生物化學(xué)課件：生物化學(xué)-糖類

第二章糖類

(SACCHARIDES)

第一節(jié)糖類概述第二節(jié)單糖第三節(jié)寡糖第四節(jié)多糖2第一節(jié)概述一、定義與組成三、功能二、分類31．分布韌帶肌糖原結(jié)締組織綠色植物動(dòng)物肌肉韌帶等42．糖的化學(xué)組成和定義

基本元素組成：

CHO

最初通式：

Cn(H2O)m

不符合上述通式：鼠李糖（C6H12O5）

脫氧核糖(C5H10O4)

52．糖的化學(xué)組成和定義定義：多羥基醛或多羥基酮，以及能夠水解生成它們的有機(jī)化合物及其衍生物。6二、分類（水解）單糖：據(jù)所含碳原子數(shù)目：丙糖、丁糖、戊糖、己糖;

寡糖：2-10個(gè)分子單糖縮合而成,如蔗糖、乳糖等；多糖：據(jù)單糖基相同否：純多糖與雜多糖；

據(jù)有無(wú)支鏈：直鏈多糖與支鏈多糖；

據(jù)功能：結(jié)構(gòu)多糖、貯存多糖、抗原多糖；據(jù)分布：胞外多糖、胞內(nèi)多糖、胞壁多糖；

結(jié)合糖（糖綴合物）：糖肽、糖脂、糖蛋白；

糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷；

71．糖的生理功能（1）提供能量；（2）作為物質(zhì)代謝的碳骨架；（3）構(gòu)成細(xì)胞和組織的骨架；（4）細(xì)胞間識(shí)別和生物分子間的識(shí)別；82．糖類在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用①食品工業(yè)生產(chǎn)啤酒9①食品工業(yè)烘烤食品10②造紙、紡織、化工等工業(yè)11②造紙、紡織、化工等工業(yè)亞麻涼席12③制藥工業(yè)抗生素發(fā)酵的原料13第二節(jié)單糖一、單糖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型與構(gòu)象二、自然界存在的重要單糖及其衍生物三、單糖的重要物理化學(xué)性質(zhì)14一、單糖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型與構(gòu)象1．葡萄糖的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)2．單糖的空間構(gòu)型與旋光性3．單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與構(gòu)象151．葡萄糖的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)被譽(yù)為“糖化學(xué)之父”的H.E.Fischer推斷出葡萄糖、果糖等一系列單糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)。葡萄糖的分子式為C6H12O6，為2，3，4，5，6-五羥基己醛的基本結(jié)構(gòu)。果糖為1，3，4，5，6-五羥基己酮的基本結(jié)構(gòu)。16（1）手性化合物（2）旋光性（3）單糖的空間構(gòu)型2．單糖的空間構(gòu)型與旋光性17（1）手性化合物構(gòu)型：是指一個(gè)有機(jī)分子中各個(gè)原子特有的固定的空間排列。碳原子是不對(duì)稱原子：當(dāng)碳原子連接的四個(gè)基團(tuán)各不相同時(shí)18碳原子常稱為手性碳原子、不對(duì)稱中心或手性中心，常用C*表示。含有不對(duì)稱性（或手性）碳原子的化合物稱為手性化合物。構(gòu)成手性關(guān)系的分子之間，互稱“對(duì)映異構(gòu)體”。除二羥丙酮外，所有的單糖分子中都含有一個(gè)或多個(gè)不對(duì)稱性（或手性）碳原子。19平面偏振光（偏振光）：當(dāng)普通光通過(guò)Nicol棱鏡時(shí)，只有振動(dòng)方向和棱鏡晶軸平行的光才能通過(guò)，所得到的光就只在一個(gè)平面上振動(dòng)。偏振面:偏振光的振動(dòng)面。（2）旋光性20當(dāng)平面偏振光通過(guò)手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。這種性能稱為旋光性。旋光異構(gòu)體：分子的化學(xué)組成相同，但旋光不同的異構(gòu)體。21（3）單糖的空間構(gòu)型通過(guò)測(cè)定大量單糖結(jié)構(gòu)，證明單糖均具有同樣的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)特征。除二羥丙酮外，所有的單糖分子中都含有一個(gè)或多個(gè)不對(duì)稱性（或手性）碳原子。如己醛糖分子中有四個(gè)手性碳原子，有24=16個(gè)旋光異構(gòu)體，葡萄糖是其中的一種;己酮糖分子中有三個(gè)手性碳原子，有23=8個(gè)旋光異構(gòu)體，果糖是其中的一種。22糖類的構(gòu)型習(xí)慣用D/L進(jìn)行標(biāo)記。糖分子中的多個(gè)手性C原子，離C=O最遠(yuǎn)的C原子，即編號(hào)最大的手性碳原子，為決定構(gòu)型的C原子。23以甘油醛作為標(biāo)準(zhǔn)，和手性碳原子相連的-OH在右邊的為D構(gòu)型，在左邊的為L(zhǎng)構(gòu)型。D-甘油醛L-甘油醛透視式24以分子中倒數(shù)第二個(gè)碳原子上羥基在空間的左右來(lái)判別構(gòu)型。25D型L型26

