题目
纤维素和糖原虽然在物理性质上有很大的不同,但这两种糖都是1→4连接的D-葡萄糖聚合物,相对分子质量也相当，是什么结构造成它们在物理性质上的如此差别?解释它们各自性质的生物学优点。
纤维素和糖原虽然在物理性质上有很大的不同,但这两种糖都是1→4连接的D-葡萄糖聚合物,相对分子质量也相当，是什么结构造成它们在物理性质上的如此差别?解释它们各自性质的生物学优点。
题目解答
答案
造成它们在物理性质上巨大差别的原因是纤维素主要是通过β(1→4)糖昔键连接的，而糖原是以α(1→4)糖苷键连接的，也即：纤维素主要是以β-D-GIc为组成单元，而糖原是以α-D-GIc为组成单元的。糖原又称动物淀粉，它以颗粒形式存在于动物细胞的胞液内，其结构与支链淀粉的结构很相似，糖原的分支较多，平均每8~12个残基发生一次分支。糖元高度的分支结构一则可以增加分子的溶解度，二则将有更多的非还原端同时接受到降解酶的作用，加速聚合物转化为单体，有利于及时动用葡萄糖库以供生物体代谢的急需。纤维素是线性葡聚糖，残基间通过β(1→4)糖苷键连接的纤为二糖单位。纤维素链中的每一个残基相对前一个翻转180°，使链采取完全伸展的构象。相邻、平行的伸展链在残基环面的水平向通过链内和链间的氢键网形成片层结构。若干条链聚集成周期性晶格的分子束，称微晶或胶束。多个胶束形成微纤维，在植物细胞中，纤维素包埋在果胶、半纤维索、木质素、伸展蛋白等组成的基质中。纤维素与基质粘合在一起增强了细胞壁的抗张强度和机械性能，以适应植物抵抗高渗透压和支撑高大植株的需要。
解析
考查要点：本题主要考查学生对多糖类物质（纤维素和糖原）结构与功能关系的理解，重点在于分析不同糖苷键类型和分子结构如何影响物理性质及生物学功能。
解题核心思路：
- 结构差异：明确纤维素和糖原的连接方式（α/β糖苷键）和分子结构（线性/分支）。
- 性质关联：分析结构差异如何导致溶解度、分子排列方式等物理性质的不同。
- 生物学功能：结合结构特点，解释两者在生物体内的功能优势（如储能效率、机械支撑等）。
破题关键点：
- 糖苷键类型决定单体的空间排列，进而影响分子链的构象。
- 分子结构（线性或分支）直接影响分子间作用力、溶解度及代谢效率。
结构差异分析
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连接方式：
- 纤维素：通过β(1→4)糖苷键连接，形成线性分子链。
- 糖原：通过α(1→4)糖苷键连接，主链为线性，但存在大量分支（约每8~12个葡萄糖残基分支一次）。
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空间构象：
- 纤维素的β键使相邻葡萄糖残基呈翻转180°排列，链呈完全伸展状态，易形成晶格结构。
- 糖原的α键使残基排列更松散，分支结构进一步降低分子刚性。
生物学功能解释
纤维素的生物学优点
- 机械支撑：线性链通过氢键形成微晶结构，增强分子束强度，赋予植物细胞壁抗张能力。
- 物理稳定性：晶格结构使纤维素不易被水解，适合作为结构材料。
糖原的生物学优点
- 快速供能：分支结构增加非还原端，使分解酶能同时作用于多个位点，快速释放葡萄糖。
- 储存效率：松散结构提高溶解度，便于储存于细胞内（如动物细胞胞液）。