红细胞中用于还原谷胱甘肽。（4）此途径可沟通糖酵解，在植物还可沟通光合作用的卡尔文循环，卡环几乎是此途径的倒转。【教学内容与学时】第17讲：单糖的合成（光合作用和糖异生作用）；第3334学时。【教学目的和要求】了解植物的光合作用及糖异生作用过程和生物学意义。【教学重点与难点】光合作用的原初反应，糖异生的调节。第三节 单糖的合成一、光合作用（一）光合作用的概念及意义1概念 光合作用是绿色植物将光能转化为生物可以利用的化学自由能的过程。如果准确讲：是绿色植物分解水释放O2，还原CO2为有机碳，将光能转变为生物可得用的化学自由能过程。在这一系列过程中，二氧化碳被还原为有机碳，同时释放出氧气。光合作用的简单化学式表示如下：6CO2 + 12H2O 叶绿体 hv C6H12O6 + 6O2 + 6H2O当然，反应是由一系列酶催化形成的反应途径，反应途径中有很多中间代谢产物，这些中间产物可以离开代谢途径用于其他代谢中。凡具有光合作用能力的生物称自养生物，主要为绿色植物及一些光合细菌。2意义：光合作用有三个重大意义：（1）同化太阳能为化学自由能存贮于有机物中。是地球上除核能外的所有能量来源。（2）同化无机碳为有机碳，构成有机物的主要来源。是所有生物的食物来源。（3）释放氧气，维持生态环境平衡。其他星球无氧气。（二）叶绿体与光合色素光合作用是生物界最重要的生化反应，属于碳同化代谢。但只有绿色植物的叶绿体才能进行光合作用（光合细菌不能进行完整的光合作用），绿色植物细胞中叶绿体数相差很大，叶片的叶肉细胞中可多达100从上，有的藻类细胞只有一个。1叶绿体的结构扁椭园形（透镜形），普通光学显微镜下看不到，5 10微米大小，两层单位膜，两膜之间有一空间相隔，外内膜不相联，内膜不折叠（与线粒体不同）。叶绿体充满基质，并悬浮一个层膜系统。这些层膜围成多个扁平封闭的囊，叫类囊体，如馅饼一样，多个类囊体叠垛一起，叫基粒，单个的叫间质片层。一个叶绿体中基粒数不等，20 200个。2光合色素 在叶绿体的基粒及片层中排列大量光合色素，有两类：叶绿素和类胡萝卜素。（1）叶绿素 分子式：（2）类胡萝卜素 包括叶黄素和类胡萝卜素。都属于萜类化合物。胡萝卜素又分为、三种。在叶中一般为型。 类胡萝卜素不是光合主要色素，而是辅助色素，又称天线色素，帮助接收光能。（三）光合作用的原初反应1光合作用中心和光色素系统上述很多色素分子构成光合单位，排列有序，这种有序是靠色素蛋白质形成一个固定结构，色素不是游离的。在这个色素分子和色素蛋白形成的有序排列结构中，有一部分是核心部位，称光合作用中心。就是能进行原初反应的核心结构单位。在这个核心结构单位中（光合作用中心中），有一个中心色素分子，叶绿素a，还有一个原初电子受体和一个原初电子供体。中心色素分子接受光量子（传来的或车辐射来的）发生电子跃迁，跃迁后如不再传递则返回不做功，如传递，则需有另一分子接受，能接受电子的分子及其结构体就是电子受体。那么电子跃迁转移后，留下个电子空穴，还要有人补充。这个补充电子的分子集团就是电子供体。光色素系统包括：最初电子供体中间电子传递体原初电子供体中心色素分子原初电子受体中间电子传递体最终电子受体。在植物细胞中，光色素系统经实验表明有2套。证据是双光增蓝和红降。根据中心色素分子的最大吸收峰称为PSI和PSII，系统I和系统II（PSI700；PSII680）。