生物化學(xué)：1 carbohydrates糖

1、Chapter 1- 1,Chapter 1 Carbohydrates,Chapter 1- 2,Chapter 1- 3,主要內(nèi)容,糖類的生物學(xué)功能、定義和分類 糖類的立體化學(xué)結(jié)構(gòu) 單糖（葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、核糖）物理化學(xué)性質(zhì)（異構(gòu)化、氧化、還原、縮醛) 二糖（蔗糖、麥芽糖、乳糖） 低聚糖（生理功能） 多糖（淀粉、糖原、纖維素、糖胺聚糖）,Chapter 1- 4,糖類在生物體的生理功能,氧化供能：糖類占人體全部供能量的70%。 作為結(jié)構(gòu)成分：作為生物膜、神經(jīng)組織等的組分。 作為核酸類化合物的成分：構(gòu)成核苷酸，DNA，RNA等。 轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)：轉(zhuǎn)變?yōu)橹净虬被岬然衔铩?作為

2、細胞識別的信息分子：糖蛋白,Chapter 1- 5,血型,A型 B型 O型 AB型,Chapter 1- 6,/,Chapter 1- 7,Chapter 1- 8,糖類的定義 指多羥基醛或酮及其衍生物 分類 根據(jù)聚合度（單糖、寡糖、多糖） 含醛基還是酮基（醛糖、酮糖） 碳原子數(shù)（丙、丁、戊、己）,Chapter 1- 9,Chapter 1- 10,Chapter 1- 11,Chapter 1- 12,赤蘚糖,蘇阿糖,Chapter 1- 13,Fig. 3,Fig. 5,Fig. 4,單糖根據(jù)最后一個手性碳的構(gòu)型稱為“D”型或“L”型,Ch

3、apter 1- 14,Chapter 1- 15,Chapter 1- 16,單糖的化學(xué)結(jié)構(gòu),單糖的旋光性與開鏈結(jié)構(gòu)旋光性物質(zhì)能使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)旋光物質(zhì)能使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。大多數(shù)的單糖都具有旋光性。,H,HO,C,C,C,C,C,C,它的鏡像是一個 光學(xué)異構(gòu)體,H,2,OH,H,O,CHO,(CHOH),3,CH,2,OH,OH,H,C2,Chapter 1- 17,概念,對映異構(gòu)體是指原來分子的鏡像 Fig.3、Fig.4、Fig.5 非對映異構(gòu)體是指部分手性中心周圍構(gòu)型改變得到的非鏡像異構(gòu)體 差向異構(gòu)體是一對特殊的非對映異構(gòu)的醛糖或酮糖之一 只有一個碳

4、周圍構(gòu)型不同 端基異構(gòu)體是一對特殊的非對映異構(gòu)的醛糖或酮糖之一 只有羰基上的碳原子周圍構(gòu)型不同（醛糖是C1，酮糖是C2） Fig.6,Chapter 1- 18,甘露糖Man,葡萄糖Glu,半乳糖Gal,Chapter 1- 19,單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu),變旋性變旋光現(xiàn)象 葡萄糖的醛基不如一般醛類化合物的醛基活潑半縮醛反應(yīng) 醛 半縮醛 縮醛,開鏈糖,環(huán)狀糖,糖苷,RO-CH-OH,RO-CH-OR”,O = CH,Chapter 1- 20,端基異構(gòu)體之間的互換,從直鏈到環(huán)的形成過程中，可以形成以下任意一種端基異構(gòu)體 親核加成的C5-OH可以從上面或下面結(jié)合,HOH,2,C,HO,C,C,C,C,C,

5、O,H,H,CH,2,OH,C,C,C,C,O,OH,C,Chapter 1- 21,OH,H,O,H,O,H,H,OH,5,5,5,5,1,1,1,1,a 端基異構(gòu),b端基異構(gòu),羰基上的碳原子可自由旋轉(zhuǎn) O 能連接在任意一側(cè),Chapter 1- 22,Chapter 1- 23,端基異構(gòu)體,單糖分子在構(gòu)型上，僅頭部不同,a,端基異構(gòu)體,b,端基異構(gòu)體,H,C,C,C,O,C,C,OH,HO,OH,HO,H,H,H,CH,2,OH,H,1,2,3,4,5,6,H,C,C,C,O,C,C,OH,HO,OH,HO,H,H,H,CH,2,OH,H,1,2,3,4,5,6,單糖的構(gòu)象,Chapter

