细胞中的糖类和脂质

第3节 细胞中的糖类和脂质

如同任何机器的运转都需要外界提供能量一样，细胞的生命活动也需要能量来维持。很多种有机物都可以为细胞的生活提供能量，其中糖类是主要的能源物质。

细胞中的糖类

说到糖，我们并不陌生，可以说出一连串糖的名字：绵白糖、砂糖、冰糖、葡萄糖等。其实，除了这些我们熟知的糖类，淀粉、纤维素等也属于糖类。这些糖类的分子有什么相同和不同之处呢？淀粉、纤维素并不甜，为什么也属于糖类呢？

糖类（carbohydrate）分子一般是由C、H、O三种元素构成的。因为多数糖类分子中氢原子和氧原子之比是2：1，类似水分子，因而糖类又被称为“碳水化合物”，简写为（CH{O）。

糖类大致可以分为单糖、二糖和多糖等几类。

单糖人在患急性肠炎时，往往采取静脉输液治疗，输液的成分中就含有葡萄糖（CaH120）。葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，常被形容为“生命的燃料”。

葡萄糖不能水解，可直接被细胞吸收。像这样不能水解的糖类就是单糖。常见的单糖还有果糖、半乳糖、核糖和脱氧核糖等。

二糖二糖（C2H2O1）由两分子单糖脱水缩合而成，一般要水解成单糖才能被细胞吸收。生活中最常见的二糖是蔗糖，红糖、白糖、冰糖等都是蔗糖。蔗糖在糖料作物甘蔗和甜菜里含量丰富，大多数水果和蔬菜中也含有蔗糖。常见的二糖还有在发芽的小麦等谷粒中含量丰富的麦芽糖，以及在人和动物乳汁中含量丰富的乳糖。

多糖 生物体内的糖类绝大多数以多糖[(C。H10Os)m]的形式存在。淀粉是最常见的多糖（图2-2）。绿色植物通过光合作用产生淀粉，作为植物体内的储能物质存在于植物细胞中。粮食作物玉米、小麦、水稻的种子中含有丰富的淀粉，淀粉还大量存在于马铃薯、山药、甘薯等植物变态的茎或根以及一些植物的果实中。人体摄入的淀粉，必须经过消化分解成葡萄糖，才能被细胞吸收利用。

食物中的淀粉水解后变成葡萄糖，这些葡萄糖成为人和动物体合成动物多糖——糖原的原料（图2-3）。糖原主要分布在人和动物的肝脏和肌肉中，是人和动物细胞的储能物质。当细胞生命活动消耗了能量，人和动物血液中葡萄糖含量低于正常时，肝脏中的糖原便分解产生葡萄糖及时补充。

你注意过棉、棕榈和麻类植物吗？它们都有长长的纤维细丝，还有那些分布在其他植物茎秆和枝叶中的纤维，以及所有植物细胞的细胞壁，构成它们的主要成分都是纤维素。纤维素也是多糖，不溶于水，在人和动物体内很难被消化，即使草食类动物有发达的消化器官，也需借助某些微生物的作用才能分解这类多糖。与淀粉和糖原一样，纤维素也是由许多葡萄糖连接而成的。如图2-3所示，构成它们的基本单位都是葡萄糖分子。

几丁质也是一种多糖，又称为壳多糖，广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外骨骼中（图2-4）。几丁质及其衍生物在医药、化工等方面有广泛的用途。例如，几丁质能与溶液中的重金属离子有效结合，因此可用于废水处理；可以用于制作食品的包装纸和食品添加剂；可以用于制作人造皮肤；等等。

细胞中的脂质

你注意过肉类食品中的肥肉吗？肥肉的主要成分是脂肪（图2-5）；食用植物油是从油料作物中提取的，其主要成分也是脂肪。脂肪是脂质（lipid）的一种。脂质存在于所有细胞中，是组成细胞和生物体的重要有机化合物。与糖类相似，组成脂质的化学元素主要是C、H、0，有些脂质还含有P和N。与糖类不同的是，脂质分子中氧的含量远远低于糖类，而氢的含量更高。常见的脂质有脂肪、磷脂和固醇等，它们的分子结构差异很大，通常都不溶于水，而溶于脂溶性有机溶剂，如丙酮、氯仿、乙醚等。

