糖类思维导图
《糖类思维导图》
I. 糖类概述
A. 定义
- 化学本质: 多羟基醛或多羟基酮及其衍生物。
- 经验式: (CH₂O)n，其中n ≥ 3。
- 俗称: 碳水化合物，但并非严格准确，因并非所有碳水化合物都符合经验式（例如脱氧核糖）。
B. 生理功能
- 能量来源: 最主要的能量来源，尤其是葡萄糖。
- 快速能源: 葡萄糖氧化迅速，提供运动、思考等活动所需能量。
- 储能形式: 多糖形式储存能量，如糖原(动物)和淀粉(植物)。
- 结构成分: 构成细胞壁、细胞膜、核酸等重要结构。
- 细胞壁: 植物细胞壁的主要成分是纤维素。
- 核酸: DNA和RNA中的戊糖 (脱氧核糖和核糖)。
- 糖蛋白和糖脂: 细胞识别、免疫应答、细胞间通讯。
- 信息传递: 细胞表面的糖链参与细胞识别和信号转导。
- 血型决定: 红细胞膜上的糖链决定血型。
- 免疫识别: 抗体上的糖基化修饰影响其功能。
- 调节作用: 某些寡糖参与生物活性调节。
C. 分类
- 单糖: 不能水解成更小分子的糖。
- 按碳原子数:
- 三碳糖: 甘油醛、二羟丙酮。代谢中间产物。
- 四碳糖: 赤藓糖。代谢中间产物。
- 五碳糖: 核糖、脱氧核糖。核酸的重要组成。
- 六碳糖: 葡萄糖、果糖、半乳糖。重要的能量来源。
- 按官能团:
- 醛糖: 含有醛基，如葡萄糖。
- 酮糖: 含有酮基，如果糖。
- 立体异构体: D型和L型，生物体内通常为D型。
- 二糖: 由两个单糖分子通过糖苷键连接而成。
- 麦芽糖: 葡萄糖 + 葡萄糖 (α-1,4-糖苷键)。淀粉水解产物。
- 蔗糖: 葡萄糖 + 果糖 (α-1,β-2-糖苷键)。最常见的食用糖。
- 乳糖: 葡萄糖 + 半乳糖 (β-1,4-糖苷键)。存在于哺乳动物的乳汁中。
- 寡糖: 由3-10个单糖分子连接而成。
- 功能: 细胞识别、免疫应答。
- 例子: 棉子糖、水苏糖。
- 多糖: 由超过10个单糖分子连接而成。
- 同多糖: 由同一种单糖组成。
- 淀粉: 葡萄糖聚合物。植物的储能物质。
- 直链淀粉: α-1,4-糖苷键连接。
- 支链淀粉: α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键连接。
- 糖原: 葡萄糖聚合物。动物的储能物质，主要存在于肝脏和肌肉中。结构类似于支链淀粉，但分支更多。
- 纤维素: 葡萄糖聚合物。植物细胞壁的主要成分，β-1,4-糖苷键连接。人类无法消化。
- 几丁质: N-乙酰氨基葡萄糖聚合物。节肢动物外骨骼和真菌细胞壁的主要成分。
- 杂多糖: 由两种或多种单糖组成。
- 透明质酸: 构成细胞外基质。
- 硫酸软骨素: 构成软骨。
- 肝素: 抗凝血剂。
- 糖胺聚糖 (GAGs): 具有重复二糖单元的多糖，通常与蛋白质结合形成蛋白聚糖。
II. 糖的性质
A. 物理性质
- 溶解性: 单糖和二糖通常易溶于水。多糖溶解度较低，如淀粉需要加热才能溶解。
- 甜度: 不同糖的甜度不同。果糖最甜，乳糖最不甜。
- 结晶性: 单糖和二糖容易结晶。
- 旋光性: 含有手性碳原子，具有旋光性。
B. 化学性质
- 还原性: 含有游离的醛基或酮基，具有还原性。
- 斐林试剂: 可与斐林试剂反应，产生砖红色沉淀。
- 银镜反应: 可与银氨溶液反应，产生银镜。
- 糖苷键形成: 单糖之间通过糖苷键连接形成二糖、寡糖和多糖。
- 异构化: 葡萄糖可以异构化为果糖和甘露糖。
- 氧化反应: 在体内被氧化分解，释放能量。
III. 糖的代谢
A. 糖酵解 (Glycolysis)
- 定义: 葡萄糖分解成丙酮酸的过程。
- 场所: 细胞质。
- 阶段:
- 准备阶段: 葡萄糖磷酸化，消耗ATP。
- 收益阶段: 生成ATP和NADH。
- 净收益: 2 ATP, 2 NADH, 2 丙酮酸。
B. 糖异生 (Gluconeogenesis)
- 定义: 从非糖类物质（如乳酸、丙酮酸、甘油、氨基酸）合成葡萄糖的过程。
- 场所: 主要在肝脏和肾脏。
- 意义: 维持血糖浓度稳定。
- 关键酶: 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶。
C. 磷酸戊糖途径 (Pentose Phosphate Pathway, PPP)
- 定义: 葡萄糖-6-磷酸氧化分解产生NADPH和核糖-5-磷酸的途径。
- 场所: 细胞质。
- 功能:
- 产生NADPH: 还原性辅酶，参与脂肪酸和胆固醇的合成，抵抗氧化应激。
- 产生核糖-5-磷酸: 核苷酸合成的原料。
D. 三羧酸循环 (Tricarboxylic Acid Cycle, TCA Cycle)
- 定义: 丙酮酸氧化分解成CO₂和H₂O的过程。
- 场所: 线粒体。
- 功能: 彻底氧化有机物，释放大量能量。
E. 糖原合成与分解
- 糖原合成 (Glycogenesis): 葡萄糖合成糖原的过程。
- 糖原分解 (Glycogenolysis): 糖原分解成葡萄糖的过程。
- 场所: 肝脏和肌肉。
- 酶: 糖原磷酸化酶。
- 调节: 激素 (胰岛素, 胰高血糖素, 肾上腺素) 调节。
IV. 糖与疾病
A. 糖尿病 (Diabetes Mellitus)
- 定义: 血糖水平异常升高的一种代谢疾病。
- 类型:
- I型糖尿病: 胰岛β细胞受损，胰岛素分泌不足。
- II型糖尿病: 胰岛素抵抗，细胞对胰岛素的敏感性降低。
- 并发症: 视网膜病变、肾病、神经病变、心血管疾病。
B. 糖原贮积病 (Glycogen Storage Diseases, GSDs)
- 定义: 由于糖代谢相关酶的缺陷导致糖原异常积累的遗传性疾病。
- 类型: 根据缺陷酶不同而分类。
- 症状: 肝脏肿大、低血糖、肌肉无力。
C. 果糖不耐受症 (Fructose Intolerance)
- 定义: 由于果糖代谢相关酶的缺陷导致果糖代谢障碍。
- 症状: 呕吐、腹泻、肝脏损伤。
D. 半乳糖血症 (Galactosemia)
- 定义: 由于半乳糖代谢相关酶的缺陷导致半乳糖代谢障碍。
- 症状: 呕吐、腹泻、肝脏肿大、智力障碍。