6、 1- 24,變旋光現(xiàn)象,在溶液中，單個分子（例如 D-葡萄糖，D-果糖）可以彼此間互換 直鏈與環(huán)狀 不同大小的環(huán)（呋喃、吡喃） 和 端基異構(gòu)體 這一過程稱為變旋光現(xiàn)象 動態(tài)平衡 反應(yīng)可逆 所有的異構(gòu)體可以在溶液中存在 不同的類型能量和穩(wěn)定性不同,Chapter 1- 25,糖類在水溶液中的結(jié)構(gòu)形式,通常只有一部分異構(gòu)體占優(yōu)勢 直鏈形式存在的數(shù)量非常?。?.1%）！,(Belitz and Grosch, 1999; Springer-Verlag),Chapter 1- 26,六碳糖有4個手性中心 16個立體異構(gòu)體（8個D型 和8個L型）葡萄糖,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,O

7、H,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,D-甘露糖,D-半乳糖,D-古洛糖,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,幾種重要的單糖,果糖、核糖,Chapter 1- 27,Chapter 1- 28,三個主要的物理性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì) 甜度（果糖） 蔗糖100，乳糖16，半乳糖30，麥芽糖35， 山梨醇40，葡萄糖70，木糖醇125，果糖175， 天冬苯丙二肽15000，糖精50000 蛇菊苷30000，應(yīng)樂果甜蛋白（M甜蛋白）20000 水溶性,物理和化學(xué)性質(zhì),Chapter 1- 29,單糖的化學(xué)性質(zhì),異構(gòu)化作用 葡萄糖 果糖 甘露糖 氧化作用 R-CHO R-COOH R-CH2OH R

8、-COOH 還原作用 糖 糖醇 縮醛反應(yīng) 糖 糖苷 褐變反應(yīng),關(guān)鍵是羰基的作用,Chapter 1- 30,異構(gòu)化作用,葡萄糖，果糖和甘露糖在堿性溶液中緩慢地相互轉(zhuǎn)化,O,C,C,C,C,C,C,HO,HO,OH,H2OH,OH,H,H,H,H,H,D-葡萄糖,D-甘露糖,D-果糖,反應(yīng)的酶稱為異構(gòu)酶，具有專一性,OH-,1,2-烯醇式葡萄糖,酮糖和其他物質(zhì),Chapter 1- 31,氧化作用/還原作用,氧化作用 加氧或者去氫 增加氧化程度 失電子 還原作用 去氧或者加氫 減少氧化程度 得電子 總是有成對的 氧化劑/還原劑,糖醇,糖酸,Chapter 1- 32,氧化作用,羰基被氧化形成 羧

9、酸 HC 氧化劑 C-OH HC-OH HC-OH 形成酸 (例如 葡萄糖酸) 糖還原了氧化劑，因此稱為 還原糖 形成開鏈結(jié)構(gòu)并帶有自由羰基的糖稱為還原糖,O,+,O,Chapter 1- 33,氧化作用,用來檢測 還原糖 加入氧化劑 Fehlings試劑：酒石酸鉀鈉，氫氧化鈉和硫酸銅Benedicts試劑：檸檬酸、碳酸鈉和硫酸銅DNS試劑：酒石酸鉀鈉，氫氧化鈉和3,5二硝基水楊酸 還原產(chǎn)物會沉淀或者變色 醛比酮更易反應(yīng) 存在酮時將發(fā)生異構(gòu)化作用 也能使酮發(fā)生氧化 生成醛糖酸（p14）醛糖酸、糖醛酸、糖二酸、糖醛酮、糖酮酸、抗壞血酸,Chapter 1- 34,氫氧根的氧化作用,也可能將醇氧化

10、成羧酸 當C6-OH 被氧化, 形成 “糖醛酸” (例如 半乳糖醛酸) 必須先保護羰基,CH2OH,COOH,氧化劑,Chapter 1- 35,還原作用,羰基 可以還原成 醇 HC 氫化作用 CH2 OH HC-OH H2 HC-OH 形成糖醇 (“-itol”) p14 葡萄糖 葡萄糖醇（山梨醇） 甘露糖 甘露糖醇 木糖 (戊糖) 木糖醇 有甜味, 在體內(nèi)吸收比其他糖慢，代謝途徑也不同， 且不易被口腔細菌所利用，是一類低熱量防齲齒的增甜劑 脫氧生成脫氧糖 如：2脫氧核糖,O,+,Chapter 1- 36,縮醛結(jié)構(gòu),在酸溶液中, 糖可以與醇反應(yīng)形成 縮醛即糖苷 反應(yīng)是兩個醇親核加成到醛上

