糖類結(jié)構(gòu)和功能

1、關(guān)于糖類的結(jié)構(gòu)與功能第一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、 糖的概念與分類二、 單糖的構(gòu)型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)象 （一）單糖的構(gòu)型 （二）單糖的結(jié)構(gòu) （三）單糖的構(gòu)象三、自然界存在的重要單糖及其衍生物 第二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四、 寡糖 五、 多糖六、多糖代表物七、糖復(fù)合物第三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、糖的概念與分類 P67糖類是多羥醛、多羥酮或其衍生物，或水解時(shí)能產(chǎn)生這些化合物的物質(zhì)；大多數(shù)糖類物質(zhì)：由碳、氫、氧三種元素組成； 實(shí)驗(yàn)式（CH2O）n 或 Cn（H2O）m；葡萄糖和果糖是它們的典型例子；第四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖

2、和碳水化合物多數(shù)糖中氫和氧的原子數(shù)比例是2:1，故曾稱碳的水合物(hydrate)。碳水化合物(carbohydrate)因此得名；后發(fā)現(xiàn)有些糖，如鼠李糖(C6H12O5)、脫氧核糖(C5H10O4)等，其分子中H、O原子數(shù)之比并非2:1，而一些非糖物質(zhì)，如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)等，其分子中H、O之比卻是2:1，所以“碳水化合物”這一名稱并不恰當(dāng)；第五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖和果糖結(jié)構(gòu)式淀粉和纖維素也屬糖類，它們是由多個(gè)葡萄糖分子縮合而成的聚合物；己醛糖己酮糖第六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 糖的分布 P67糖類廣泛存在于生物界，是地球上數(shù)

3、量最多的一類有機(jī)化合物，特別是植物界。地球生物干重的50以上由葡萄糖的聚合物構(gòu)成；糖類物質(zhì)按干重計(jì)：占植物的85-90，占細(xì)菌的 1030，動(dòng)物小于2；地球上糖類物質(zhì)及其所含能量的來源是綠色細(xì)胞進(jìn)行的光合作用； 第七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 糖的命名 P671. 俗名： 個(gè)別糖的命名根據(jù)糖的來源給予一個(gè)通俗名稱，如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、棉子糖和殼多糖等；2. 學(xué)名： 同有機(jī)物；第八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 糖的分類 P67糖類物質(zhì)根據(jù)它們的聚合度分類如下：第九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 單糖（monosaccharide） P67不能

4、被水解成更小分子的糖類； 如葡萄糖、果糖、核糖等；單糖根據(jù)分子中含醛基或酮基分醛糖(aldose)、酮糖(ketose) ；依據(jù)分子中所含碳原子數(shù)目n(37)分別稱三碳糖或稱丙糖(triose)； 自然界中最小的單糖：n3，最大的單糖：n7；有時(shí)碳原子數(shù)目和含羰基的類型結(jié)合起來命名，如已醛糖、庚酮糖等； 第十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 寡糖（oligosaccharide）由220個(gè)左右分子的單糖結(jié)合而成：（1）雙糖（ disaccharide，二糖）： 水解時(shí)生成2分子單糖，如麥芽糖、蔗糖等；（2）三糖（trisaccharide）： 水解時(shí)產(chǎn)生3分子單糖，如棉子糖；（3

5、）四糖（tetrasaccharide）；五糖 （pentasaccharide）；六糖（hexasaccharide）等。 第十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 多糖（polysaccharide）水解時(shí)產(chǎn)生約20個(gè)左右以上單糖分子的糖類，包括：（1）同多糖(homopolysaccharide)： 水解時(shí)只產(chǎn)生一種單糖或單糖衍生物，如糖原、淀粉、殼多糖等；第十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）雜多糖(heteropolysaccharide)：水解時(shí)產(chǎn)生一種以上的單糖或和單糖衍生物，如透明質(zhì)酸、半纖維素等； 復(fù)合糖或糖復(fù)合物(glycoconijugate)

