第九章 糖代谢（一）.pptVIP

第九章 糖代谢 糖是生物体的基本营养物质和重要组成部分，是生物体生命活动中的主要能源和碳源，也是现代发酵工业中最常用的原料 通过研究糖代谢的规律，从而找出代谢特点和条件，为人类的发展提供所需产品 糖代谢分为分解代谢和合成代谢 分解代谢特点：大分子→小分子；释放能量(有氧和无氧时产生不同) 合成代谢的特点：小分子→大分子；消耗能量 糖代谢还包括生物体对糖的吸收以及代谢产物的排泄等 第一节多糖的降解 多糖是由单糖组成的大分子糖类，大量存在于植物体内，如淀粉、纤维素、菊糖、琼脂、半纤维素、果胶质等 微生物细胞中多糖可分成两类：①为细胞的贮藏物质，在细胞内呈不溶性颗粒②组成细胞结构 多糖的结构复杂，分子量大，不能透过细胞膜。作为微生物营养时，必须在微生物细胞外被相应的酶水解为单糖或双糖，才能被吸收利用 一、淀粉酶与淀粉的降解 淀粉可以用酸水解，水解的最终产物是葡萄糖，其不完全产物为糊精 淀粉酶是指能催化水解淀粉(或糖原)分子及其片段中的α-葡萄糖苷键的一类酶的总称。主要包括α-、β-、γ-和异淀粉酶 (一)α-淀粉酶 α-淀粉酶又叫淀粉-1,4-糊精酶或液化酶。工业酶制剂主要靠芽孢杆菌发酵生产 是一种内切酶，能在淀粉链的内部随机水解α-D-1,4-葡萄糖苷键，生成小分子糊精及少量麦芽糖和葡萄糖(都是α-型) (一)α-淀粉酶 α-淀粉酶的作用特点是：淀粉链愈长，水解的效果愈明显，反之水解速度减慢 α-淀粉酶的最小作用底物是麦芽三糖，不水解 α-1,6-糖苷键，所以作用于支链淀粉时，有异麦芽糖产生 α-淀粉酶是一种含钙蛋白酶。哺乳动物的α-淀粉酶需要Cl-激活，植物和微生物不需要 α-淀粉酶的热稳定性较好，高温淀粉酶(嗜热芽孢杆菌产生)在110℃高温仍能液化淀粉。Ca2+、Na+、Cl-和底物淀粉都能提高该酶的稳定性，当NaCl和CaCl2同时存在时，效果更显著 植物α-淀粉酶一般不耐酸，pH5.5～8.0稳定，4.0以下易失活 α-淀粉酶的用途很广。酶的性质不同，使用的针对性也有所不同 (二)β-淀粉酶 又叫淀粉-1,4-麦芽糖苷酶，分布于植物和微生物中 是一种外切酶。水解淀粉时，从淀粉分子的非还原端开始，每次水解切下两个葡萄糖单位，即一个麦芽糖分子 它只能水解α-1,4糖苷键，不能水解α-1,6糖苷键，并且不能越过α-1,6糖苷键去水解淀粉，最终产物有麦芽糖和极限糊精（界限糊精） 它的最适pH值为5.0～6.0之间，作用时不需要有机物或无机物作辅助因素，其热稳定性低于α-淀粉酶 主要用于淀粉糖的生产，如饴糖、高麦芽糖浆等；由于其麦芽糖产率高，故在啤酒工业中广泛应用 (三)γ-淀粉酶 又叫葡萄糖淀粉酶、糖化酶或淀粉-葡萄糖苷酶。工业用糖化酶主要是利用霉菌发酵生产 也是一种外切酶。作用于淀粉时，是从淀粉分子非还原端开始逐个水解糖苷键，生成葡萄糖。它不仅可以水解α-1,4糖苷键，，也可以水解α-1,6和α-1,3糖苷键，但速度较慢，仅为水解α-1,4糖苷键的3.6%，水解产物为β-葡萄糖 它的最适pH范围为4～5，最适温度为50～60℃ 它不能单独水解α-1,6-葡萄糖苷键(不能水解异麦芽糖) 主要用途是作为淀粉糖化剂，是淀粉工业的主要水解酶，同时也广泛应用于酿酒与酒精发酵工业 (四)异淀粉酶 又叫淀粉-1,6-葡萄糖苷酶，也有根据其来源与作用特点称其为脱支酶、Q酶、R酶、普鲁蓝酶等 是一种内切酶，水解支链淀粉分子的α-D-1,6-葡萄糖苷键，使支链淀粉变成直链状糊精 工业用酶制剂主要由微生物发酵生产。在工业生产中，一般与其它酶配合使用 几种淀粉酶的水解部位 二、纤维素酶与纤维素的降解 纤维素酶是水解纤维素的一类酶的总称 20世纪中期，Reese等人提出了关于纤维素酶作用方式的C1-Cx假说，即纤维素酶至少包括三种类型：破坏天然纤维素晶体结构的C1酶，水解游离(直链)纤维素分子的Cx酶和水解纤维二糖的β－葡萄糖苷酶。作用顺序如下： 二、纤维素酶与纤维素的降解 纤维素酶的存在方式有两种： ①胞外酶，游离于培养基中，霉菌中产生的纤维素酶属于这种形式 ②细胞表面酶，结合于细胞表面上，如黏细菌的纤维素酶存在于细胞壁内 人类和高等动、植物不能合成纤维素酶，所以不能利用代谢物中纤维素。一些草食动物，在它们的消化道中含有分解纤维素的微生物(纤维素微生物)，可以以纤维素做为能量来源（营养源） 产生纤维素酶的微生物的种类较多，但在已发现的产纤维素酶的菌株中，分解纤维素的能力都较弱，酶活力不高，纤维素的利用受到一定的限制 三、果胶酶与果胶的降解 能催化果胶酸（多聚半乳糖醛酸）或果胶（多聚甲氧基半乳糖醛酸）分子降解的酶，称为果胶酶。是当今五大工业酶制剂之一[蛋白酶，淀粉酶，非淀粉多糖酶(包括纤维素酶，果胶酶，木聚糖酶，葡聚糖酶等几种催化非