11、醛 半縮醛 縮醛,CH2OH,+ ROH,OH,+ H2O,H+,開鏈糖,環(huán)狀糖,糖苷,RO-CH-OH,RO-CH-OR”,O = CH,CH2OH,OR,Chapter 1- 37,縮醛: 糖苷,環(huán)狀單糖上的半縮醛羥基與另一含羥基化合物（或其他非羥基化合物）縮合生成的縮醛類物質(zhì)，稱為糖苷（glycosides)。 糖苷鍵（-型，-型） O苷鍵：單糖的半縮醛羥基與另一含羥基化合物的羥基縮合所生成的N苷鍵C苷鍵S苷鍵 具重要的生理功能,Chapter 1- 38,Chapter 1- 39,Chapter 1- 40,Chapter 1- 41,Chapter 1- 42,二糖,兩個葡萄糖單元

12、 (單糖) 通過 糖苷鍵 連接Fig.7 例如 麥芽糖 鍵的類型由任意一側(cè)的碳原子和端基異構(gòu)的碳原子決定,a,- or,b,-D-麥芽糖,a,1,4 糖苷鍵,Chapter 1- 43,重要的二糖,麥芽糖 乳糖,a,-D-葡萄糖,OH,OH,O,H,CH,2,OH,O,OH,D-葡萄糖,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,H,2,O,+,a,- or,b,-D-麥芽糖,a,1,4,b,-D-半乳糖,OH,OH,O,H,CH,2,OH,O,OH,D-葡萄糖,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,O,+,a,

13、- or,b,-D-乳糖,b,1,4,Chapter 1- 44,蔗糖,HO,b,-D-呋喃果糖,a,-D-吡喃葡萄糖,OH,OH,HO,CH,2,OH,O,OH,H,2,O,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,O,+,蔗糖,HO,OH,CH,2,OH,O,O,H,HOH,2,C,a,1,b,2,1,2,3,4,5,6,OH,CH,2,OH,O,CH,2,OH,1,2,3,4,5,6,OH,OH,OH,CH,2,OH,O,O,HO,OH,CH,2,OH,O,CH,2,OH,1,2,3,4,5,6,a-D-吡喃葡萄糖 b-D-呋喃果糖,Chapter 1- 45,轉(zhuǎn)化糖,Chapter 1-

14、46,Fig. 7a,Chapter 1- 47,Fig. 7b,Chapter 1- 48,麥芽糖,還原糖,一種非還原糖,一種還原糖,Chapter 1- 49,Chapter 1- 50,Chapter 1- 51,Chapter 1- 52,寡糖（低聚糖）oligosaccharides p17,定義：單糖基數(shù)為310個構(gòu)成的糖類物質(zhì)（常見的為26個） 棉子糖 和 水蘇糖 存在于豆類和其它植物中 eg. 棉子糖由蔗糖和半乳糖通過1,6鍵連接而成的單元構(gòu)成 功能性低聚糖（被稱為 “雙歧桿菌因子”） 如：牛奶中的低聚糖 由乳酸菌產(chǎn)生 添加在嬰兒食品中 環(huán)糊精,Chapter 1- 53,地黃

15、熟地,棉子糖 和 水蘇糖轉(zhuǎn)化成還原糖，發(fā)生美拉德反應(yīng)，功能發(fā)生改變,Chapter 1- 54,Chapter 1- 55,益生菌,腸道微生物生態(tài)學(xué)是目前的研究熱點,Chapter 1- 56,為什么不能濫用抗生素？,Chapter 1- 57,調(diào)整腸道菌群的途徑？,補充益生菌 補充益生因子 微生物合成 提取制備 食物中,Chapter 1- 58,Chapter 1- 59,多糖,均一多糖 例如 葡萄糖單體的聚合物 (主要有三種類型) 由不同的糖苷鍵連接 1,4 1,6 1,4 不均一多糖,Chapter 1- 60,Chapter 1- 61,淀粉: 直鏈淀粉,淀粉是一種由葡萄糖聚合的多糖

