生物化學(xué)chapter糖類的化學(xué)

生物化學(xué)chapter糖類的化學(xué)第1頁/共69頁2023/4/1822§4.1糖類的概述一、糖類的概念二、糖類的類別三、糖類的功能2第2頁/共69頁糖的概念定義：糖是多羥基醛或多羥基酮及其衍生物或多聚物。元素組成：主要由C、H、O構(gòu)成，綠色植物經(jīng)光合作用形成。俗稱碳水化合物，即Cn(H2O)m，有些糖并不符合這一通式，而符合這一通式的不一定是糖。2023/4/183第3頁/共69頁糖的類別根據(jù)分子大小和成分：單糖氨基酸寡糖(低聚糖)

類似

多肽多糖蛋白質(zhì)復(fù)合糖(結(jié)合糖)結(jié)合蛋白2023/4/184第4頁/共69頁糖類物質(zhì)的分類根據(jù)其水解情況：單糖、寡糖和多糖。按碳原子個數(shù)：丙糖（3C）、丁糖（4C）、戊糖（5C）、已糖（6C）、庚糖（7C）。按羰基特點：醛糖（含醛基）、酮糖（含酮基）。根據(jù)組成：糖類、復(fù)合糖類（含蛋白、脂等非糖成分）。2023/4/185第5頁/共69頁糖類的功能能源物質(zhì)和結(jié)構(gòu)物質(zhì)：糖類降解時通過氧化磷酸化作用形成ATP；植物細(xì)胞壁，蝦、蟹、昆蟲等外骨骼的結(jié)構(gòu)物質(zhì)由糖類轉(zhuǎn)化物聚合而成。生物體的碳源和前體物：糖代謝形成許多中間產(chǎn)物或前體，被生物細(xì)胞利用并合成一系列其它重要的物質(zhì)。生物活性物質(zhì)：參與分子和細(xì)胞特異性識別，如抗體與抗原、激素與受體、病原體與宿主細(xì)胞、蛋白質(zhì)與抑制劑等通過糖鏈識別后再結(jié)合。2023/4/186第6頁/共69頁§4.2

單糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、單糖的概念與種類二、單糖的結(jié)構(gòu)三、單糖的性質(zhì)2023/4/187第7頁/共69頁單糖的概念單糖（monosaccharides）：簡單的多羥基醛或多羥基酮化合物，不能被水解成更簡單的糖類物質(zhì)，是構(gòu)成寡糖和多糖的基本單位。重要的單糖：醛糖：葡萄糖(6C)、半乳糖(6C)、核糖(5C)、甘油醛(3C)酮糖類：果糖(6C)、核酮糖(6C)、二羥丙酮(3C)2023/4/188第8頁/共69頁手性分子與對映體2023/4/189第9頁/共69頁旋光性2023/4/1810第10頁/共69頁物理常數(shù)與生理特性2023/4/1811第11頁/共69頁歷史教訓(xùn)2023/4/1812第12頁/共69頁手性碳與DL構(gòu)型2023/4/1813第13頁/共69頁D型醛糖的立體結(jié)構(gòu)D(+)-阿洛糖D(+)-阿濁糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-太洛糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鮮糖(erythrose)D(-)-蘇阿糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-來蘇糖(lysose)2023/4/1814第14頁/共69頁

D型酮糖的立體結(jié)構(gòu)

D(-)-赤蘚酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖(ribulose)D(+)-木酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖(psicose,allulose)D(-)-果糖(fructose)D(+)-山梨糖(sorbose)D(-)-太洛酮糖(tagalose)二羥丙酮(dihytroasetone)2023/4/1815第15頁/共69頁D-甘油醛1233-磷酸甘油醛甘油醛—丙醛糖2023/4/1816第16頁/共69頁二羥丙酮123磷酸二羥丙酮二羥丙酮—丙酮糖2023/4/1817第17頁/共69頁核糖（ribose）

—戊醛糖2023/4/1818第18頁/共69頁D-核酮糖321455-磷酸核酮糖核酮糖—戊酮糖2023/4/1819第19頁/共69頁重要的戊糖2023/4/1820第20頁/共69頁葡萄糖（glucose）—已醛糖D-葡萄糖1234566-磷酸葡萄糖2023/4/1821第21頁/共69頁半乳糖（galactose）—已醛糖2023/4/1822第22頁/共69頁果糖（fructose）

—已酮糖2023/4/1823第23頁/共69頁

D-葡萄糖的Fischer環(huán)狀結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)折旋轉(zhuǎn)成環(huán)成環(huán)-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖2023/4/1824第24頁/共69頁