脂肪脂肪是最常见的脂质。请根据已有的生活经验讨论以下问题。

脂肪是由三分子脂肪酸与一分子甘油发生反应而形成的酯，即三酰甘油（又称甘油三酯，图2-6）。其中甘油的分子比较简单，而脂肪酸的种类和分子长短却不相同。脂肪酸可以是饱和的，也可以是不饱和的。植物脂肪大多含有不饱和脂肪酸，在室温时呈液态，如日常炒菜用的食用油（花生油、豆油和菜籽油等）；大多数动物脂肪含有饱和脂肪酸，室温时呈固态。

脂肪酸的“骨架”是一条由碳原子组成的长链。碳原子通过共价键与其他原子结合。如果长链上的每个碳原子与相邻的碳原子以单键连接，那么该碳原子就可以连接2个氢原子，这个碳原子就是饱和的，这样形成的脂肪酸称为饱和脂肪酸。饱和脂肪酸的熔点较高，容易凝固。如果长链中存在双键，那么碳原子连接的氢原子数目就不能达到饱和，这样形成的脂肪酸就是不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的熔点较低，不容易凝固。

磷脂磷脂与脂肪的不同—OH）不是与脂肪酸结合成萨结合。因此，磷脂除了含有C、

磷脂是构成细胞膜的重要膜的重要成分。在人和动物白的种子中，磷脂含量丰富。

固醇 固醇类物质包括胆固醇是构成动物细胞膜的液中脂质的运输；性激素能以及生殖细胞的形成；维生道对钙和磷的吸收。

细胞中的糖类和脂质萄糖除供细胞利用外，冬来；如果葡萄糖还有富余酸。给家畜、家禽提供富是因为糖类在它们体内轩消化吸收后，可以在皮]储存起来。但是糖类和月的。例如，糖类在供应]肪；而脂肪一般只在糖才会分解供能，而且不

1g糖原氧化分解释放出约17kJ的能量，而1g脂肪可以放出约39kJ的能量。脂肪是细胞内良好的储能物质，当生命活动需要时可以分解利用。

脂肪不仅是储能物质，还是一种很好的绝热体。生活在海洋中的大型哺乳动物，如鲸、海豹（图2-7）等，皮下有厚厚的脂肪层，起到保温的作用。生活在南极寒冷环境中的企鹅，体内脂肪可厚达4cm。分布在内脏器官周围的脂肪还具有缓冲和减压的作用，可以保护内脏器官。

磷脂磷脂与脂肪的不同之处在于甘油的一个羟基（—OH）不是与脂肪酸结合成酯，而是与磷酸及其他衍生物结合。因此，磷脂除了含有C、H、0外，还含有P甚至N。

磷脂是构成细胞膜的重要成分，也是构成多种细胞器膜的重要成分。在人和动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆的种子中，磷脂含量丰富。

固醇固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D等。胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输；性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成；维生素D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。

细胞中的糖类和脂质是可以相互转化的。血液中的葡萄糖除供细胞利用外，多余的部分可以合成糖原储存起来；如果葡萄糖还有富余，就可以转变成脂肪和某些氨基酸。给家畜、家禽提供富含糖类的饲料，使它们肥育，就是因为糖类在它们体内转变成了脂肪。而食物中的脂肪被消化吸收后，可以在皮下结缔组织等处以脂肪组织的形式储存起来。但是糖类和脂肪之间的转化程度是有明显差异的。例如，糖类在供应充足的情况下，可以大量转化为脂肪；而脂肪一般只在糖类代谢发生障碍，引起供能不足时，才会分解供能，而且不能大量转化为糖类。