第1章糖的化學(xué)

第一篇生命的分子基礎(chǔ)第一章糖的生物化學(xué)內(nèi)容提綱概述糖的概念、分布及主要生物學(xué)作用糖的分類多糖的化學(xué)多糖的分類重要多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)與生理功能多糖的分離、純化及降解多糖的理化性質(zhì)測定多糖的結(jié)構(gòu)分析糖鏈與糖蛋白的生物活性以糖類為基礎(chǔ)的藥物研究以糖類為基礎(chǔ)的藥物糖基化工程本章大綱要求掌握：糖的概念、重要多糖的基本結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生理功能。

熟悉：多糖的提取、分離、純化和分析的基本原理。

了解：以糖類為基礎(chǔ)的藥物研究。第一節(jié)概述一、糖的概念、分布及主要生物學(xué)作用

概念：糖是多羥基醛或多羥基酮及其多聚物和衍生物的總稱。

分布：分布極廣、含量較多，存在于幾乎所有動(dòng)物、植物、微生物體，植物體內(nèi)主要以淀粉形式存在；動(dòng)物體內(nèi)以糖原的形式存在。此外還有糖脂、糖蛋白等。糖的主要生物學(xué)作用1、糖是人和動(dòng)物的主要能源物質(zhì)能量貯存：淀粉、糖原通過氧化而放出大量能量2、糖還具有結(jié)構(gòu)功能3、糖具有復(fù)雜的多方面的生物活性功能

如：參與生物大分子構(gòu)成、提高免疫力，抗腫瘤等。二、糖的分類根據(jù)糖類物質(zhì)含糖單位的數(shù)目單糖寡糖多糖：包括復(fù)合糖

1、單糖：凡不能被水解成更小分子的糖稱為單糖。單糖是糖類中最簡單的一種，是組成糖類物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。

與人體營養(yǎng)及代謝有關(guān)的單糖（C3-C7糖）：⑴丙糖：C3糖

（2）戊糖：C5糖

（3）已糖：C6糖

二、單糖甘油醛123C3糖二羥丙酮123核糖32145木酮糖32145C5糖

（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖

（構(gòu)成DNA）脫氧核糖C5糖AAATTTGGGGCCCATC脫氧核糖

HHOHO-CH2OHOHOHHHOH葡萄糖(Glc.)船式椅式123456果糖半乳糖

單糖結(jié)構(gòu)

-D-葡萄糖-D-半乳糖D-甘露糖D-木糖

（Glc，▲）(Gal，●)(Man，○)(Xyl，)-D-N-乙酰葡糖胺-D-葡糖醛酸-L-艾杜糖醛酸-D-葡糖胺

（GlcNAc,■）（GlcUA,)(IdoUA，)（GlcN）-D-N-乙酰半乳糖胺-L-巖藻糖唾液酸-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸（GalNAc，□)(Fuc，△)(SA，◆)GlcNAc-UDP

(*單糖的英文縮寫及代表符號(hào)在括號(hào)標(biāo)明)2、寡糖：是由單糖縮合而成的短鏈結(jié)構(gòu)（一般含2～6個(gè)單糖分子）,各單糖之間借脫水縮合的糖苷鍵相連。

⑴二糖（雙糖）如：蔗糖、乳糖、麥芽糖⑵三糖如：棉子糖(1)雙糖：由兩個(gè)相同或不同的單糖組成,常見的有乳糖、蔗糖、麥芽糖等。14麥芽糖α-D-葡萄糖苷-（1→4）-α-D-葡萄糖11214α-D-葡萄糖苷-（1→2）-β-D-果糖β-D-半乳糖苷-（1→4）-β-D-葡萄糖乳糖蔗糖(3).多糖

由許多單糖分子縮合而成的長鏈結(jié)構(gòu)，分子量大。常見的多糖有：淀粉糖原纖維素4.復(fù)合糖:糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。糖脂：糖與脂類的結(jié)合物。糖蛋白

蛋白聚糖

常見的復(fù)合糖有：糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物第二節(jié)多糖的化學(xué)一、多糖的分類（一）多糖按其來源的分類1、植物多糖

2、動(dòng)物多糖3、微生物多糖4、海洋生物多糖（一）按其來源的分類1、植物多糖水不溶性多糖，如淀粉、纖維素等。水溶性多糖，如中藥材中提取的當(dāng)歸多糖、枸杞多糖等2、動(dòng)物多糖從動(dòng)物的組織、器官及體液中分離、純化得到的多糖水溶性的粘多糖肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、豬胎盤脂多糖等3、微生物多糖香菇多糖，茯苓多糖，銀耳多糖，豬苓多糖，云芝多糖對腫瘤治療及調(diào)節(jié)機(jī)體免疫效果顯著4、海洋生物多糖從海洋、湖泊生物體內(nèi)分離、純化得到的多糖。甲殼素（殼多糖、幾丁質(zhì)）、螺旋藻多糖等

