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【競賽】細胞學(xué)§1.1 糖類

第一篇  細胞學(xué)

細胞生物學(xué)是研究細胞的結(jié)構(gòu)、功能、生活史以及生命活動本質(zhì)和規(guī)律的科學(xué),是生物科學(xué)的主要分支之一,也是生命科學(xué)和分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。本章包括細胞的化學(xué)成分,細胞器,細胞代謝,DNA、RNA和蛋白質(zhì)的生物合成,有絲分裂和減數(shù)分裂,細胞工程等部分。

第一章  細胞的物質(zhì)基礎(chǔ)

盡管自然界細胞形態(tài)多樣,功能各異,但其化學(xué)成分基本相似,主要包括:糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶類等。

第一節(jié)   糖類

糖類是多羥基醛、多羥基酮或其衍生物,或水解時能產(chǎn)生這些物質(zhì)的物質(zhì)的總稱,一般可用Cm(H2O)n化學(xué)通式表示。由于一些糖分子中氫和氧原子數(shù)之比往往是21,與水結(jié)構(gòu)相似,故又把糖類稱為碳水化合物(少數(shù)不同如鼠李糖C6H12O5和脫氧核糖C5H10O4)。糖是生命活動的主要能源,又是重要的中間代謝物,還有些糖是構(gòu)成生物大分子,如核酸和糖蛋白的成分,因而具有重要意義。糖類化合物按其組成可分為單糖、寡糖、多糖。如果糖類化合物中尚含有非糖物質(zhì)部分,則稱為糖復(fù)合物,例如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖等。

糖類具有重要生物學(xué)功能,它參與細胞組成,可作為結(jié)構(gòu)成分,如植物細胞壁中的纖維素、半纖維素、果膠等;它是生命活動的重要能源物質(zhì),如植物中的淀粉、動物中的糖原;具有細胞識別作用如細胞膜上的糖蛋白;還能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)。

    ()單糖

單糖是最簡單的糖,不能被水解為更小的單位。單糖通常含有3—7個碳原子,分別稱為丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。天然存在的單糖一般都是D-構(gòu)型。單糖分子既可以開鏈形式存在,也可以環(huán)式結(jié)構(gòu)形式存在。在環(huán)式結(jié)構(gòu)中如果第一位碳原子上的羥基與第二位碳原子的羥基在環(huán)的同一面,稱為α-型;如果羥基是在環(huán)的兩面,稱β-型。

重要的單糖有以下幾種:

1.丙糖  如甘油醛(醛糖)和二羥丙酮(酮糖)。它們的磷酸酯是細胞呼吸和光合作用中重要的中間代謝物。

2.戊糖  戊糖中最重要的有核糖(醛糖)、脫氧核糖(醛糖)和核酮糖(酮糖)。核糖和脫氧核糖是核酸的重要成分,核酮糖是重要的中間代謝物。

3.己糖  葡萄糖(多羥基醛,稱己醛糖)、果糖(多羥基酮,稱己酮糖)和半乳糖等都是己糖。所有己糖的分子式為C6H1206,但結(jié)構(gòu)式不同,互為同分異構(gòu)體。葡萄糖是植物光合作用的產(chǎn)物,也是細胞的重要能源物質(zhì)之一。

()寡糖

由少數(shù)幾個(2~6)單糖縮合而成的糖稱為寡糖。最多的寡糖是雙糖,如麥芽糖、蔗糖、纖維二糖、乳糖。

1.麥芽糖  麥芽糖是由一個α-D-葡萄糖半縮醛羥基與另一分子α-D-葡萄糖C4上的醇羥基縮合脫去一分子水,通過α-1,4-糖苷鍵結(jié)合而成。麥芽糖是淀粉的基本單位,淀粉水解即產(chǎn)生麥芽糖,所以麥芽糖通常只存在于淀粉水解的組織,如麥芽中。

2.蔗糖  一分子α-D-葡萄糖和一分子β-D-果糖縮合脫水即成蔗糖。甘蔗、甜菜、胡蘿卜以及香蕉、菠蘿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-葡萄糖通過β-14-糖苷鍵結(jié)合而成。乳糖主要存在于哺乳動物乳汁中。 

4.纖維二糖  纖維二糖是纖維素的基本結(jié)構(gòu)單位,由2分子的p-D-葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵結(jié)合而成。(纖維二糖不被人消化,因缺乏β-葡糖苷酶)

()多糖

自然界數(shù)量最大的糖類是多糖。多糖是由很多單糖分子縮合脫水而成的分支或不分支的長鏈分子。常見的多糖有:淀粉、纖維素、糖原、幾丁質(zhì)和黏多糖等。

1.淀粉  天然淀粉由直鏈淀粉與支鏈淀粉組成。直鏈淀粉是α-D-葡萄糖基以α-14-糖苷鍵連接的多糖鏈。支鏈淀粉分子中除有α—14-糖苷鍵的糖鏈外,還有α-16-糖苷鍵連接的分支。淀粉與碘有呈色反應(yīng),直鏈淀粉為藍色,支鏈淀粉為紫紅色。在稀酸或酶的作用下,淀粉水解:淀粉糊精麥芽糖→α-D—葡萄糖。糊精是淀粉水解的最初產(chǎn)物,隨著水解,糖分子逐漸變小,它與碘作用分別呈紅色、黃色、無色。這個反應(yīng)可用于淀粉水解過程的檢驗。

2.糖原  糖原是動物組織中貯存的多糖,又稱動物淀粉。糖原也是α-D-葡萄糖基以α-1,4-糖苷鍵連接而成的,但糖原的分支比支鏈淀粉多。糖原遇碘作用呈紅紫色至紅褐色。

3.纖維素,纖維素是一種線性的由β-D-葡萄糖基以β-1,4-糖苷鍵連接的沒有分支的同多糖。纖維素是植物細胞壁的主要組成成分。

4.幾丁質(zhì)(甲殼素昆蟲和甲殼類外骨骼的主要成分為幾丁質(zhì),是N-乙酰—D-氨基葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵縮合成的同多糖。

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