备课资料细胞中的糖类和脂质

1、备课资料1.糖类概述糖类广泛地存在于生物界,特别是植物界。按干重计,糖类占植物体的85%90%,占细菌的10%30%,在动物体所占比例小于2%。动物体内糖类的含量虽然不多,但其生命活动所需要能量主要来源于糖类。糖类是地球上数量最多的一类有机化合物。地球生物量干重的50%以上是由葡萄糖的聚合物构成的。地球上糖类的根本来源是绿色植物进行的光合作用。大多数糖类只由碳、氢、氧三种元素组成,其实验式为（ch2o）n或cn（h2o）m。其中氢和氧的原子数比例是21,犹如水分子中氢和氧之比,因此过去曾误认为这类物质是碳（carbon）的水合物（hydrate）,碳水化合物（carbohydrate）也因之而

2、得名。但后来发现有些糖类,如脱氧核糖（c5h10o4）,它们的分子中h、o之比并非21；而一些非糖物质,如甲醛（ch2o）、乙酸（c2h4o2）和乳酸（c3h6o3）等,它们的分子中h、o之比却都是21,所以大家认为“碳水化合物”这一名称并不恰当。为此,1927年国际化学名词重审委员会曾建议用“糖族（glucide）”一词代替“碳水化合物”。但由于“碳水化合物”这一名称沿用已久,至今西文中仍广泛使用它。汉语中“糖类”和“碳水化合物”两词通用,但以前者居多。糖类从化学角度看,是多羟基的醛或多羟基的酮。大家熟悉的葡萄糖和果糖,结构式如下图： d葡萄糖 d果糖葡萄糖含6个碳原子、5个羟基和1个醛基,

3、称己醛糖；果糖含6个碳原子、5个羟基和1个酮基,称己酮糖。淀粉和纤维素也属于糖类,它们是由多个葡萄糖分子缩合而成的聚合物。此外,像n乙酰葡糖胺、果糖1,6二磷酸这样一些糖类的衍生物也归入糖类。因此,从化学本质给糖类下一个定义应该是：糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物,或水解时能产生这些化合物的物质。糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物。其作用主要有以下几个方面。作为生物体的结构成分 植物的根、茎、叶含有大量的纤维素、半纤维素和果胶物质等,这些物质构成植物细胞壁的主要成分。肽聚糖是细菌细胞壁的结构多糖。昆虫和甲壳动物的外骨骼也是糖类，称壳多糖。作为生物体内的主要能源物质 糖类在生物体内（或细胞内）通

4、过生物氧化释放出能量,供给生命活动的需要。生物体内作为能源储存的糖类有淀粉、糖元等。在生物体内转变为其他物质 有些糖类是重要的中间代谢产物,糖类通过这些中间产物为合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。作为细胞识别的信息分子 糖蛋白是一类在生物体内分布极广的复合糖。它们的糖链可能起着信息分子的作用。细胞识别、免疫、代谢调控、受精作用、个体发育、癌变、衰老、器官移植等，都与糖蛋白的糖链有关。2.糖蛋白糖蛋白是一类复合糖或一类结合蛋白质。糖蛋白中的糖链很少含多于15个单糖单位的,因此糖链也称寡糖链或聚糖链。许多膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。细胞膜中的免疫球蛋白、病毒和激素等的膜受体也常

5、是糖蛋白；消化道上皮细胞分泌的黏液主要成分是糖蛋白；从细胞分泌到胞外体液中的蛋白质也多是糖蛋白,这些糖蛋白包括血液中存在的激素蛋白、血浆蛋白等。作为胞外基质的结构蛋白质,胶原蛋白,也是糖蛋白。糖蛋白和糖脂中的糖链序列是多变的,结构信息丰富，甚至超过核酸和蛋白质。糖蛋白的糖链参与肽链的折叠和缔合；参与糖蛋白的转运和分泌；还参与分子识别和细胞识别,这可能是它最重要的生物学作用。分子识别是通过两个分子各自的结合部位来实现的。结合部位结构互补，相应的基团间产生足够的作用力,使两个分子结合在一起。分子识别是一种普遍的生物学现象。糖链、蛋白质、核酸和脂质各自间以及它们相互之间都存在分子识别。细胞识别实际上

6、就是细胞表面分子的相互识别。例如,哺乳动物的卵细胞外面有一层透明的糖蛋白外衣,号称透明带,由三种糖蛋白组成,糖链能被精子表面的受体识别，精卵识别引发精子头部释放蛋白酶和透明质酸酶,使透明带水解,精子和卵细胞的细胞膜融合,精子核进入卵细胞内。3.糖类的甜度和溶解度严格地说,甜度不属于糖类的物理性质,它属于一种感觉。甜度通常用蔗糖作为参照物,以它为100,葡萄糖是70,麦芽糖是35,乳糖是16。果糖的甜度几乎是蔗糖的两倍,其他天然糖的甜度都小于蔗糖。糖精是一类低热量或无热量的非糖增甜剂。糖精是人工合成的,甜度为50 000。糖精问世已有百余年。在糖精之后还合成了多种增甜剂,后来人们发现不少合成增甜

