糖類的結(jié)構(gòu)和功能

第四節(jié)糖類脂類結(jié)構(gòu)和功能一、糖的概念、分類、功能二、單糖三、寡糖（二糖、三糖）四、多糖（淀粉、糖原）糖類的結(jié)構(gòu)和功能當(dāng)病人因?yàn)樯o法進(jìn)食時(shí)，常常注射葡萄糖溶液糖類是人類能量的主要來源。食用含糖食物后，血液中的葡萄糖（血糖）濃度升高，一部分進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被氧化，為人類活動(dòng)提供能量；另一部分血糖用于合成糖元和脂肪，貯存于人體內(nèi)。C6H12O6+6O26CO2+6H2O酶

糖是自然界存在的一類有機(jī)物，廣泛存在于動(dòng)、植物及微生物體內(nèi)，尤其以植物含量最多，約占干重80%以上。一切生物體維持生命活動(dòng)所需的能量來源；生物體合成其它化合物（氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷）的基本原料——C源；是細(xì)胞壁的主要成分；參與細(xì)胞識別和信息傳遞；與免疫、血型、細(xì)胞間聯(lián)系有關(guān)。糖的生理功能人類食物中的糖是主要有植物淀粉、動(dòng)物糖原以及麥芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉為主。糖的消化消化部位主要在小腸，少量在口腔，在胃中不進(jìn)行消化。A、B、O三種血型抗原化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異，僅在于糖鏈末端的1個(gè)單糖。A抗原糖鏈末端為N-乙酰半乳糖，而B抗原糖鏈末端為半乳糖。

組成：C、H、O三種元素又叫做碳水化合物carbohydrates通式：Cn(H2O)m例如：葡萄糖（glucose）、蔗糖（sucrose）、淀粉（starch）、纖維素（cellulose）等它們的化學(xué)式都符合這個(gè)通式。一、糖的概念、分類及功能1．糖（carbohydrates）的概念2．糖的分類按組成及水解情況—能否水解和水解后的產(chǎn)物分為：①單糖（

monosaccharides

）：不能被水解為更小的單位，具有一個(gè)自由的醛基(酮基)以及兩個(gè)以上OH。

②寡糖（

oligosaccharides

）：由2-10個(gè)單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖。如：蔗糖（sucrose）、麥芽糖（maltose）、乳糖等

③多糖（

polysaccharides

）：由多于10個(gè)單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生多個(gè)單糖。如淀粉（starch）、纖維素（cellulose）、糖原等1maltose2glucose1sucrose1glucose+1fructose1starchnglucoseH+H2OH+H2Osaccharide，醣disaccharidesH+H2Ocarbohydrates+xO2xCO2+yH2O+ExCO2+yH2O+solarEcarbohydrates+xO2

enzymeenzymeADPATPEATPADPE糖單糖二糖多糖葡萄糖果糖蔗糖麥芽糖乳糖(動(dòng)物乳汁)淀粉纖維素（水果）（甘蔗?甜菜）（谷類?薯類）（植物的細(xì)胞壁?棉花?木材）（發(fā)芽的大麥）C12H22O11(帶甜味的水果)半乳糖

六碳糖五碳糖核糖C5H10O5脫氧核糖C5H10O4糖原(動(dòng)物體內(nèi)肝糖原肌糖原)

項(xiàng)目類型概念種類分子式分布主要功能單糖不能水解的糖核糖C5H10O5動(dòng)、植物細(xì)胞組成核酸脫氧核糖C5H10O4能源物質(zhì)葡萄糖C6H12O6二糖水解后能夠生成二分子單糖蔗糖C12H22O11植物細(xì)胞水解成葡萄糖麥芽糖乳糖動(dòng)物細(xì)胞多糖水解后能夠生成許多個(gè)單糖分子的糖淀粉(C6H10O5)n植物細(xì)胞植物細(xì)胞儲能物質(zhì)纖維素細(xì)胞壁糖原動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞儲能物質(zhì)糖類單糖按所含碳原子的數(shù)目再進(jìn)行分類

醛糖酮糖丙糖甘油醛二羥基丙酮丁糖赤蘚糖

戊糖核糖木酮糖

脫氧核糖核酮糖己糖半乳糖果糖

甘露糖

葡萄糖

庚糖

景天庚酮糖辛糖

辛酮糖糖是多羥基醛或多羥基酮及其聚合物和衍生物的總稱。例如：葡萄糖為多羥基醛——醛糖（aldose）

果糖為多羥基酮——酮糖（ketose）二、單糖

具有一個(gè)自由的醛基(或酮基)以及兩個(gè)以上羥基的糖類物質(zhì)稱為單糖。按含有羰基官能團(tuán)的種類分為：醛糖和酮糖甘油醛二羥基丙酮（1）單糖的鏈狀結(jié)構(gòu)及D、L構(gòu)型

例如：甘油醛分子（最簡單的單糖）**1、單糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)（2）單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與α-β構(gòu)型

五個(gè)碳以上單糖除直鏈結(jié)構(gòu)外還可通過醛（酮）基與其它碳原子上的羥基成環(huán)生成半縮醛形式，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。如葡萄糖分子C1-C4成五元環(huán)呋喃糖C1-C5成六元環(huán)吡喃糖成環(huán)后，C1也成為不對稱C*原子，半縮醛羥基可有兩種不同的排列方式，由此產(chǎn)生α和β兩種異構(gòu)體。

α-型：半縮醛羥基與決定DL構(gòu)型的羥基同側(cè)為α-型；

β-型：半縮醛羥基與決定DL構(gòu)型的羥基不同側(cè)為β-型。

**2.單糖的理化性質(zhì)---物理性質(zhì)

旋光性：變旋現(xiàn)象

溶解度：單糖都是無色結(jié)晶，羥基（多）在水溶液中溶解度很大，難溶于乙醇，丙酮。甜度：單糖都有甜味，果糖170，蔗糖100，轉(zhuǎn)化糖130。以蔗糖的甜度為標(biāo)準(zhǔn)。變旋現(xiàn)象：原因：不同結(jié)構(gòu)形式的葡萄糖可互變，各種形式最后達(dá)到一定的平衡所致。單糖分子除了具有上述的旋光性和變旋性外，由于其分子結(jié)構(gòu)上存在醛基，酮基，羥基等官能團(tuán)，因此在特定條件下可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，酯化反應(yīng)，形成糖苷等反應(yīng)。（1）氧化反應(yīng)只發(fā)生在開鏈形式上；在氧化劑、金屬離子（二價(jià)銅）、酶的作用下；所有的單糖都是還原性糖，可被弱氧化劑氧化。氧化反應(yīng)的類型：糖酸：醛基氧化醛酸：伯醇基氧化二酸：醛基、伯醇基同時(shí)氧化2.單糖的理化性質(zhì)---化學(xué)性質(zhì)

單糖氧化形成的羥基可以進(jìn)一步形成環(huán)狀內(nèi)酯；L-抗壞血酸，Vc：D-葡萄糖酸的內(nèi)酯衍生物，在體內(nèi)是一種強(qiáng)還原劑。人體內(nèi)不能合成Vc，因?yàn)槿狈铣蒝c的酶。缺乏Vc將導(dǎo)致壞血病。2,3,4,5,6-五羥基-2-己烯酸-4-內(nèi)酯

分子式：C6H8O6分子量：176.13壞血?。菏菐装倌昵叭祟惥椭赖募膊。怯捎谝郧叭祟悓λl(fā)生的原因不了解，當(dāng)時(shí)被稱作不治之癥，且死亡率很高。一直到1911年，人類才確定它是因?yàn)槿狈S生素C而產(chǎn)生的。在18世紀(jì)，壞血病在遠(yuǎn)洋航行的水手中非常普遍（他們遠(yuǎn)離陸地，缺乏新鮮水果和蔬菜）；也流行在長期困戰(zhàn)的陸軍士兵中、長期缺乏食物的社區(qū)、被圍困的城市、監(jiān)獄犯人和勞工營中。例如140年前加州的淘金工人和90年前阿拉斯加的淘金工人都有大批的壞血病病例。

1912年，波蘭裔美國科學(xué)家卡西米爾·馮克，發(fā)表了維生素的理論。他認(rèn)定自然食物中有四種物質(zhì)可以防治夜盲癥，腳氣病，壞血病，和佝僂病。這些物質(zhì)被豐克稱為Vitamin，中文稱為維生素或維他命，四種物質(zhì)分別被稱為維生素A，維生素B，維生素C和維生素D。Vc的功效：1、膠原蛋白的合成：膠原蛋白的合成需要維生素C參加，所以Vc缺乏，膠原蛋白不能正常合成，導(dǎo)致細(xì)胞連接障礙。（胞間質(zhì)的關(guān)鍵成分是膠原蛋白）2、治療壞血?。寒?dāng)體內(nèi)Vc不足，微血管容易破裂，血液流到鄰近組織。這種情況在皮膚表面發(fā)生，則產(chǎn)生淤血、紫癍；在體內(nèi)發(fā)生則引起疼痛和關(guān)節(jié)漲痛。嚴(yán)重情況在胃、腸道、鼻、腎臟及骨膜下面均可有出血現(xiàn)象，乃至死亡。3、預(yù)防牙齦萎縮、出血，預(yù)防動(dòng)脈硬化，作為抗氧化劑，治療貧血，防癌（豐富的膠原蛋白有助于防止癌細(xì)胞的擴(kuò)散；Vc的抗氧化作用可以抵御自由基對細(xì)胞的傷害防止細(xì)胞的變異；阻斷亞硝酸鹽和仲胺形成強(qiáng)致癌物亞硝胺）Vc的功效：4、抗氧化作用：谷胱甘肽在體內(nèi)有氧化還原作用。它有兩種存在形式，即氧化型和還原型，還原型對保證細(xì)胞膜的完整性起重要作用。Vc是一種強(qiáng)抗氧化劑，其本身被氧化，而使氧化型谷胱甘肽還原為還原型谷胱甘肽，從而發(fā)揮抗氧化作用。有些酶需要有自由的巰基（-SH）才能保持活性。Vc能夠使二硫鍵（-S-S）還原為-SH，從而提高相關(guān)酶的活性，發(fā)揮抗氧化的作用。5、提高人體的免疫力（Vc可增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的趨化性和變形能力，提高殺菌能力），提高機(jī)體的應(yīng)急能力：人體受到異常的刺激，如劇痛、寒冷、缺氧、精神強(qiáng)刺激，會引發(fā)抵御異常刺激的緊張狀態(tài)。該狀態(tài)伴有一系列身體，包括交感神經(jīng)興奮、腎上腺髓質(zhì)和皮質(zhì)激素分泌增多。腎上腺髓質(zhì)所分泌的腎上腺素和去甲腎上腺素是有酪氨酸轉(zhuǎn)化而來，在此過程需要Vc的參與。（2）酯化反應(yīng)單糖具有多個(gè)醇性羥基，故具有醇的性質(zhì)。尤其是半縮醛羥基更活潑，容易與酸反應(yīng)生成酯。生物體中最常見最重要的糖脂是磷酸糖脂，硫酸糖脂。

糖代謝的活性成分（3）形成糖苷環(huán)狀單糖是一種半縮醛，它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。+糖基配基或配糖體糖基：提供半縮醛羥基的糖三、寡糖1、寡糖的命名若干個(gè)單糖間若都以糖苷鍵相連接，單糖基數(shù)為2—10個(gè)構(gòu)成的糖類物質(zhì)，稱為寡糖或低聚糖。