（二）多糖按其在生物體內(nèi)的生理功能分類1、貯存多糖:又稱貯能多糖淀粉和糖原分別是植物和動(dòng)物的最主要貯存多糖2、結(jié)構(gòu)多糖:水不溶性多糖構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁或動(dòng)、植物的支撐組織所必需的物質(zhì)，如幾丁質(zhì)、纖維素（三）多糖按其組成成分分類1、同聚多糖2、雜聚多糖3、黏多糖（1）糖蛋白（2）蛋白聚糖（3）糖脂（4）脂多糖4、結(jié)合糖O連接N連接二、重要多糖的結(jié)構(gòu)與生理功能1.淀粉（植物）（1）直鏈淀粉：用碘液檢測顯示藍(lán)色（2）支鏈淀粉：用碘液檢測顯示紫紅色直鏈淀粉空間結(jié)構(gòu)為空心螺旋狀α-1,4-糖苷鍵α-1,6-糖苷鍵淀粉

麥芽糖+麥芽三糖（40%）（25%）α-臨界糊精+異麥芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-臨界糊精酶腸粘膜上皮細(xì)胞刷狀緣胃口腔腸腔胰液中的α-淀粉酶2.糖原（動(dòng)物）糖原遇碘產(chǎn)生紅棕色。其生理作用是：可分解供能。肝細(xì)胞中的糖原顆粒糖原顆粒糖原分子的結(jié)構(gòu)α-1,4-糖苷鍵↖α-1,4-糖苷鍵↖↑↗α-1,6-糖苷鍵↙↙↙肝糖原含量可達(dá)肝重的5～7%(總量為70-100g)

肌糖原含量為肌肉重量的1～2%(總量為200-400g)糖原的分布3.葡聚糖又稱右旋糖酐，是酵母菌及某些細(xì)菌中的貯存多糖。由多個(gè)葡萄糖縮合而成的同聚多糖，葡萄糖之間幾乎均為α-1，6-糖苷鍵連接作為代血漿α-1，6-糖苷鍵α-1，3-糖苷鍵4.纖維素纖維素

作為植物的骨架β-1,4-糖苷鍵5.瓊脂瓊脂常用于制備凝膠和細(xì)菌培養(yǎng)基的凝固劑。6.幾丁質(zhì)又稱甲殼素或殼多糖，是蝦、蟹和昆蟲甲殼的主要成分由N-乙酰氨基葡萄糖通過β-1，4-糖苷鍵連接起來的同聚多糖7.粘多糖類（糖胺聚糖）透明質(zhì)酸硫酸軟骨素硫酸角質(zhì)素硫酸皮膚素

肝素

蛋白聚糖的結(jié)構(gòu)組成核心蛋白糖胺聚糖糖胺糖醛酸葡萄糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸透明質(zhì)酸連接蛋白核心蛋白硫酸角質(zhì)素硫酸軟骨素糖蛋白亞基骨骺軟骨蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物黏多糖的組成成分及分布名稱主要組成成分分布透明質(zhì)酸乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸眼球玻璃體、臍帶、關(guān)節(jié)硫酸軟骨素A乙酰半乳糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸軟骨、骨硫酸軟骨素B乙酰半乳糖胺，L-艾杜糖醛酸，硫酸皮膚、腱、心瓣膜硫酸軟骨素C乙酰半乳糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸軟骨、臍帶、腱軟骨素乙酰半乳糖胺，D-葡萄糖醛酸，皮膚硫酸角質(zhì)素乙酰葡萄糖胺，D-半乳糖，硫酸角膜、肋骨肝素磺酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，L-艾杜糖醛酸，硫酸肝、肺、腎、腸粘膜等硫酸類肝素乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸肝、肺等8.細(xì)菌多糖1．肽聚糖又稱胞壁質(zhì)，構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁基本骨架的主要成分。多糖與氨基酸鏈相連的多糖復(fù)合物。由于氨基酸鏈不像蛋白質(zhì)那樣長，因此，此聚合物稱為肽聚糖。2.脂多糖革蘭陰性菌的細(xì)胞壁含有低于10%的肽聚糖，尚含有脂多糖。一般由外層低聚糖鏈、核心多糖及脂質(zhì)三部分組成三、多糖分離、純化及降解的原理

（一）多糖的提取、分離1、第一類難溶水的膠類多糖，用稀堿溶液提取2、第二類易溶于溫水，難溶于冷水的多糖，用熱水提取3、第三類粘多糖的提?、艍A抽提法⑵蛋白水解酶消化法從原料中提取多糖的一般原則：相似相溶原則，