6、 ： 糖類與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物分子形成的共價(jià)結(jié)合物，如糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等；第十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （四）糖類物質(zhì)的生物學(xué)作用 P671. 通過氧化放出大量的能量，以滿足生命活動(dòng)需要；2. 轉(zhuǎn)化為生命必需的其他物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂類等；3. 作為生物體的結(jié)構(gòu)，如纖維素是植物的結(jié)構(gòu)糖；4. 糖鏈結(jié)構(gòu)是高密度信息載體；第十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、單糖的構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象單糖： P68 具有一個(gè)自由醛基或酮基，或有兩個(gè)以上羥基的糖類物質(zhì)；第十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象1. 構(gòu)造： 原子連接在一起的次序，用結(jié)構(gòu)式表示；

7、2. 構(gòu)型：一個(gè)分子由于各原子特有的固定空間排列，使該分子具有的特定立體化學(xué)形式；（D，L）3. 構(gòu)象：分子所采取的特定形態(tài)。因單鍵自由旋轉(zhuǎn)及鍵角有一定柔性，具有相同結(jié)構(gòu)和構(gòu)型的分子在空間可采取多種形態(tài)；以葡萄糖為例闡述單糖的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)；第十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖是由6個(gè)碳原子構(gòu)成的直鏈狀多羥基化合物證明（閱讀）2-1（1）葡萄糖經(jīng)元素組成和相對分子質(zhì)量測定，確定其分 子式：（CH2O）6 ，即C6H12O6；（2）葡萄糖能與費(fèi)林氏(Fehling)試劑或其他醛試劑反 應(yīng)，證明葡萄糖分子含有醛基；待續(xù)；第十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖是

8、由6個(gè)碳原子構(gòu)成的直鏈狀多羥基化合物證明（閱讀） 2-2（3）葡萄糖能與乙酸酐結(jié)合，并產(chǎn)生具有5個(gè)乙?；难?生物，證明葡萄糖分子含有5個(gè)羥基；（4）葡萄糖經(jīng)鈉汞齊作用，被還原成具有6個(gè)羥基的山梨 醇(由6個(gè)碳原子構(gòu)成的直鏈醇)，表明葡萄糖是一直 鏈己醛；由此知葡萄糖鏈狀結(jié)構(gòu)式為:第十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）單糖的構(gòu)型單糖構(gòu)型：D-型，L-型； 以距醛基最遠(yuǎn)的不對稱碳原子（分子中離羰基碳最遠(yuǎn)的那個(gè)手性碳原子*）為準(zhǔn)，人為規(guī)定：此碳原子上的-OH與D-甘油醛C2-OH取向相同，為D型糖； 反之L型糖；*第十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月舉 例第二十張，PP

9、T共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月由D-甘油醛衍生的醛單糖圖示P70 表3-2第二十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月由D-甘油醛衍生的酮單糖圖示第二十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 旋光度 （optical activity） 使偏振面向右旋的稱右旋光物質(zhì),如()-甘油醛， 左旋的稱左旋光物質(zhì)，如()-甘油醛；旋光度：具有旋光性的物質(zhì)在一定條件下使偏振面旋轉(zhuǎn)的角度，用 Dt表示； 旋光度是旋光性物質(zhì)的一種物理性質(zhì)，在一定條件下是常數(shù)；第二十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （二）單糖的構(gòu)造 P69因隨后發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某些理化性質(zhì)不能用糖的鏈狀結(jié)構(gòu)解釋，從而提

10、出葡萄糖存在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的可能；第二十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 葡萄糖不具有典型醛類特性（閱讀）（1）缺少Schiff(品紅-亞硫酸)化反應(yīng)（不能使被亞硫酸漂 白了的品紅呈現(xiàn)紅色）；（2）難與亞硫酸氫鈉發(fā)生加成反應(yīng)，而醛類能；（3）在無水甲醇中以氯化氫作催化劑時(shí)，得到的是只含一個(gè)甲基的化合物-甲基葡糖苷，不像簡單醛類那樣得到二甲縮醛，這就意味著半縮醛基的存在：第二十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月半縮醛基第二十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 變旋現(xiàn)象（閱讀） 溶液發(fā)生旋光度改變的現(xiàn)象；葡萄糖以兩種具有不同旋光率的形式存在: （1）20D=112

