文档介绍：第七章糖代谢
糖是有机体重要的能源和碳源。糖代谢包括糖的合成与糖的分解两方面。糖的最终来源都是植物或光合细菌通过光合作用将CO2和水同化成葡萄糖。除此之外糖的合成途径还包括糖的异生—非糖物质转化成糖的途径。在植物和动物体内葡萄糖可以进一步合成寡糖和多糖作为储能物质(如蔗糖、淀粉和糖元),或者构成植物或细菌的细胞壁(如纤维素和肽聚糖)。
在生物体内,糖(主要是葡萄糖)的降解是生命活动所需能量(如ATP)的来源。生物体从碳水化合物中获得能量大致分成三个阶段:在第一阶段,大分子糖变成小分子糖,如淀粉、糖元等变成葡萄糖即淀粉等→G;在第二阶段,葡萄糖通过糖酵解(糖的共同分解途径)降解为丙酮酸,丙酮酸再转变为活化的酰基载体—乙酰CoA即G→乙酰CoA;在第三阶段,乙酰CoA通过三羧酸循环(糖的最后氧化途径)彻底氧化成CO2,当电子传递给最终的电子受体O2时生成ATP即乙酰CoA→CO2。这是动物、植物和微生物获得能量以维持生存的共同途径。糖的中间代谢还包括磷酸戊糖途径、乙醛酸途径等。
第一节新陈代谢概论
一、新陈代谢的意义
新陈代谢是生物最基本的特征之一。新陈代谢是指生物活体与外界环境不断交换物质的过程。机体从外界摄取营养物质,转化为机体自身需要的物质称为同化作用,是由小分子合成生物大分子,需要能量;而机体自身原有的物质的分解、排泄称为异化作用,是由生物大分子降解为生物小分子,最后分解成CO2和H2O,释放能量。异化作用释放的能量可供机体生理活动的需要。同化作用为异化作用提供物质基础,异化作用为同化作用提供能量基础。同化作用和异化作用是既对立又统一的矛盾的两个方面,两者相互联系、相互制约,互为基础。
生物机体的同化作用和异化作用都包含着一系列逐步进行的合成与分解的反应,称之为中间代谢反应。能量的释放与供应是逐步进行的,也是由许多中间代谢反应组成的。
机体与外界环境进行物质交换的过程称为物质代谢。在物质交换中伴随着能量的交换,也称为能量代谢。植物通过光合作用将太阳的光能转变为糖的化学能。当糖在体内进行分解代谢时,再将化学能释放出来,用于合成代谢,也可转变为机械能、光能、电能等各种形式的能,以满足生命活动的需要。同化作用和异化作用、物质代谢和能量代谢的相互关系可用图解表示如下:
各种生物的新陈代谢过程虽然复杂,却有共同的特点:A、绝大多数新陈代谢反应是在温和的条件下进行的;B、新陈代谢的一系列中间反应相互配合、有条不紊、彼此协调,又具有严格的顺序性;C、三大营养物质(糖、脂类、蛋白质)的分解具有共同途径,三者均先转化为丙酮酸,再经三羧酸循环氧化成CO2和水(见图6-1);D、具有高度的适应性和灵敏性的自动调节控制体系
以适应内外条件的变化。图6-1 生物获得能量的三个阶段
二、新陈代谢的研究方法
近几十年来,由于先进实验方法和精密仪器的使用,如微量和超微量测定方法、超离心技术、同位素示踪、放射免疫测定法以及各种精密分析仪器和电子计算机的应用等,使新陈代谢的研究取得了飞速的进展。现将几种主要的研究方法介绍如下:
(1)测定中间化合物是否存在每一代谢途径都有可能由几个中间反应组成,各反应必然会生成相应的中间产物,如果能测出这些中间产物,就可证明这一中间产物的存在。但是这些中间产物的浓度往往很低,而且只要形成几乎都要继续反应,形成另外的物质,所以很难直接进行测定。如果加入一些截留剂,即加入一些可与中间产物发生反应并积累起来的化合物,如把石灰加入酵母细胞,丙酮酸即可与之生成可测定的丙酮酸钙,从而证明反应中有中间产物丙酮酸生成。
(2)测定催化某反应的酶是否存在代谢途径的任一反应几乎都由专一性的酶所催化,如果证明了催化某一反应步骤的酶的存在,也就证明了这一反应步骤的存在。
(3)用酶的专一性抑制剂证明某一反应的存在如向三羧酸循环中加入琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂丙二酸时,由于酶的活性受到抑制,因此细胞内琥珀含量增加,从而证明了细胞内存在着从琥珀酸到延胡索酸这一反应步骤。
(4)加入某一中间产物,看其能否被利用,如果能利用,就在一定程度上证明了这一反应步骤的存在。(5)应用同位素示踪法同一元素的各种同位素都具有相同的化学性质和生物学性质,因而具有相同的代谢物。但由于分子中含有同位素而具有不同的物理性质,故可用物理法追踪其在机体内的走向及所形成的代谢产物。
第二节生物体内的糖类
糖是自然界中存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物经光合作用形成的。这类物质主要是由碳、氢、氧所组成,是含多羟基的醛类或酮类化合物。根据水解后产生单糖残基的多少可将糖作如下分类:
单糖:这是一类最简单的多羟基醛或多羟基酮,它不能再进行水解。根据其所含的碳原子数,单糖又可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖等