生物化學(xué)-第三章 糖類

1、第三章第三章 糖類糖類 糖類（糖類（carbohydrate）是四大類生物大分子之一。）是四大類生物大分子之一。 糖類廣泛地存在于生物界，特別是植物界。糖類物質(zhì)糖類廣泛地存在于生物界，特別是植物界。糖類物質(zhì) 占植物干重的占植物干重的85%-90%。占細菌的。占細菌的10%-30%，動物，動物 的小于的小于2%。動物體內(nèi)糖的含量雖然不多，但其生命活。動物體內(nèi)糖的含量雖然不多，但其生命活 動所需能量主要來源于糖類。動所需能量主要來源于糖類。 糖類是地球上數(shù)量最多的一類有機化合物。地球糖類是地球上數(shù)量最多的一類有機化合物。地球 的生物量干重的的生物量干重的50%以上是由葡萄糖的聚合物構(gòu)成的。以上是由

2、葡萄糖的聚合物構(gòu)成的。 地球上糖類物質(zhì)的根本來源是綠色細胞進行的光合作地球上糖類物質(zhì)的根本來源是綠色細胞進行的光合作 用。用。 第一節(jié)第一節(jié) 通論通論 一、糖類的組成及化學(xué)本質(zhì)一、糖類的組成及化學(xué)本質(zhì) 糖類物質(zhì)主要是由碳、氫、氧組成，其分子式通常以糖類物質(zhì)主要是由碳、氫、氧組成，其分子式通常以 Cn(H2O)n表示。由于一些糖分子中氫和氧原子數(shù)之比往往是表示。由于一些糖分子中氫和氧原子數(shù)之比往往是 2 1，剛好與水分子中氫、氧原子數(shù)的比例相同，過去誤認為，剛好與水分子中氫、氧原子數(shù)的比例相同，過去誤認為 此類物質(zhì)是碳與水的化合物，故有此類物質(zhì)是碳與水的化合物，故有“碳水化合物碳水化合物”之稱。

3、之稱。 實際上，有些糖如鼠李糖（實際上，有些糖如鼠李糖（C6H12O5）和脫氧核糖）和脫氧核糖 （C5H10O4）等，它們分子中氫、氧原子數(shù)之比并非）等，它們分子中氫、氧原子數(shù)之比并非2 1。而。而 一些非糖物質(zhì)，如甲醛（一些非糖物質(zhì)，如甲醛（CH2O）、乳酸（）、乳酸（C3H6O3）和乙酸）和乙酸 （C2H4O2）,它們分子中氫、氧原子數(shù)之比卻都是它們分子中氫、氧原子數(shù)之比卻都是2 1。因此。因此 稱糖為碳水化合物并不恰當(dāng)。只是人們已習(xí)慣這樣稱呼了。稱糖為碳水化合物并不恰當(dāng)。只是人們已習(xí)慣這樣稱呼了。 糖類物質(zhì)是含多羥基的醛類或酮類化合物。葡萄糖和果糖類物質(zhì)是含多羥基的醛類或酮類化合物。葡萄

4、糖和果 糖是最為典型的例子。它們的鏈狀結(jié)構(gòu)是：糖是最為典型的例子。它們的鏈狀結(jié)構(gòu)是： 葡萄糖含有一個醛基，六個碳原子，稱己醛糖；而葡萄糖含有一個醛基，六個碳原子，稱己醛糖；而 果糖含有一個酮基，六個碳原子，稱己酮糖。果糖含有一個酮基，六個碳原子，稱己酮糖。 二、糖的命名與分類二、糖的命名與分類 1 . 通俗名稱通俗名稱 個別糖的命名，多數(shù)是根據(jù)糖的來源給個別糖的命名，多數(shù)是根據(jù)糖的來源給 予一個通俗名稱，如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、棉予一個通俗名稱，如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、棉 子糖和殼多糖等。子糖和殼多糖等。 2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu) 醛糖或酮糖醛糖或酮糖 3. 根據(jù)聚合度根據(jù)聚合度 （1）

5、單糖）單糖 單糖是不能被水解成更小分子的糖類，也稱簡單糖是不能被水解成更小分子的糖類，也稱簡 單糖，如葡萄糖、果糖、核糖等。單糖，如葡萄糖、果糖、核糖等。 （2）寡糖）寡糖 能水解成少數(shù)（能水解成少數(shù)（2-6個）單分子的糖，以雙糖個）單分子的糖，以雙糖 存在最為廣泛。蔗糖、麥芽糖和乳糖是其中的代表。存在最為廣泛。蔗糖、麥芽糖和乳糖是其中的代表。 （3）多糖）多糖 水解時產(chǎn)生水解時產(chǎn)生20個以上單糖分子的糖類。其中以個以上單糖分子的糖類。其中以 淀粉、糖原和纖維素最為重要。淀粉、糖原和纖維素最為重要。 三、糖類的生物學(xué)作用三、糖類的生物學(xué)作用 1. 作為生物體的結(jié)構(gòu)成分作為生物體的結(jié)構(gòu)成分 植物

6、的根、莖、葉含有大量的纖維素、半纖維素和果膠物植物的根、莖、葉含有大量的纖維素、半纖維素和果膠物 質(zhì)等，這些物質(zhì)構(gòu)成植物細胞壁的主要成分。屬于雜多糖的肽質(zhì)等，這些物質(zhì)構(gòu)成植物細胞壁的主要成分。屬于雜多糖的肽 聚糖是細菌細胞壁的結(jié)構(gòu)多糖。昆蟲和甲殼類的外骨骼也是一聚糖是細菌細胞壁的結(jié)構(gòu)多糖。昆蟲和甲殼類的外骨骼也是一 種糖類物質(zhì)，稱殼多糖。種糖類物質(zhì)，稱殼多糖。 2. 作為生物體內(nèi)的能源物質(zhì)作為生物體內(nèi)的能源物質(zhì) 糖在生物體內(nèi)（或細胞內(nèi)）通過生物氧化釋放出能量，供糖在生物體內(nèi)（或細胞內(nèi)）通過生物氧化釋放出能量，供 生命活動的需要。生物體內(nèi)作為能量貯存的糖類有淀粉、糖原生命活動的需要。生物體內(nèi)作為

7、能量貯存的糖類有淀粉、糖原 等。等。 3. 在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì) 有些糖是重要的中間代謝物，糖類物質(zhì)通過這些中間物為有些糖是重要的中間代謝物，糖類物質(zhì)通過這些中間物為 合成其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。合成其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。 4. 作為細胞識別的信息分子作為細胞識別的信息分子 糖蛋白是一類在生物體內(nèi)分布極廣的復(fù)合糖，它們的糖蛋白是一類在生物體內(nèi)分布極廣的復(fù)合糖，它們的 糖鏈可能起著信息分子的作用，并因此出現(xiàn)了一門新的學(xué)科，糖鏈可能起著信息分子的作用，并因此出現(xiàn)了一門新的學(xué)科， 稱糖生物學(xué)。稱糖生物學(xué)。 四、旋光異構(gòu)

8、四、旋光異構(gòu) 1. 異構(gòu)現(xiàn)象異構(gòu)現(xiàn)象 同分異構(gòu)或稱異構(gòu)（同分異構(gòu)或稱異構(gòu)（isomerism）, 是指存在是指存在 兩個或多個具有相同分子量的化合物的現(xiàn)象。兩個或多個具有相同分子量的化合物的現(xiàn)象。 （1）結(jié)構(gòu)異構(gòu)）結(jié)構(gòu)異構(gòu) 由于分子中原子連接的次序不同造成的。由于分子中原子連接的次序不同造成的。 （2）立體異構(gòu)）立體異構(gòu) 具有相同的結(jié)構(gòu)式，但原子在空間的分布不具有相同的結(jié)構(gòu)式，但原子在空間的分布不 同。分為幾何異構(gòu)（順反）和光學(xué)異構(gòu)。同。分為幾何異構(gòu)（順反）和光學(xué)異構(gòu)。 2. 旋光性（旋光性（optical activity） 當(dāng)光通過尼科爾棱鏡時，當(dāng)光通過尼科爾棱鏡時， 由于棱鏡的結(jié)構(gòu)只允許

9、沿某一由于棱鏡的結(jié)構(gòu)只允許沿某一 平面振動的光波通過，平面振動的光波通過， 其他光波都被阻斷，這種光稱平面偏其他光波都被阻斷，這種光稱平面偏 振光。振光。 當(dāng)偏振光通過旋光物質(zhì)的溶液后，光的偏振面會向右當(dāng)偏振光通過旋光物質(zhì)的溶液后，光的偏振面會向右 （順時針，（順時針，+）或向左（逆時針，）或向左（逆時針，-）旋轉(zhuǎn)，使偏振面向右旋）旋轉(zhuǎn)，使偏振面向右旋 的物質(zhì)稱右旋光物質(zhì)，如（的物質(zhì)稱右旋光物質(zhì)，如（+）-甘油醛；左旋的稱左旋光物甘油醛；左旋的稱左旋光物 質(zhì)，如（質(zhì)，如（-）-甘油醛。甘油醛。 3. 不對稱碳原子不對稱碳原子 是指與四個不同的原子或原子基團共價連接因而失去對是指與四個不同的原子

10、或原子基團共價連接因而失去對 稱性的四面體碳，也稱手性碳原子、不對稱中心或手性中心。稱性的四面體碳，也稱手性碳原子、不對稱中心或手性中心。 第二節(jié)、單糖第二節(jié)、單糖 單糖的種類很多，其中以葡萄糖（游離的、結(jié)合形式單糖的種類很多，其中以葡萄糖（游離的、結(jié)合形式 的）數(shù)量最多，在自然界分布也廣。的）數(shù)量最多，在自然界分布也廣。 葡萄糖可以游離存在于水果、谷類、蔬菜和血液中，葡萄糖可以游離存在于水果、谷類、蔬菜和血液中， 也可以結(jié)合形式存在于麥芽糖、蔗糖、淀粉、糖原也可以結(jié)合形式存在于麥芽糖、蔗糖、淀粉、糖原 、纖維、纖維 素及其他葡萄糖衍生物中。素及其他葡萄糖衍生物中。 一、葡萄糖的結(jié)構(gòu)一、葡萄糖

11、的結(jié)構(gòu) 1. 葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu) 葡萄糖的分子式為葡萄糖的分子式為C6H12O6。 葡萄糖葡萄糖+Fehling試劑試劑 含醛基含醛基 葡萄糖葡萄糖+乙酸酐乙酸酐五乙酸酯五乙酸酯 含含5個羥基個羥基 葡萄糖葡萄糖+鈉汞齊鈉汞齊 山梨醇（含六個羥基直鏈醇）山梨醇（含六個羥基直鏈醇） 直直 鏈醇鏈醇 由此可知葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)是：由此可知葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)是： 2. 葡萄糖的構(gòu)型葡萄糖的構(gòu)型 一個碳原子和四個不同的原子或基團相連時，形成兩種一個碳原子和四個不同的原子或基團相連時，形成兩種 不同的空間排布，構(gòu)成兩類不同的構(gòu)型。不同的空間排布，構(gòu)成兩類不同的構(gòu)型。 單糖的構(gòu)型是以甘油醛為基準

12、進行比較而確定的。單糖的構(gòu)型是以甘油醛為基準進行比較而確定的。 D、L是指構(gòu)型，是指構(gòu)型，“+”、“-”指旋光方向。指旋光方向。D與與“+”、 L與與 “-”并無必然聯(lián)系。并無必然聯(lián)系。D-葡萄糖和葡萄糖和D-果糖旋光方向分別為果糖旋光方向分別為 “+” 和和“-”，而，而L-葡萄糖和葡萄糖和L-果糖旋光方向卻均為果糖旋光方向卻均為“-”。構(gòu)型。構(gòu)型 與與 旋光方向是兩種概念。旋光方向是兩種概念。 3. 葡萄糖的構(gòu)象葡萄糖的構(gòu)象 前已證明葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)，隨后發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某些前已證明葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)，隨后發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某些 物理、化學(xué)性質(zhì)不能用葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)來解釋，從而提物理、化學(xué)性質(zhì)不能用葡

13、萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)來解釋，從而提 出葡萄糖具有存在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的可能。出葡萄糖具有存在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的可能。 （1）不能與）不能與Schiff(品紅品紅- 亞硫酸亞硫酸)發(fā)生紫紅色反應(yīng)。發(fā)生紫紅色反應(yīng)。 （2）醛類能與）醛類能與NaHSO3起加成反應(yīng)，而葡萄糖不能。起加成反應(yīng)，而葡萄糖不能。 葡萄糖以兩種具有不同旋光率的形式存在，這兩種旋葡萄糖以兩種具有不同旋光率的形式存在，這兩種旋 光率反映葡萄糖以環(huán)狀糖苷形式存在。將兩種葡萄糖分別光率反映葡萄糖以環(huán)狀糖苷形式存在。將兩種葡萄糖分別 溶于水后，不同結(jié)構(gòu)形式的葡萄糖互變，最后達平衡。溶于水后，不同結(jié)構(gòu)形式的葡萄糖互變，最后達平衡。 -D-(+)-葡萄糖和葡萄

14、糖和-D-(+)-葡萄糖分別占總糖含量的葡萄糖分別占總糖含量的36% 和和63%，而鏈式結(jié)構(gòu)的葡萄糖僅占總糖含量的，而鏈式結(jié)構(gòu)的葡萄糖僅占總糖含量的1%以下。以下。 二、單糖的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)二、單糖的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì) 1. 物理性質(zhì)物理性質(zhì) （1）旋光性）旋光性 糖類都具有旋光性，這是鑒定糖的一個重要糖類都具有旋光性，這是鑒定糖的一個重要 指標，許多單糖在水中都有變旋現(xiàn)象。指標，許多單糖在水中都有變旋現(xiàn)象。 （2）甜度）甜度 各種糖的甜度不等，常以蔗糖的甜度為標準各種糖的甜度不等，常以蔗糖的甜度為標準 （100）進行比較。）進行比較。 （3）溶解度）溶解度 單糖分子有多個羥基，具有水溶性

15、，尤其在單糖分子有多個羥基，具有水溶性，尤其在 熱水中溶解度極大，不溶于乙醚、丙醇等有機溶劑。熱水中溶解度極大，不溶于乙醚、丙醇等有機溶劑。 某些糖、糖醇及其他增甜劑的相對甜度某些糖、糖醇及其他增甜劑的相對甜度 2. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) （1）異構(gòu)化（弱堿作用）異構(gòu)化（弱堿作用） （2）單糖的氧化）單糖的氧化 醛基具有還原性，此反應(yīng)常用于檢驗還原糖，臨醛基具有還原性，此反應(yīng)常用于檢驗還原糖，臨 床上用于尿糖（葡萄糖）的定性及半定量測定。床上用于尿糖（葡萄糖）的定性及半定量測定。 單糖氧化成糖二酸并測定其旋光性，推測單糖的手性構(gòu)型。單糖氧化成糖二酸并測定其旋光性，推測單糖的手性構(gòu)型。 （3）單糖的

16、還原）單糖的還原 （4）形成糖）形成糖月月殺殺 糖糖月月殺為黃色結(jié)晶，難溶于水。各種糖生成的糖殺為黃色結(jié)晶，難溶于水。各種糖生成的糖月月殺殺 結(jié)晶形狀與熔點都不相同，因此常用糖結(jié)晶形狀與熔點都不相同，因此常用糖月月殺的生成鑒定各殺的生成鑒定各 種不同的糖。種不同的糖。 （5）形成糖苷）形成糖苷 單糖的半縮醛羥基很容易與醇及酚的羥基反應(yīng)，失單糖的半縮醛羥基很容易與醇及酚的羥基反應(yīng)，失 水而生成縮醛式衍生物，統(tǒng)稱糖苷。水而生成縮醛式衍生物，統(tǒng)稱糖苷。 糖苷與糖的性質(zhì)很不相同。糖是半縮醛，容易變成糖苷與糖的性質(zhì)很不相同。糖是半縮醛，容易變成 游離醛，從而給出醛的各種反應(yīng)。糖苷屬縮醛，一般不游離醛，從

17、而給出醛的各種反應(yīng)。糖苷屬縮醛，一般不 顯示醛的性質(zhì)。顯示醛的性質(zhì)。 （6）形成糖酯與糖醚 第三節(jié)第三節(jié) 寡糖寡糖 寡糖是由寡糖是由2-20個單糖通過糖苷鍵連接而成的糖類物質(zhì)。個單糖通過糖苷鍵連接而成的糖類物質(zhì)。 一、雙糖一、雙糖 1. 麥芽糖麥芽糖 麥芽糖大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中。淀粉、麥芽糖大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中。淀粉、 糖原被淀粉酶水解也可產(chǎn)生少量麥芽糖。它是由兩個葡萄糖原被淀粉酶水解也可產(chǎn)生少量麥芽糖。它是由兩個葡萄 糖分子縮合失水而成，糖苷鍵型為糖分子縮合失水而成，糖苷鍵型為（14）。）。 麥芽糖分麥芽糖分 子內(nèi)有一個游離的苷羥基，具子內(nèi)有一個游離的苷羥基，具

18、有還原性。且能成有還原性。且能成月殺，極易殺，極易 被酵母發(fā)酵。被酵母發(fā)酵。 如兩分子葡萄糖按如兩分子葡萄糖按（1 6）糖苷鍵型縮合、失水，則生）糖苷鍵型縮合、失水，則生 成異麥芽糖。它存在于分枝淀成異麥芽糖。它存在于分枝淀 粉和糖原中。粉和糖原中。 2. 蔗糖蔗糖 日常食用的糖主日常食用的糖主 要是蔗糖。甘蔗、甜要是蔗糖。甘蔗、甜 菜、胡蘿卜和有甜味菜、胡蘿卜和有甜味 的果實里面都富含有的果實里面都富含有 蔗糖。甘蔗含蔗糖約蔗糖。甘蔗含蔗糖約 20%。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖按。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖按 、（12） 鍵型縮合、失水形成的。它是植物機體糖的運輸形式。鍵型縮合、

19、失水形成的。它是植物機體糖的運輸形式。 蔗糖很甜，易結(jié)晶，易溶于水，較難溶于乙醇。它沒有蔗糖很甜，易結(jié)晶，易溶于水，較難溶于乙醇。它沒有 游離的醛基，因此沒有還原性。游離的醛基，因此沒有還原性。 3. 纖維二糖纖維二糖 它是纖維素它是纖維素 的基本結(jié)構(gòu)單位。的基本結(jié)構(gòu)單位。 水解纖維素可得水解纖維素可得 到纖維二糖。它到纖維二糖。它 是由兩個分子是由兩個分子-D-葡萄糖按葡萄糖按（14）鍵型相連而成。與麥）鍵型相連而成。與麥 芽糖不同，它是芽糖不同，它是 -葡萄糖苷。葡萄糖苷。 二、三糖二、三糖 棉子糖棉子糖 三、環(huán)糊精三、環(huán)糊精 環(huán)糊精是酶作用于淀粉生成，一般由環(huán)糊精是酶作用于淀粉生成，一般

20、由6、7或或8個葡萄個葡萄 糖單位通過糖單位通過（14）糖苷鍵連接而成。）糖苷鍵連接而成。 第四節(jié)第四節(jié) 多糖多糖 多糖也稱聚糖，是由很多個單糖單位構(gòu)成的糖類物多糖也稱聚糖，是由很多個單糖單位構(gòu)成的糖類物 質(zhì)。自然界中糖類主要以多糖形式存在。多糖是高分子質(zhì)。自然界中糖類主要以多糖形式存在。多糖是高分子 化合物，相對分子量極大，從化合物，相對分子量極大，從30 000到到400 000 000。它。它 們大多不溶于水，雖然酸或堿能使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘?，們大多不溶于水，雖然酸或堿能使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘模?但分子會遭受降解，因此多糖的純化是十分困難的。但分子會遭受降解，因此多糖的純化是十分困難的。 多糖

21、屬于非還原糖，不呈現(xiàn)變旋現(xiàn)象，無甜味，一多糖屬于非還原糖，不呈現(xiàn)變旋現(xiàn)象，無甜味，一 般不能結(jié)晶。般不能結(jié)晶。 根據(jù)生物來源的不同，有植物多糖、動物多糖和微根據(jù)生物來源的不同，有植物多糖、動物多糖和微 生物多糖等。生物多糖等。 一、淀粉一、淀粉 淀粉是植物生長期間以淀粉粒形式貯存于細胞中的貯淀粉是植物生長期間以淀粉粒形式貯存于細胞中的貯 存多糖。它在種子、塊莖和塊根等器官中含量特別豐富。存多糖。它在種子、塊莖和塊根等器官中含量特別豐富。 天然淀粉含有兩種組分：直鏈淀粉和支鏈淀粉。天然淀粉含有兩種組分：直鏈淀粉和支鏈淀粉。 直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)，直鏈淀粉直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)，直鏈淀粉-碘絡(luò)合物碘絡(luò)合物 二、糖原二、糖原 糖原又稱動物淀粉，它糖原又稱動物淀粉，它