高中生物学糖类知识的典型问题分析

左延柏

(江苏省南京市第十二中学 210011)

糖类又称碳水化合物，是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称，广布自然界。糖类主要包括没有甜味的淀粉和有甜味的麦芽糖、葡萄糖、果糖等，糖类是生物体最主要的能源物质。本文就高中生物学糖类相关知识的教学过程中遇到的几个典型问题进行分析。

1 果糖不含还原性基团，但仍被称为还原性糖的原因

在高中生物学教材中指出：葡萄糖、果糖、麦芽糖等是还原性糖，它们与斐林试剂发生反应，可以产生砖红色沉淀。而在有机化学教材中相关内容则是：不具醛基而含酮基的有机物本身是没有还原性的。果糖属多羟基酮，为何被称为还原性糖呢？

一方面，果糖和葡萄糖互为同分异构体。葡萄糖由于含有游离的醛基而具还原性，果糖是一种酮糖，虽不像醛糖(如葡萄糖)那样容易被氧化，但由于在碱性条件下，果糖和葡萄糖间能发生互变异构，果糖可异构成葡萄糖，所以就具有了还原性，它也能像醛糖那样与斐林试剂、班氏试剂作用，生成砖红色的沉淀。另一方面，果糖属多羟基酮，有D、L两种构型，天然存在的果糖为D构型，称为D-果糖。D-果糖分子中没有醛基，但其酮羰基的邻位有羟基存在，由于受到邻位羟基的影响，这种α-羟基酮类化合物也具有较强的还原性，也能与斐林试剂、班氏试剂发生反应产生砖红色的沉淀。从上述两个方面来理解，果糖完全可以被称为是一种还原性糖。

2 糖原不能而脂肪能作为动物主要储能物质的原因

糖原一般是以分子形式存在于细胞中的，不能自身聚合成大的分子团，并且容易参与细胞内的生化反应，不容易长期储存能量。和糖类相比，脂肪中碳、氢比例高，被氧化分解时耗氧多，产水多；脂肪结构比糖原结构稳定，而且比热容(又称比热容量，简称比热，是单位质量物质的热容量)较高，1 g脂肪在体内氧化分解释放的能量是38.91 kJ，而同质量的糖类释放的能量仅为17.15 kJ。

可见，脂肪每克所含能量多，并且所占体积小，对贮存能量有利，容易形成大颗粒，既可以起到润滑和保温作用，又能够储存能量，而且分布在体内不容易进行活动的区域，所以更能有效的储存能量。经过生物体长期的自然选择，动物机体没有选择糖原而是选择了脂肪作为主要的储能物质。

3 用蔗糖而不用葡萄糖作为植物组培中碳源和能源的原因

植物组织培养的培养基中添加蔗糖而不是葡萄糖,这是因为大量实验表明：蔗糖能支持绝大多数植物离体培养物的旺盛生长,因此被作为植物组织培养的标准碳源而广泛应用,大多数合成培养基也均以蔗糖作为唯一的碳源。蔗糖在植物组织培养基中起到作为碳源、能源和渗透压调节剂的作用。植物组织培养的培养基中一般添加蔗糖而不用葡萄糖的原因主要有以下几个方面：①培养基高温灭菌时,蔗糖更稳定,而葡萄糖比蔗糖容易碳化。②从能源供应来说,相同物质的量浓度下,蔗糖比葡萄糖提供的能量多。③植物组织培养过程中,要特别注意防止培养基受到微生物的污染。微生物生长所需的碳源最适合的是葡萄糖,而较少利用蔗糖。因此，采用蔗糖作为培养基的碳源,可在一定程度上减少微生物的污染。④作为碳源和能源物质,蔗糖较葡萄糖能更好地维持培养基的低渗环境。配制相同质量分数的培养基,蔗糖形成的渗透压要明显低于葡萄糖。若采用葡萄糖作为碳源,易使植物细胞脱水而生长不良。同时,植物细胞吸收蔗糖的速率要明显慢于吸收葡萄糖的速率,所以蔗糖形成的渗透压可较长时间地保持相对稳定。⑤植物细胞中含有蔗糖转化酶,可以吸收和利用蔗糖,蔗糖又比葡萄糖经济实惠。

4 尿糖试纸的原理及使用中应注意的问题

尿糖试纸是检查尿糖情况的专用试纸。根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下形成水和原子氧，以及原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物的原理，将上述两种酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸。这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖的含量由少到多而依次呈现浅蓝、浅绿、棕或深棕色。在使用尿糖试纸时要注意以下几个方面：①容器要清洁，待测者尿液要新鲜,要做到随排随测；②试纸取出后立即将瓶塞盖紧,防晒,防潮,放于阴凉干燥处；③尿糖试纸使用后不能将反应物和酶分开，故不能重复使用；④使用时要注意试纸的生产日期及有效期,避免过期试纸影响结果；⑤将尿糖试纸带色部分浸入尿液中约2 s,顺容器边缘取出试纸,除去多余的尿液；⑥取出试纸后应当在1 min内与标准比色板对照观察颜色,最好在光线充足处观察。

5 葡萄糖被人体红细胞吸收和利用的问题

在人体红细胞发育早期(即早幼红细胞阶段)，体积小，细胞质呈强嗜碱性，游离核糖体丰富，开始合成血红蛋白，核内染色体浓缩成块，核仁消失。以后的发育中，血红蛋白合成量增加，细胞中缺乏细胞器。最后，核被排出，成了终末分化无核红细胞。细胞内主要是血红蛋白，有助于结合更多的CO2和O2。所以红细胞这种高度特化结构是与其功能紧密相关的。

人体红细胞摄取葡萄糖的方式是协助扩散，也就是在载体蛋白的协助下，葡萄糖沿着浓度梯度减小的方向进行被动运输(这与小肠上皮细胞吸收葡糖糖的方式相异，小肠上皮细胞以主动运输的方式吸收葡萄糖)。葡萄糖是红细胞的主要能源物质。葡萄糖被吸收到红细胞内变成6-磷酸葡萄糖，其中约90%～95%经糖酵解被利用，约5%～10%通过磷酸戊糖途径。成熟红细胞没有线粒体，虽然其携带氧气,但自身并不消耗氧气，糖酵解是其获能的主要方式，1 mol葡萄糖经糖酵解产生2 mol ATP，产生的ATP主要用于维持红细胞“钠泵”的功能，以保证红细胞的离子平衡。