16、 (葡聚糖) 直鏈淀粉是一種 由 1,4 糖苷鍵連接的線形葡聚糖,. . . . .,OH,a,1,4 鍵,線形,還原端,a,-D-葡萄糖,MW (3.21041.6105/11052106/104 106),Chapter 1- 62,淀粉：支鏈淀粉,支鏈淀粉是通過1,4 和1,6 鍵連接的有分支的葡聚糖 與動物中的糖原十分相似（p22）,. . . . .,分 支,. . . . .,. . .,OH,O,OH,OH,. . . . .,CH,2,O,a,1,6 鍵,還原端,a,1,4 鍵,a,-D-葡萄糖,MW (105106/11066106 /104 108),Chapter 1-

17、63,Fig. 8,Chapter 1- 64,淀粉：支鏈淀粉,1,6 分支形成樹狀結(jié)構(gòu) (Fig. 8) 延伸范圍小于直鏈淀粉 對于相同MW結(jié)合更緊密 淀粉存在于谷物，馬鈴薯，豆類，木薯（木薯淀粉）中 通常 20-35% 為直鏈淀粉, 其余為支鏈淀粉,1,6鍵,還原端,Chapter 1- 65,Chapter 1- 66,Chapter 1- 67,Chapter 1- 68,甜辣醬中的玉米糖漿粉 涂抹食品替代物 添加在奶油或者奶酪里,Chapter 1- 69,Chapter 1- 70,Glycogen and mitochondria in a hepatocyte,Chapter

18、1- 71,玉米淀粉的水解,玉米淀粉的部分水解 葡萄糖亞基通過 1,4 和 1,6) 鍵連接 水解產(chǎn)生 葡萄糖, 麥芽糖, 更大 MW 的分子 玉米糖漿 (多達 96% 的葡萄糖) 及其它產(chǎn)物 水解程度通過 右旋糖當量值 (DE值)衡量 當 DE , 水解得更多的糖, 多糖更少 當 DE , 更甜，粘性產(chǎn)物更少,Chapter 1- 72,-淀粉酶 從內(nèi)部（內(nèi)切酶）進攻 1,4 鍵產(chǎn)生各種低聚糖,內(nèi)切酶,普魯南酶 從內(nèi)部（內(nèi)切酶）進攻 1,6鍵產(chǎn)生各種低聚糖,(直鏈淀粉片段),Chapter 1- 73,-淀粉酶 從非還原端 (外切酶) 進攻1,4鍵生成麥芽糖,外切酶,葡萄糖淀粉酶 從非還原端

19、 (外切酶) 進攻1,4鍵生成葡萄糖,Chapter 1- 74,Chapter 1- 75,纖維素,纖維素是一種葡萄糖聚合的多糖 (葡聚糖) 一種 線形 葡聚糖通過 1,4糖苷鍵連接 動物缺少纖維素酶 纖維素很難被人體消化,. . . . .,OH,b,-D-葡萄糖,b,1,4 鍵,線 形,還原端,Chapter 1- 76,直鏈淀粉Vs.纖維素,不同的糖苷鍵 a1,4 vs b1,4 在溶液中形成不同的分子形狀 直鏈淀粉螺旋結(jié)構(gòu) 纖維素折疊結(jié)構(gòu) (Fig. 9),(Solomons and Fryhle, 2000; John Wiley & Sons, Inc.),Chapter 1-

20、77,Fig. 9 植物細胞壁與纖維素的結(jié)構(gòu),Chapter 1- 78,Chapter 1- 79,幾丁質(zhì),Chapter 1- 80,殼聚糖和殼聚糖鹽,脫乙酰的幾丁質(zhì),1、用于制備創(chuàng)傷、燒傷敷料，止血效果極佳。 2、可制成膠囊保健品，方便食用，并可溶解吸收，充分發(fā)揮殼聚糖的保健功能。 3、殼聚糖鹽酸鹽可用于親水性藥物和天然營養(yǎng)型化妝品等吸收促進劑。 4、殼聚糖鹽酸鹽保持了殼聚糖的品質(zhì)。具有良好的成膜性和抑菌性，可用于食品、果蔬等的添加劑、保鮮劑。 5、殼聚糖鹽酸鹽具有強陽離子性，用于污水處理，食品廠蛋白質(zhì)的沉降回收，造紙能提高紙漿利用率及紙品強度。,醫(yī)療 化妝品 食品保鮮 污水處理,Chapter 1- 81,雜多糖（雜聚多糖）,半纖維素、瓊脂、果膠 糖胺聚糖（透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素和硫酸