7、剂对哺乳动物有致癌和致畸作用,多数合成增甜剂已被禁用。蛇菊苷和应乐果甜蛋白是非糖天然增甜剂,前者存在于原产南美洲巴拉圭的一种菊科植物,后者存在于原产西非尼日利亚的一种植物。非糖增甜剂可作为糖尿病、心血管病、肥胖症和高血压患者的医疗食品添加剂。除甘油醛微溶于水外,其他单糖均易溶于水,特别是在热水中溶解度极大。单糖微溶于乙醇,不溶于乙醚、丙酮等非极性有机溶剂。蔗糖的溶解度很大；乳糖的溶解度远比蔗糖小；麦芽糖的溶解度比蔗糖小,比乳糖大。4.脂质概述脂质（lipid,也译为脂类或类脂）,是一类低溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子。大多数脂质的化学本质是脂肪酸和醇所在形成的酯类及其衍生物。脂质的元素组

8、成主要是碳、氢、氧,有的还含有氮、磷、硫。脂质按化学组成,大体可分为三大类。单纯脂质 由脂肪酸和甘油形成的酯。包括三酰甘油（或称甘油三酯）和蜡。复合脂质 除了含有脂肪酸和醇外,还有其他非脂成分。磷脂的非脂成分是磷酸和含氮碱（如胆碱、乙醇胺）,糖脂的非脂成分是糖类。衍生脂质 由单纯脂质或复合脂质衍生而来或与之关系密切,但也具有脂质的一般性质。（1）取代烃,主要是脂肪酸及其碱性盐（皂）和高级醇,少量脂肪醛、脂肪胺和烃；（2）固醇类（甾类）,包括固醇、性激素、肾上腺皮质激素等；（3）萜,包括许多天然色素（如胡萝卜素）、香精油、天然橡胶等；（4）其他脂质，如维生素a、d、e、k,脂多糖、脂蛋白等。脂质

9、的生物学功能也和它们的化学组成、结构一样,是极其多种多样的。按照脂质的生物学功能,可以把脂质分为三大类。储存脂质 包括三酰甘油和蜡。在大多数真核细胞中,三酰甘油以微小的油滴形式存在于胞质溶胶中。脊椎动物的脂肪细胞储存大量的三酰甘油，几乎充满了整个细胞。许多植物的种子中存在三酰甘油,为种子萌发提供能量和合成前体。很多生物中油脂是能量的主要储存形式,三酰甘油是疏水的,因此有机体不必携带像储存多糖所携带的结合水。肥胖人的脂肪组织中积储的三酰甘油可达1520 kg,足以供应一个月所需的能量。然而人体以糖元形式储存的能量不够一天的需要。当然葡萄糖和糖元也有优点,易溶于水,能快速提供代谢所需的能量。某些动

10、物储存在皮下的三酰甘油不仅作为能储,而且作为抗低温的绝缘层。海豹、海象、企鹅和其他的南北极温血动物的身体里都填充着大量的三酰甘油。冬眠动物如熊,在冬眠前积累大量脂肪也用作能储。人和动物的皮下和肠系膜脂肪组织还起防震的填充物作用。在海洋的浮游生物中,蜡是代谢燃料的主要储存形式。蜡还有其他功能,这与它排斥水和具有高稠度的性质有关。脊椎动物的某些皮肤腺分泌蜡以保护毛发和皮肤,使之柔韧、润滑并防永。鸟类,特别是水禽,从它们的尾羽腺分泌蜡使羽毛能防水。冬青、杜鹃和许多热带植物的叶覆盖着一层蜡,以防寄生物侵袭和水分的过度蒸发。结构脂质 各种生物膜的骨架是由磷脂类构成的脂双层,参与脂双层构成的膜脂还有固醇和

11、糖脂。脂双层的表面是亲水的,内部是疏水的。脂双层有屏障作用,使膜两侧的亲水性物质不能自由通过,这对维持细胞正常的结构和功能是很重要的。活性脂质 具有专一的重要生物活性,包括数百种类固醇和萜,如雄性激素、雌性激素和肾上腺皮质激素等类固醇激素,以及对人和动物体的正常生长所必需的维生素a、d、e、k,多种光合色素等。5.三酰甘油动植物油脂的化学本质是酰基甘油,其中主要是三酰甘油,常温下呈液态的酰基甘油称油（oil）,呈固态的称脂（fat）。植物性酰基甘油多为油（可可脂例外）,动物性酰基甘油多为脂（鱼油例外）。纯的三酰甘油是无色、无臭、无味的稠性液体或蜡状固体。天然油脂的颜色来自溶于其中的色素物质（如类胡萝卜素）；气味一般是由非油脂成分引起的。三酰甘油的密度均小于1 g/cm3。三酰甘油不溶于水,略溶于低级醇,易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非极性有机溶剂。天然油脂长时间暴露在空气中会产生难闻的气味,这种现象称为酸败。酸败的原因主要是油脂的不饱和成分发生自动氧化,产生过氧化物并进而降解成挥发性醛、酮、酸的复杂混合物。其次是微生物的作用,它们把油脂分解为游离的脂