任务一　糖类概述

一、糖的概念与分布

糖类（carbohydrate，saccharide）是地球上最丰富的有机化合物，广泛存在于生物界，特别是在植物界。糖类若按干重计可占到植物的85％～90％，如谷物淀粉、甘蔗和甜菜的蔗糖、水果中的果糖、秸秆中的纤维素等均属于糖类。人体和动物组织器官中含糖量一般在2％左右，如血液中的葡萄糖、肝糖原、肌糖原、乳糖等。微生物体内的糖约占到微生物菌体的10％～30％。

糖类主要由碳、氢、氧三种元素构成，可用通式Cn（H2O）m表示，符合水分子中氢和氧的比例，旧称碳水化合物。随着糖类研究的深入，发现部分糖类并不符合上述通式，如脱氧核糖（C5H10O4）和岩藻糖（C6H12O5）等，而有些非糖类物质却符合这一通式，如甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）和乳酸（C3H6O3）等。因此，碳水化合物的概念并不能确切表示糖类化合物。糖类化合物根据其结构特性定义为多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物或衍生物的统称。

二、糖类的主要生物学作用

糖类广泛存在于自然界的生物体内，是细胞内的重要组分，在生物体内具有重要的生理功能，其主要作用如下。

1.提供机体代谢所需能量

糖类在生物体内可通过糖酵解途径、三羧酸循环及线粒体生物氧化等途径产生能量，供机体物质代谢和能量代谢所需。糖类是机体获得能量最主要来源。动物主要利用淀粉作为能量来源，食草类动物和部分微生物能利用纤维素作为能源物质。摄入到机体多余的能量可以贮存起来，植物主要以淀粉作为能量贮存方式，而动物体主要以糖原形式贮存能量，如肝糖原、肌糖原等。

2.作为机体重要的结构物质

植物的细胞壁中含有大量的纤维素、半纤维素和果胶等物质，它们均为多糖，是构成植物细胞壁结构的主要成分，是植物组织中主要起结构支持作用的物质。细菌细胞壁中的肽聚糖也是糖类物质，对维持细胞的结构具有重要作用。昆虫和甲壳类外骨骼为壳多糖，也是多糖成分。细胞间质中的黏多糖也是结构性物质。此外，细胞膜结构的蛋白质、脂类等也常与糖形成糖蛋白或脂蛋白，参与细胞信号传导、细胞识别、物质转运、物质代谢调控等生理过程。

3.为其他物质的合成提供原料

糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径等糖代谢途径可产生大量中间体，这些中间体是合成蛋白质、脂肪和糖的重要原料。三羧酸循环生成的中间产物如柠檬酸、延胡索酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA和草酰乙酸等是连通蛋白质、脂肪酸和糖代谢的重要中间体。琥珀酰CoA可与甘氨酸合成血红素，α-酮戊二酸加氨基可生成谷氨酸，草酰乙酸氨基化生成天冬氨酸，乙酰CoA是在细胞质中用于脂肪酸合成，草酰乙酸和α-酮戊二酸接受氨基可转变为丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸，用于蛋白质合成。α-酮戊二酸是合成谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、羧脯氨酸和精氨酸的前体物质，草酰乙酸是合成天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸的前体物质，延胡索酸是酪氨酸、苯丙氨酸代谢的产物，与蛋白质代谢有关，琥珀酰CoA是合成叶绿素和血红素的前体。此外，磷酸戊糖途径可产生C3、C4、C5、C6和C7等不同含碳数目的糖，可提供不同的含碳单位用于核酸、蛋白质等生物合成。

4.具有多种生物学功能

糖蛋白和糖脂是生物体内最重要的复合糖，具有多种生物学功能。如糖蛋白和糖脂在细胞识别、增强免疫保护、参与代谢调控、受精机制、细胞的衰老、细胞的癌变、决定血型、器官移植排异等方面有重要作用。部分糖还被研制成药物用于临床疾病的治疗，如1，6-二磷酸果糖可用于急性心肌缺血性休克的治疗；真菌多糖，如香菇多糖、猪苓多糖可用于心血管疾病、肿瘤细胞抑制等方面；右旋糖酐（葡聚糖）作为补铁制剂的载体。此外，还有降血糖、抗病毒和增强机体免疫等重要的生物学功能。

三、糖的分类

根据糖类物质的聚合程度和能否水解以及水解后的产物情况，可分为单糖、寡糖和多糖3类。

1.单糖

单糖（monosaccharide）是糖类化合物中最简单的，不能再继续水解成更小分子的糖。常见单糖如葡萄糖、果糖和核糖等。结构中只含一个多羟基醛或多羟基酮单位，目前发现的天然单糖超过200种。根据单糖含碳数目不同，可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖等，特别是戊糖和己糖在自然界分布最广泛、也最为重要，如核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。根据单糖羰基的特点，又分为醛糖（aldose）和酮糖（ketose）。葡萄糖和果糖分别为醛糖和酮糖。

2.寡糖

寡糖（oligosaccharide）也称低聚糖，是由2～10个单糖单位通过糖苷键连接形成的短链聚合物。根据寡糖含有单糖单位的数目不同分为双糖、三糖、四糖和五糖等，其中，最重要的寡糖是双糖。如麦芽糖由两分子葡萄糖缩合形成，蔗糖由1分子葡萄糖和1分子果糖缩合形成，乳糖由1分子葡萄糖和1分子半乳糖缩合形成。三糖是3分子单糖缩合形成，如棉籽糖分别由1分子半乳糖、葡萄糖和果糖组成。细胞内三糖以上的寡糖通常以结合形式存在，如与蛋白质形成糖蛋白，与脂类形成糖脂等。在细胞内还存在四糖、五糖和六糖等。

3.多糖

多糖（polysaccharide）是由10个以上单糖单位缩合形成的高分子聚合物。根据多糖的组成单元的不同，分为同多糖和杂多糖2个大类。同多糖（homopolysaccharide）是由相同的单糖单位通过缩合形成的高分子聚合物，水解时仅能得到一类单糖，如植物淀粉、纤维素、动物肝糖原、肌糖原、右旋糖苷（也称葡聚糖）等。杂多糖（heteropolysaccharide）是指由一种以上的单糖或（和）单糖衍生物构成，如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、肝素等。此外，糖类可与蛋白质、脂类等生物分子通过共价键形成糖蛋白、糖脂、肽聚糖、蛋白聚糖等复合糖。

根据糖的来源不同，可分为植物性糖（如蔗糖、果糖、淀粉、纤维素等）、动物性糖（如肝糖原、肌糖原等）及微生物糖（如肽聚糖）。也可根据糖的功能进行分类，可分为支持性糖（如纤维素）、储备性糖（淀粉和糖原）和凝胶性糖（果胶、琼脂）等。