D-葡萄糖和D-果糖的吡喃型和呋喃型（Haworth式）

2023/4/1825第25頁/共69頁重要的己糖2023/4/1826第26頁/共69頁單糖磷酸酯2023/4/1827第27頁/共69頁葡萄糖是體內(nèi)糖代謝的中心葡萄糖是食物糖類物質(zhì)（如淀粉）的消化產(chǎn)物；葡萄糖在生物體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成其它的糖，如核糖、果糖、半乳糖、糖原等；葡萄糖是哺乳動物及胎兒的主要供能物質(zhì)；葡萄糖提供氨基酸和脂肪酸合成的碳骨架。2023/4/1828第28頁/共69頁單糖的性質(zhì)單糖具有手性碳原子：DL-構(gòu)型、異構(gòu)體、旋光性。還原性：醛基和酮基的還原性，能還原多種弱氧化劑，也是費林定糖法的原理。呈色反應(yīng)：在強酸作用下脫水生成呋喃甲醛類化合物，與酚試劑形成有色物質(zhì)，常用于定性和定量。2023/4/1829第29頁/共69頁單糖的分析測定2023/4/1830第30頁/共69頁§4.3寡糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、寡糖的概念二、寡糖的種類和結(jié)構(gòu)三、寡糖的性質(zhì)四、環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)與工業(yè)用途2023/4/1831第31頁/共69頁寡糖的概念寡糖（oligosaccharides）：由2～6個相同或不同的單糖分子縮合而成的低分子量糖，水解生成相應(yīng)數(shù)量和種類的單糖分子。重要的寡糖：雙糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖和異麥芽糖三糖：棉子糖、龍膽三糖和松三糖2023/4/1832第32頁/共69頁雙糖雙糖：由兩個相同或不同的單糖組成，常見的有蔗糖、麥芽糖、乳糖等。2023/4/1833第33頁/共69頁麥芽糖與乳糖2023/4/1834第34頁/共69頁重要的雙糖蔗糖

-麥芽糖-乳糖-纖維二糖2023/4/1835第35頁/共69頁棉籽糖2023/4/1836第36頁/共69頁寡糖的性質(zhì)寡糖具有手性碳原子：DL-構(gòu)型、異構(gòu)體、旋光性。變旋性：蔗糖分子不存在半縮醛羥基，沒有變旋性；麥芽糖和乳糖存在半縮醛羥基，具有變旋性。還原性：保留半縮醛羥基的寡糖具有還原性，如麥芽糖和乳糖；沒有半縮醛羥基的寡糖不具有還原性，如蔗糖。2023/4/1837第37頁/共69頁常見寡糖的性質(zhì)2023/4/1838第38頁/共69頁環(huán)糊精的分子結(jié)構(gòu)2023/4/1839環(huán)糊精（cyclodextrins）：D-吡喃葡萄糖以α（1→4）糖苷鍵連接的環(huán)狀分子，是環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶催化淀粉降解的產(chǎn)物。第39頁/共69頁環(huán)糊精的性質(zhì)與用途特性：環(huán)糊精的環(huán)狀分子具有剛性，呈現(xiàn)一定的抗酸、抗堿和抗酶作用。環(huán)糊精易與小分子或離子形成包含配合物。用途：在色譜和電泳方法中分離異構(gòu)體和對映體。食品添加劑、調(diào)味劑和香精包結(jié)材料。在環(huán)境監(jiān)測和廢水處理中的作用。對脂溶性藥物的增溶作用。2023/4/1840第40頁/共69頁§4.4多糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、多糖的概念與種類二、多糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)均質(zhì)多糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)非均質(zhì)多糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)三、復(fù)合糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2023/4/1841第41頁/共69頁多糖的概念多糖（polysaccharides）：多個單糖分子脫水縮合而成的生物大分子，自然界糖類的主要存在形式。多糖完全水解產(chǎn)物含有二種以上的單糖或單糖衍生物，以及某些非糖小分子化合物。根據(jù)組成特點可分為均質(zhì)多糖（homo

polysaccharides）和非均質(zhì)多糖（hetero

polysaccharides）。2023/4/1842第42頁/共69頁多糖的分類均質(zhì)多糖（homo

polysaccharides）：由同種單糖分子縮合而成。如淀粉、糖原、纖維素和幾丁質(zhì)等。非均質(zhì)多糖（hetero

polysaccharides）：由不同種類的單糖分子縮合而成。如糖胺聚糖、瓊脂、果膠和細(xì)菌多糖等。2023/4/1843第43頁/共69頁多糖的種類與組成2023/4/1844第44頁/共69頁2023/4/18淀粉是植物養(yǎng)分的儲存形式淀粉顆粒45第45頁/共69頁淀粉（starch）紅色:α-1,6-糖苷鍵藍色:α-1,4-糖苷鍵支鏈淀粉直鏈淀粉2023/4/1846第46頁/共69頁直鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)與特性α（1→4）葡萄糖苷鍵可溶于熱水250~300個糖分子遇碘呈紫藍色2023/4/1847第47頁/共69頁支鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)2023/4/1848第48頁/共69頁支鏈淀粉的特性主鏈為α（1→4）葡萄糖苷鍵，分支點為α（1→6）葡萄糖苷鍵；不溶于熱水；單體數(shù)﹥6,000個葡萄糖分子；遇碘呈紫紅色。2023/4/1849第49頁/共69頁2023/4/18糖原是動物體葡萄糖的儲存形式50第50頁/共69頁肝細(xì)胞的糖原顆粒糖原顆粒2023/4/1851第51頁/共69頁糖原的分子結(jié)構(gòu)與特性主鏈為α（1→4）葡萄糖苷鍵，分支點為α（1→6）葡萄糖苷鍵；溶于水和三氯乙酸，不溶于乙醇和其他有機溶劑；單體數(shù)近30,000個葡萄糖分子；遇碘呈紅色。2023/4/1852第52頁/共69頁糖原在動物體內(nèi)的作用糖原(glycogen)貯存的主要器官是肝臟和肌肉組織。肝糖原含量可達肝重的5%，總量為90-100g。肌糖原含量為肌肉重量的1～2%，總量為200-400g。人體內(nèi)糖原的貯存量有限，一般不超過500g。2023/4/1853第53頁/共69頁纖維素是植物的骨架第54頁/共69頁氫鍵纖維素分子2023/4/1855第55頁/共69頁纖維素的分子結(jié)構(gòu)2023/4/1856第56頁/共69頁纖維素的特性主鏈為β（1→4）葡萄糖苷鍵；不溶于水、稀酸、稀堿和常用有機溶劑；單體數(shù)8,000～10000個葡萄糖分子；自然界的第一大資源，人和高等動物不能利用纖維素，低等動物和某些細(xì)菌可利用纖維素。2023/4/1857第57頁/共69頁幾丁質(zhì)（chitin）（甲殼動物、昆蟲外壁）

NH2NH2脫乙酰基后為殼聚糖（甲殼胺）自然界的第二大資源，化學(xué)改性(水解、烷基化、磺化、硝化等等）后用途十分廣泛（21世紀(jì)新材料）【N-乙酰-2-氨基-D-葡萄糖β（1→4）糖苷】2023/4/1858第58頁/共69頁殼聚糖的功能與制備功能：氨基的吸附性藥物(提高免疫力、防治動脈硬化、抗腫瘤、排毒等)抗菌纖維工業(yè)原料（膜、酶載體）環(huán)保藥劑（凈水劑、重金屬吸附、絮凝劑）制備方法原料（蝦、蟹殼）甲殼素酸、堿蛋白質(zhì)、Ca2+等漂洗烘干脫乙酰殼聚糖2023/4/1859第59頁/共69頁常見均質(zhì)多糖的組成與來源2023/4/1860第60頁/共69頁非均質(zhì)多糖

(1)非均質(zhì)多糖：由幾種不同單糖聚合而成。常見：粘多糖：含氨基己糖的雜多糖總稱，由氨基已糖與糖醛酸形成的二糖單位為基本結(jié)構(gòu)單元。如透明質(zhì)酸（結(jié)締組織）、肝素（抗凝血）和硫酸軟骨素等。瓊脂：瓊脂糖（聚半乳糖）和瓊脂膠（瓊脂糖的硫酸酯）的混合物，石花菜科海藻中含量高，造果凍。果膠：典型的植物多糖，細(xì)胞壁間粘連物質(zhì)，為果膠酸（D-半乳糖醛酸的直鏈多糖）的甲酯。2023/4/1861第61頁/共69頁非均質(zhì)多糖(2)細(xì)菌多糖：細(xì)菌細(xì)胞壁的骨架結(jié)構(gòu)，由N-乙酰葡萄糖胺與乙酰胞壁酸通過β（1→4）糖苷鍵交替形成的多聚體，同時與肽鍵連接形成肽聚糖。藥物多糖：中草藥治病的主要成分就是此類多糖及其衍生物，結(jié)構(gòu)與功能的研究剛剛起步。2023/4/1862第62頁/共69頁結(jié)合糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、結(jié)合糖的概念二、結(jié)合糖的種類2023/4/1863第63頁/共69頁結(jié)合糖的概念結(jié)合糖：糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。常見的結(jié)合糖：糖蛋白：糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物糖脂：糖與