其他的醛糖可以定義為D、L型甘油醛通過(guò)增碳反應(yīng),分子中增加C(H20)形成的糖。273．單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與構(gòu)象（1）單糖環(huán)式結(jié)構(gòu)（2）單糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的表示方法（3）單糖的構(gòu)象28（1）單糖環(huán)式結(jié)構(gòu)D-葡萄糖主要是C5上的羥基與醛基作用，生成六元環(huán)的半縮醛(稱氧環(huán)式)。29O半縮醛羥基30氧環(huán)式比開(kāi)鏈?zhǔn)蕉嘁粋€(gè)手性碳原子，所以得到α構(gòu)型和β構(gòu)型兩種異構(gòu)體。C1(異頭碳）上新形成的羥基(半縮醛羥基)與末端羥甲基處于異側(cè)的，稱為α-型；反之稱為β-型。這種結(jié)構(gòu)也稱為端基異構(gòu)體或異頭物。31（2）單糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的表示方法Haworth透視式：迄今為止表示單糖、雙糖或多糖所含單糖環(huán)形結(jié)構(gòu)的最常用方法。α-D-吡喃糖β-D-吡喃糖32變旋現(xiàn)象：實(shí)質(zhì)是環(huán)狀單糖的比旋光度由于其兩種端基差向異構(gòu)體達(dá)到平衡而發(fā)生變化，最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值。葡萄糖的α、β-構(gòu)型和開(kāi)鏈?zhǔn)降钠胶?3（3）單糖的構(gòu)象構(gòu)象:是指在一個(gè)有機(jī)化合物中，一切原子沿著共價(jià)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)而形成不同的空間結(jié)構(gòu)。34船式椅式勢(shì)能最低，相對(duì)穩(wěn)定35二、自然界重要單糖及其衍生物36D-葡萄糖山梨醇甘露醇

電解電壓5-6V電流1.0-1.2A/dm2（1）糖醇37（2）脫氧糖38（3）糖醛酸葡糖酸葡糖醛酸葡糖二酸39（4）氨基糖N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺N-乙酰神經(jīng)氨酸（唾液酸）乙酰胞壁（糖）酸40（5）糖苷糖的半縮醛羥基與其它含羥基的化合物失水而生成的縮醛（或縮酮）化合物叫糖苷（也稱糖甙）。主要存在于植物的種子、葉子等部位。大多極毒，但微量糖苷可作藥物。重要的糖苷如能引起溶血的皂角苷，有強(qiáng)心劑作用的毛地黃苷等。41（6）糖酯常見(jiàn)糖的磷酸酯糖的磷酸酯是糖在代謝中的活化形式糖的硫酸酯存在于糖胺聚糖中42三、單糖的重要物理化學(xué)性質(zhì)1．物理性質(zhì)2．化學(xué)性質(zhì)431．物理性質(zhì)（1）旋光性:除二羥丙酮外，所有的糖都有旋光性。（2）甜度:常以蔗糖的甜度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。若蔗糖的甜度計(jì)為100，則各種糖的甜度比約為：90%果糖糖漿為160~173；42%果糖糖漿為100；葡萄糖為64；蜂蜜為97；麥芽糖為46；蔗糖蜜為74；乳糖為30等。（3）溶解度:單糖分子中的羥基，增加了它的水溶性，在熱水中溶解度極大，但不溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑。

醛、酮基

羥基

（1）氧化（2）還原（3）成脎作用（4）異構(gòu)作用（5）發(fā)酵作用（1）成脂（2）成苷（3）脫水（4）脫氧（5）氨基化2．化學(xué)性質(zhì)44（1）醛、酮基產(chǎn)生的性質(zhì)45