11、.20，稱為-D-（+）型； （2）20D=18.70，稱為-D-（+）型； 將兩種葡萄糖分別溶于水后，其旋光率都達(dá)到同一恒定值：52.6o；變旋是由于分子立體結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化的結(jié)果；第二十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 環(huán)狀半縮醛（閱讀） 上述性質(zhì)用環(huán)狀結(jié)構(gòu)解釋即可迎刃而解；葡萄糖以環(huán)狀糖苷形式存在，其C1成為不對稱原子，在水溶液中通過直鏈(開鏈)形式可以互變(差向異構(gòu)化)，經(jīng)一定時(shí)間后達(dá)到平衡，這就是產(chǎn)生變旋現(xiàn)象的原因；葡萄糖成環(huán)時(shí)由醛變成半縮醛，因此只能與一分子甲醇反應(yīng)而生成甲基葡糖苷(一種縮醛)，又由于異頭碳上的羥基可以有兩種取向，因而能形成、兩種甲基葡糖苷；第二十八

12、張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月-型和-型葡萄糖1893年，F(xiàn)ischer E提出葡萄糖分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說和Fischer式: 羥基和羰基處于同一分子內(nèi)，可以發(fā)生分子內(nèi)親核加成,導(dǎo)致環(huán)狀半縮醛形成；成環(huán)后，C1成為不對稱原子，其上的羥基與最末的手性碳原子的羥基具有相同取向時(shí)稱-型，反之稱-型；二者互為異頭物；第二十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變（Fischer式）*第三十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯原因（閱讀）葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變平衡后，-D-葡萄糖約占36,-D-葡萄糖占64,含游離醛基的開鏈葡萄糖占不到0

13、.024，這是為什么葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯的原因；第三十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 吡喃糖和呋喃糖開鏈單糖形成環(huán)狀半縮醛時(shí)，出現(xiàn)五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu);（1）D-葡萄糖C5上的羥基與C1的醛基加成生成六元環(huán)的 吡喃型葡糖（glucopyranose）；（2）D-果糖C5上的羥基與C2的酮基加成形成五元環(huán)的呋 喃型果糖（fructofuranose）；Fischer投影式不能準(zhǔn)確反映糖分子的立體構(gòu)型， Haworth提出了透視式，稱Haworth式，并提出了具體書寫規(guī)定；第三十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖的Haworth式

14、第三十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu) P69第三十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Fischer式中C*的右向羥基在Haworth式中處于含氧環(huán)面的下方,左向羥基在Haworthh式中處于環(huán)面的上方,形成1-5型氧橋時(shí),繞C4-C5之間的鍵將旋轉(zhuǎn)約109o,結(jié)果C5上的羥甲基旋至環(huán)面上方,C5氫轉(zhuǎn)到環(huán)面下方,當(dāng)決定構(gòu)型的C*羥基參與成環(huán)時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)定位(即含氧環(huán)上的碳原子按序數(shù)順時(shí)針排列) Haworth式中羥甲基在環(huán)平面上方的為D型糖,在環(huán)平面下方的為L型糖；不論是D型糖還是L型糖,異頭碳羥基與末端羥甲基是反式的為異頭物,順式的為-異頭物； D-葡萄糖

15、由Fischer式改寫為Haworth式的步驟D-葡萄糖主要以吡喃糖存在，呋喃糖次之；對葡萄糖來說，吡喃型比呋喃型穩(wěn)定；D-果糖也以兩種形式存在；第三十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （三）單糖的構(gòu)象 P69己糖的C-C鍵都保持正常四面體價(jià)鍵的方向，不是在一個(gè)平面上，而是折疊成椅式和船式兩種構(gòu)象： A：椅式 C：船式第三十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、自然界存在的重要單糖及其衍生物P70第三十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月單糖磷酸酯（sugar phosphate ester）單糖磷酸酯廣泛存在于