常與蛋白質(zhì)或脂類共價(jià)結(jié)合，以糖蛋白，糖脂的形式存在。連接糖蛋白的糖鏈與蛋白的共價(jià)鍵類型：N-糖苷鍵型O-糖苷鍵型。由兩個(gè)分子單糖脫水縮合而成，能水解成兩個(gè)單糖分子。蔗糖→葡萄糖+果糖（存在于植物細(xì)胞）麥芽糖→葡萄糖+葡萄糖（存在于植物細(xì)胞）乳糖→葡萄糖+半乳糖（存在于動(dòng)物細(xì)胞）二糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖、纖維二糖（1）蔗糖：葡萄糖＋果糖。廣泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。因?yàn)槠咸烟桥c果糖結(jié)合成蔗糖后其醛基和酮基都完全喪失，因此，蔗糖沒有還原性。-葡萄糖（12）果糖苷或-果糖（21）葡萄糖苷（2）麥芽糖：葡萄糖＋葡萄糖，谷物發(fā)芽的種子中含有麥芽糖淀粉水解后大多能得到麥芽糖。還原性糖

（3）乳糖：半乳糖＋葡萄糖，主要存在于動(dòng)物乳汁中，還原性糖。

-半乳糖（14）葡萄糖苷三糖：棉子糖具有旋光性，無還原性α-半乳糖α-葡萄糖β-果糖α-1，6糖苷鍵α，β-（12）糖苷鍵四、多糖多糖是由多個(gè)單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物，包含20個(gè)以上單糖分子，是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜（單糖組成種類，數(shù)量，連接方式的不同）的大分子物質(zhì)，廣泛的存在于動(dòng)物，植物中，是重要的能量貯存形式?！嗵堑墓残裕簾o還原性、無變旋現(xiàn)象，無甜味，大多不溶于水※常見的幾種多糖：淀粉、糖原、纖維素、幾丁質(zhì)等。均一性多糖（由同一種單糖分子組成）和不均一性多糖（由兩種或以上單糖分子組成）（1）淀粉：由多個(gè)α-D-葡萄糖組成。存在于植物的根莖和種子中，是植物營養(yǎng)物質(zhì)的一種貯存形式。直鏈淀粉：α-D-葡萄糖，以α-1，4糖苷鍵相連。如小麥、大麥、大米等直鏈淀粉（數(shù)千個(gè)葡萄糖組成，分子量150000-600000）直鏈淀粉分子的空間構(gòu)象卷曲形成螺旋管狀，這種緊密結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)與其貯藏功能相適應(yīng)。每一回轉(zhuǎn)為6個(gè)葡萄糖基。支鏈淀粉：α-D-葡萄糖，以α-1，4糖苷鍵相連成主鏈，分支處以α-1，6糖苷鍵相連。不形成螺旋管狀。如糯米。增加非還原性末端，增加粘性。每支鏈平均含有24-30個(gè)葡萄糖基，每兩個(gè)分支點(diǎn)的距離平均約為11-12個(gè)葡萄糖殘基；支鏈數(shù)目可達(dá)50-70個(gè)。淀粉的化學(xué)性質(zhì)：

①無還原性；

②淀粉+碘→變色反應(yīng)；

聚合度為20左右，與碘形成紅色絡(luò)合物

聚合度為20-60，與碘形成紫紅色絡(luò)合物

聚合度大于60，與碘形成藍(lán)色絡(luò)合物

③淀粉水解最終生成葡萄糖，水解程度可用碘加以檢測：

淀粉→糊精→麥芽糖→葡萄糖

藍(lán)藍(lán)紫→紅色無色無色

（2）糖原:動(dòng)物淀粉

存在：動(dòng)物體的肝臟（肝糖原），肌肉（肌糖原）,腎臟（腎糖原)

結(jié)構(gòu)：以α-D-葡萄糖為基本單元，相對分子質(zhì)量很大，相當(dāng)于3

萬個(gè)葡萄糖單位。主鏈上每3-5個(gè)葡萄糖基就有一個(gè)分支，支鏈長度一般由10-14個(gè)葡萄糖單位組成。

(14)苷鍵和(16)苷鍵連接

與支鏈淀粉相似但分支多而短。糖原整體分子呈球形。

性質(zhì)：與碘反應(yīng)呈紅色無還原性。（3）纖維素

存在：植物細(xì)胞壁的主要成分，是自然界最豐富的有機(jī)物。以纖維二糖為基本單位縮合而成。地球上每年約生產(chǎn)1011噸纖維素