多糖是極性大分子化合物，多易溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。如，酸性粘多糖溶于水。大多數(shù)葡聚糖在水中溶解度小，但溶于稀堿溶液。大多植物多糖不溶于冷水。熱水提取稀堿提取適合用此方法的多糖主要是不溶性膠類，用冷水浸潤紅0.5mol/LNaOH提取，提取液用酸中和后濃縮，再加乙醇沉淀即得到多糖。甘露聚糖、半乳糖等利用此法可得到相當(dāng)純的物質(zhì)。對于易溶于溫水、難溶于冷水和乙醇的多糖采用這種方法。材料需要先用冷水浸過，再用熱水提取，必要時(shí)可加熱至80～90℃，攪拌提取，提取液用正丁醇與氯仿混合液除去雜蛋白，離心除去雜蛋白，對清液透析后用乙醇沉淀即得到多糖。先得到的粗多糖沉淀或提取液（含有許多雜質(zhì)，如色素、無機(jī)鹽，蛋白質(zhì)等），需要進(jìn)一步分離，色素常用吸附吸附，無機(jī)鹽常用透析的方法，而蛋白質(zhì)常用有機(jī)溶劑使變性然后離心消除。↙（二）多糖的純化1、分級沉淀2、季銨鹽絡(luò)合法（CTAB法）3、離子交換層析4、制備性區(qū)帶電泳5、固定化凝集的親和層析法分級沉淀依據(jù)不同分子大小的多糖在不同濃度的有機(jī)溶劑（乙醇、甲醇、丁醇等）中溶解度不同，依次沉淀析出。由于不同相對分子質(zhì)量的多糖在不同濃度的低級醇或低級酮中溶解性不同，可以逐步提高溶液中醇或酮的濃度以使不同組分的多糖依相對分子質(zhì)量由大到小的順序沉淀，最終達(dá)到分離的目的。季銨鹽絡(luò)合法季銨鹽絡(luò)合法，如CTAB是堿性表面活性劑，酸性多糖在溶液中以聚陰離子形式存在，它就與CTAB形成不溶性配合物沉淀，又由于多糖分子酸性越強(qiáng)、相對分子質(zhì)量越大越易沉淀出來，這樣控制CTAB濃度即可以分理出不同的酸性多糖。離子交換層析凝膠過濾法SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳——高等動(dòng)、植物，微生物，地衣海藻等材料

丙酮脫脂

提

提?。ㄋ?、堿解、酶解、堿解結(jié)合酶解），70-85%醇沉淀

取

粗多糖（含有許多雜物質(zhì)，如色素、無機(jī)鹽，多肽、蛋白質(zhì)等）

——

脫蛋白（Sevage、三氯乙酸、三氟三氯乙烷）分離

去小分子（透析法）

脫色素（吸附法--活性碳、DEAE-纖維素；離子交換法；氧化法）——純化

分級純化（凝膠過濾柱層析、離子交換柱層析、分級沉淀等）

——

均一多糖組分多糖分離純化一般步驟（三）多糖的降解多糖的降解方法主要有以下幾種：1、化學(xué)降解法如：肝素、甲殼素的化學(xué)降解法。2、酶法降解3、輻射降解法四、多糖理化性質(zhì)測定（一）多糖的含量測定可采用硫酸-蒽酮法或硫酸-苯酚法：蒽酮試劑與多糖置沸水中10min后呈藍(lán)綠色，在620nm處有最大吸收；可通過比色分析或查標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算多糖的含量。1、電泳法2、凝膠柱層析法3、紫外掃描法4、其它方法如：官能團(tuán)分析、紙層析等。（二）多糖的純度分析2、凝膠柱色譜法：NaCl梯度洗脫，硫酸-苯酚法檢測?；旌辖M分均一組分

3、紫外掃描法：紫外光譜分析用紫外光譜掃描儀對多糖的單一洗脫組分在200～400nm波長間連續(xù)光進(jìn)行掃描

記錄下來的圖譜。（三）多糖的分子量測定1、凝膠柱層析法在不同型號(hào)的分子篩柱層析上測定多糖分子量需要樣品較少，方法比較簡便。2、特性黏度法是實(shí)驗(yàn)室常用的測定多糖分子量的方法。層析柱五、多糖結(jié)構(gòu)分析的基本原理多糖的結(jié)構(gòu)：

一級結(jié)構(gòu)：①單糖的組成；②糖苷鍵的類型；③單糖的排列順序。二級結(jié)構(gòu)：指其分子骨架。（一）多糖組成成分分析

1、酸水解又包括完全酸水解和部分酸水解。酸水解產(chǎn)物可用紙層析，薄層層析和氣相層析等鑒定。

2、乙酰解:補(bǔ)充酸水解

3、甲醇解

（二）多糖結(jié)構(gòu)的甲基化分析

（三）多糖結(jié)構(gòu)的過碘酸氧化及Smith降解

過碘酸氧化反應(yīng)是一種選擇性的氧化降解反應(yīng)，能夠作用于多糖分子中1，2-二羥基和1，2，3-三羥基而生成相應(yīng)的醛或甲醛、甲酸。

定量反應(yīng)全甲基化后甲醇解，后續(xù)分析與氣相色譜分析結(jié)合紙層析薄層層析苦豆子膠多糖組分的薄層色譜圖1、甘露糖2、半乳糖3、混合標(biāo)準(zhǔn)單糖4、苦豆子膠多糖水解物例：

食品研究與開發(fā)2006，27（11）：161氣相色譜（