16、各種細(xì)胞中，是很多代謝途徑中的主要參加者： 如：D-葡糖-1-磷酸、D-葡糖-6-磷酸、D-果糖-6-磷酸、D-果糖-1,6二磷酸、D-甘油醛-3-磷酸、二羥丙酮磷酸等是糖酵解途徑的中間物；待續(xù)；第三十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月續(xù)：單糖磷酸酯D-赤蘚糖-4-磷酸、D-核糖-5-磷酸、D-木酮糖-5-磷酸、D-核酮糖-5-磷酸和D-景天庚酮糖-7-磷酸等是戊糖磷酸途徑和光合作用的Calvin循環(huán)中的中間物；核糖糖苷的磷酸酯（核苷酸），如腺苷一磷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP)等，都是代謝中的重要磷酸酯；第四十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 生

17、物學(xué)中最重要的幾個(gè)單糖磷酸酯的結(jié)構(gòu)式 第四十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用（閱讀）糖的磷酸酯酸性比正磷酸（H3PO4）還強(qiáng)，頭兩步解離的pKa分別約為12和67，這些化合物在細(xì)胞內(nèi)（pH約7.2）是以1價(jià)陰離子和2價(jià)陰離子的混合物存在的；單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用之一是防止它們擴(kuò)散到細(xì)胞外，因?yàn)楹呻姷姆肿右话悴荒艽┰缴锬?；第四十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月其他單糖及衍生物 糖醇 糖醛酸 糖胺 ，又稱氨基糖 糖苷 第四十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 四、寡糖 P71寡糖是由220個(gè)左右單糖通過糖苷鍵連接

18、而成的糖類物質(zhì)，有的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；寡糖與多糖之間無絕對界線；已知的寡糖不下500種（主要存在于植物中）；第四十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（閱讀）1. 參與組成的單糖單位（1）有些寡糖如麥芽糖由同一種單糖（葡萄糖殘基）組 成；（2）有些寡糖由兩種或多種不同單糖組成，如蔗糖，含 葡萄糖和果糖兩種殘基；第四十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 參與成鍵（糖苷鍵）的碳原子位置兩個(gè)單糖殘基之間的連接有多種方式, 有11（海藻糖）、12（蔗糖）、14（纖維二糖）和l6（龍膽二糖）；13和l5較少見；3. 參與成鍵的每一異頭碳羥基的構(gòu)型（異頭走向）構(gòu)型可以是型

19、如麥芽糖和蔗糖，型如纖維二糖和乳糖；第四十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （二） 二糖重要的二糖包括蔗糖、麥芽糖、乳糖等；1）麥芽糖：由兩分子葡萄糖單體脫水縮合形成；2）蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖縮合形成;3）乳糖：由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成；第四十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）三 糖三糖中的棉子糖與人類關(guān)系較大，常見于許多植物，尤其是棉子與甜菜中；它不能使Fehling試劑還原；與酸共煮時(shí)，棉子糖即行水解，生成葡萄糖、果糖和半乳糖各一分子；在蔗糖酶作用下，由棉子糖中分解出果糖而留下密二糖；在密

20、二糖酶作用下，密二糖水解成半乳糖和蔗糖。 第四十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月五、 多 糖1. 由多個(gè)單糖單位構(gòu)成的糖類物質(zhì)，相對分子質(zhì)量極大：從30 000到400 000 000；2. 多不溶于水；3. 屬非還原糖（因很大的分子只有一個(gè)還原末端）,不呈變旋現(xiàn)象，無甜味，一般不能結(jié)晶；根據(jù)生物來源不同：有植物多糖、動(dòng)物多糖、微生物多糖；重要多糖：淀粉、糖原、纖維素、氨基葡聚糖等；第五十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月六、多糖代表物第五十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （一） 淀粉 P731.由D-葡萄糖組成；2.幾乎存在于所有綠色植物的多數(shù)組織中； 3.在酸和淀粉酶作用下被降解：淀粉紅色糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖；4.用熱水溶解淀粉