【竞赛】细胞学§1.1 糖类

第一篇  细胞学

细胞生物学是研究细胞的结构、功能、生活史以及生命活动本质和规律的科学，是生物科学的主要分支之一，也是生命科学和分子生物学研究的基础。本章包括细胞的化学成分，细胞器，细胞代谢，DNA、RNA和蛋白质的生物合成，有丝分裂和减数分裂，细胞工程等部分。

第一章  细胞的物质基础

尽管自然界细胞形态多样，功能各异，但其化学成分基本相似，主要包括：糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶类等。

第一节   糖类

糖类是多羟基醛、多羟基酮或其衍生物，或水解时能产生这些物质的物质的总称，一般可用C_m(H₂O)_n化学通式表示。由于一些糖分子中氢和氧原子数之比往往是2：1，与水结构相似，故又把糖类称为碳水化合物（少数不同如鼠李糖C₆H₁₂O₅和脱氧核糖C₅H₁₀O₄）。糖是生命活动的主要能源，又是重要的中间代谢物，还有些糖是构成生物大分子，如核酸和糖蛋白的成分，因而具有重要意义。糖类化合物按其组成可分为单糖、寡糖、多糖。如果糖类化合物中尚含有非糖物质部分，则称为糖复合物，例如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖等。

糖类具有重要生物学功能，它参与细胞组成，可作为结构成分，如植物细胞壁中的纤维素、半纤维素、果胶等；它是生命活动的重要能源物质，如植物中的淀粉、动物中的糖原；具有细胞识别作用如细胞膜上的糖蛋白；还能转变为其他物质。

    (一)单糖

单糖是最简单的糖，不能被水解为更小的单位。单糖通常含有3—7个碳原子，分别称为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。天然存在的单糖一般都是D-构型。单糖分子既可以开链形式存在，也可以环式结构形式存在。在环式结构中如果第一位碳原子上的羟基与第二位碳原子的羟基在环的同一面，称为α-型；如果羟基是在环的两面，称β-型。

重要的单糖有以下几种：

1．丙糖  如甘油醛(醛糖)和二羟丙酮(酮糖)。它们的磷酸酯是细胞呼吸和光合作用中重要的中间代谢物。

2．戊糖  戊糖中最重要的有核糖(醛糖)、脱氧核糖(醛糖)和核酮糖(酮糖)。核糖和脱氧核糖是核酸的重要成分，核酮糖是重要的中间代谢物。

3．己糖  葡萄糖（多羟基醛，称己醛糖）、果糖（多羟基酮，称己酮糖）和半乳糖等都是己糖。所有己糖的分子式为C6H1206，但结构式不同，互为同分异构体。葡萄糖是植物光合作用的产物，也是细胞的重要能源物质之一。

(二)寡糖

由少数几个(2～6个)单糖缩合而成的糖称为寡糖。最多的寡糖是双糖，如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖。

1．麦芽糖  麦芽糖是由一个α-D-葡萄糖半缩醛羟基与另一分子α-D-葡萄糖C4上的醇羟基缩合脱去一分子水，通过α-1，4-糖苷键结合而成。麦芽糖是淀粉的基本单位，淀粉水解即产生麦芽糖，所以麦芽糖通常只存在于淀粉水解的组织，如麦芽中。

2．蔗糖  一分子α-D-葡萄糖和一分子β-D-果糖缩合脱水即成蔗糖。甘蔗、甜菜、胡萝卜以及香蕉、菠萝等水果中都富含蔗糖。

3.乳糖  乳糖由一分子β-D-半乳糖和一分子α-D-葡萄糖通过β-1，4-糖苷键结合而成。乳糖主要存在于哺乳动物乳汁中。 

4．纤维二糖  纤维二糖是纤维素的基本结构单位，由2分子的p-D-葡萄糖通过β-1，4-糖苷键结合而成。（纤维二糖不被人消化，因缺乏β-葡糖苷酶）

(三)多糖

自然界数量最大的糖类是多糖。多糖是由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子。常见的多糖有：淀粉、纤维素、糖原、几丁质和黏多糖等。

1．淀粉  天然淀粉由直链淀粉与支链淀粉组成。直链淀粉是α-D-葡萄糖基以α-1，4-糖苷键连接的多糖链。支链淀粉分子中除有α—1，4-糖苷键的糖链外，还有α-1，6-糖苷键连接的分支。淀粉与碘有呈色反应，直链淀粉为蓝色，支链淀粉为紫红色。在稀酸或酶的作用下，淀粉水解：淀粉→糊精→麦芽糖→α-D—葡萄糖。糊精是淀粉水解的最初产物，随着水解，糖分子逐渐变小，它与碘作用分别呈红色、黄色、无色。这个反应可用于淀粉水解过程的检验。

2．糖原  糖原是动物组织中贮存的多糖，又称动物淀粉。糖原也是α-D-葡萄糖基以α-1，4-糖苷键连接而成的，但糖原的分支比支链淀粉多。糖原遇碘作用呈红紫色至红褐色。

3．纤维素，纤维素是一种线性的由β-D-葡萄糖基以β-1，4-糖苷键连接的没有分支的同多糖。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分。

4．几丁质(甲壳素)  昆虫和甲壳类外骨骼的主要成分为几丁质，是N-乙酰—D-氨基葡萄糖以β-1，4-糖苷键缩合成的同多糖。