2光合原初反应中的电子传递（1）电子传递的方向 在原初反应中，电子是从水传到NADP+，中间由一系列电子传递体组成。中间递体反复氧化还原，反复利用。（与呼吸链相似但组成不同。）电子传递方向是由相邻电子递体的氧化还原电位决定的，电位负值越大，还原力越强，电子应从电位负值大流向负值小处，流向正电位处，这是热力学决定的，顺能量梯度传递的。（2）电子传递链 参加光反应的所有电子递体，按一定顺序（氧化还原电位）排列起来就构成一个链，称电子传递链。关于链中有些成员目前还不十分清楚。在这个电子传递链中，进行了一系列的氧化还原反应，但中间递体是反复利用，最终受体不断形成NADPH+H+。最初电子供体几廉价的水，取之不尽，取走电子后水被光解离，生成2H+和1/2O2。生成的H+最后与NADP+结合，并传入电子成还原态NADPH。在电递体之间，电势落差超过30KJ/mol的ATP水解能，则形成ATP。因在光合过程中形成，故称为光合磷酸化。光反应的结果，是形成了还原态NAPPH和ATP，这都是高能量物质，可用于碳同化中的还原过程及能量需要，所以又称同化力。3光合磷酸化在光反应的电子传递过程中，形成ATP的过程主要在PSII和PSI之间，电势落差在0.43伏，相当于41KJ，远大于ATP水解能30KJ。但ATP形成是化学反应 ，要在电子传递过程中同这个化学反应偶联起来，需一个偶联因子。这一偶联因子已找到，有5个亚单位，具有ATP合成酶的性质。四、光合作用的碳同化反应CO2的同化形成糖，同化途径有三条，卡尔文循环途径，C4途径和景天酸代谢途径，但比较普遍存在的是卡尔文循环途径：卡尔文循环途径大致可分为三个阶段：CO2的羧化PGA的还原及RuBP的再生。1CO2的羧化分子式：是亲核进攻，直接加上去的。核酮糖1.5二磷酸，先转变成烯醇式。催化反应的酶称RuBP羧化酶。 图RuBP羧化酶也简写为Rubisco，广泛存在于叶绿体中，有8个大亚基和8小亚基，书上说，但文献中都说有16对大亚基和16对小亚基，总共64个亚基。2PGA的还原分子式：能量消耗：同化1分子CO2要消耗2分子ATP和2分子NADPH+H+，如此计算，形成一分子葡萄糖需12ATP和12NADPH，这其中还不算RuBP再生能量需要。每再生一个RuBP还要消耗1个ATP，所以形成一个六碳糖要消耗18ATP，含能量140千卡，12NADPH含能量615千卡，总755千卡，葡萄为680千卡，转化率达90%，效率非常高。3RuBP的再生（更新）CO2羧化用掉了RuBP，须及时补充，这就是卡尔文循环。分子式：一个6碳糖和3个三碳糖可生成3个RuBP，整个卡尔文循环叶绿体基质中进行。二、糖异生途径所谓异生是指从非糖物质合成葡糖的过程，例如食入的脂肪、蛋白质、氨基酸及有机酸等等。1糖异生途径的反应如下： 分子式可以看出，糖异生途径基本就是糖酵解过程的逆转，中间产物是相同的。起点物是丙酮酸或草酰乙酸，终产物是葡萄糖。糖酵解中多数反应是可逆反应，只有三步不可逆。所以，在这三步不可逆反应中糖异生需走另外途径绕过，这就是糖异生的关键处。2糖异生的三处关键反应（1）丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 糖酵解中，磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸这一步不可逆，丙酮酸激酶不催化逆反应，须绕过此处，绕过方式是通过草酰乙酸返回。分子式：生成磷酸烯醇式丙酮酸即可按糖酵解逆反应返回到甘油醛3磷酸和磷酸二羟丙酮，再经醛缩酶催化逆反应形成果糖1.6二磷酸。但问题在于，丙酮酸羧化酶在线粒中，不在细胞液中，所以丙酮酸要进线粒体才能羧化产生草酰乙酸，丙酮酸可以自由通过线粒体。草酰乙酸不能通过线粒膜自由出入到达细胞液，而苹果酸可以出来，所以草酰乙酸要在三羧酸环中按逆行反应生成苹果酸。分子式：苹果酸再出线粒体来到细胞液，由苹果酸脱氢酶催化脱氢生成草酰乙酸。从PEP到丙酮酸在酵解中产生一个ATP，而逆反应则消耗2个ATP，所以糖异生是必须在能量充足条件下才能进行。一般在肝细胞中进行，肝血流量大，供氧充足。（2）果糖1.6二磷酸果糖6磷酸 在糖异生逆行中，生成果糖1.6二磷酸后，此反应再不能逆行转为果糖6磷酸，磷酸果糖激酶不催化逆反应，须绕过。反应由果糖二磷酸酶（过去称果糖磷酸酯酶）催化：分子式：这一步反应也是不可逆反应，在糖酵解中这一步正反应消耗1分子ATP，而逆反应却不生成ATP。这一步反应是糖异生的关键反应，也是糖异生的调节部位。果糖二磷酸酶是别构酶，可被AMP和2.6二磷酸果糖强烈抑制，而被ATP、柠檬酸、三磷酸甘油酸激活。（3）葡萄糖6磷酸葡萄糖 果糖6磷酸可经逆反应生成葡糖6磷酸，是可逆反应。但葡萄糖要脱去磷酸基，须经葡糖6磷酸酶催化。已糖激酶不催化逆反应。葡萄糖6磷酸H2O 葡糖6磷酸酶 Mg+ 葡萄糖Pi 葡糖6磷酸酶在脑和肌肉中不存在，原因可能脑和肌肉消耗糖多，不存在输出。葡糖6磷酸酶还可将葡糖运送到血中去。 整个途径能量计算：2丙酮酸2NADH+4ADP2GDP4H2O 1葡糖2NAD+4ADP2GDP6Pi全过程共消耗6个ATP，而酵解过程产生2个ATP，糖异生相当于消耗4个ATP，即净损失4个ATP。3糖异生途径的前体（1）凡是能转化为丙酮酸或草酰乙酸的物质均可转为葡糖。（2）生糖氨基酸。多数氨基酸（15个）可转变为丙酮酸，只有亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸不生糖。（3）肌肉剧烈运动产生乳酸，可经血液运至肝脏进入糖异生。（4）脂肪酸氧化产生的乙酰CoA可经乙醛酸循环转为草酰乙酸进入糖异生。但此途径只限于植物。4糖异生的意义糖异生通过非糖物质转化为糖，为动物扩大糖代谢底物来源，使之能彻底分解氧化供能。同时由于糖异生，使糖原合成原料增加，不只依赖于外源糖类摄入。并且体内的脂肪也可经糖异生转化为糖（植物），沟通糖和脂及蛋白质之间的代谢。更主要意义在于动物运动产生大量乳酸是代谢盲路，只有通过糖异生才能重新利用，否则积累过多产生毒素。【教学内容与学时】第18讲：多糖与寡糖的合成；糖代谢的调节；第3536学时。【教学目的和要求】了解多糖与寡糖在动植物体内的合成途径；了解糖代谢的调节概况。【教学重点与难点】糖代谢的调节。第四节 多糖及寡糖的合成一、蔗糖与淀粉的合成1蔗糖的合成蔗糖的合成主要在细胞质中，非常活跃。CO2在叶绿体内还原后，大多认为是以三碳糖运至细胞质，（有人认为是磷酸二羟丙酮），进一步合成六碳糖再合成蔗糖。因六碳糖不易进入叶绿体，而磷酸丙糖可通过一种专一载体Pi转换器和Pi对等交换，将磷酸丙糖从叶绿体运至细胞质，合成磷酸果糖及磷酸葡萄糖再合成蔗糖。（1）葡