①氧化原理：在堿性溶液中，醛基、酮基變?yōu)榉浅；顫姷南┒迹哂羞€原性，能還原如Cu2+、Ag+、Hg2+、Bi3+等離子，同時(shí)糖本身被氧化成糖酸及其它產(chǎn)物。應(yīng)用：糖類在堿性溶液中的還原作用常被用來(lái)作為還原糖的定性及定量分析的依據(jù)，常用的試劑為含Cu2+的堿性溶液。46

3，5-二硝基水楊酸法：測(cè)定還原糖，即在堿性溶液中將還原糖變?yōu)橄┒迹?，2-烯二醇），然后以3，5-二硝基水楊酸氧化其變?yōu)樘撬?，還原糖和堿性二硝基水楊酸試劑共熱，產(chǎn)生一種棕紅色的氨基化合物。47D-甘露糖D-葡萄糖D-葡萄糖醇D-果糖[H]D-甘露糖醇[H][H]D-葡萄糖醇D-甘露糖醇②還原48③成脎作用原理：醛基或酮基與苯肼等起加合作用成脎作用：?jiǎn)翁堑牡?，2碳與苯肼結(jié)合后，成晶體糖脎；舉例：葡萄糖與苯肼的成脎作用；糖脎特點(diǎn)：黃色晶體，不溶于水；應(yīng)用：可用來(lái)鑒別單糖，因不同的單糖產(chǎn)生不同的糖脎，故可根據(jù)糖脎的晶形、溶點(diǎn)鑒別糖的種類。49D-葡萄糖葡萄糖苯腙酮苯腙葡萄糖脎50

④異構(gòu)化作用

原理：弱堿或稀強(qiáng)堿引起單糖的分子重排。舉例：D-葡萄糖與D-果糖及D-甘露糖可在Ba(OH)2的溶液中互相轉(zhuǎn)變。51D-葡萄糖D-甘露糖D-果糖52⑤發(fā)酵作用

單糖經(jīng)酵母的釀酶作用產(chǎn)生乙醇和CO2，這一過(guò)程較復(fù)雜，在今后糖代謝章中詳細(xì)介紹。

53

酶α-葡萄糖α-葡萄糖-6-磷酸磷酸①成脂作用（2）由羥基產(chǎn)生的性質(zhì)54α-型糖β-型糖α-糖苷β-糖苷醇HClHCl醇②成苷作用55HCl,加熱，

-3H2OD-葡萄糖5-羥甲基糠醛③脫水作用56脫氧核糖脫氧核糖④脫氧作用57④氨基化原理：OH基（C-2,C-3上為主）被NH2基取代而產(chǎn)生氨基糖，也叫糖胺。

舉例：N-乙酰-D-葡萄糖胺(NAG)、N-乙酰胞壁酸（NAM）。58N-乙酰D-葡萄糖胺（NAG）59N-乙酰胞壁酸（NAM）60N-乙酰神經(jīng)氨酸（NAN）61第三節(jié)寡糖一、定義二、功能三、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)四、自然界存在的重要寡糖62一、定義寡糖又稱低聚糖，一般由兩個(gè)或兩個(gè)以上（通常指2～10）糖單元以糖苷鍵相連。最簡(jiǎn)單的寡糖是雙糖，如乳糖、蔗糖、麥芽糖等。寡糖常常與蛋白質(zhì)或脂類共價(jià)結(jié)合，以糖蛋白或糖脂的形式存在。63二、功能1．寡糖是生物體內(nèi)重要的信息物質(zhì)。2．寡糖具有營(yíng)養(yǎng)保健功能。3．某些寡糖具有很強(qiáng)的抗病毒、抗炎癥活性。64三、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)醛糖C-1上的半縮醛羥基（酮糖C-2上）和其它單糖的羥基經(jīng)脫水，通過(guò)縮醛形式結(jié)合成寡糖。寡糖的性質(zhì)與組成寡糖的單糖單元、糖苷鍵連接類型有密切關(guān)系。一分子單糖的半縮醛羥基和另一分子的醇羥基失水，后者仍然保留它的半縮醛（酮）羥基，因此能發(fā)生醛（或酮）的反應(yīng)，稱為還原糖。兩個(gè)單糖的半縮醛羥基都參與了縮醛（或縮酮）反應(yīng)，不能直接發(fā)生還原反應(yīng)，稱為非還原糖。65四、自然界存在的重要寡糖1．雙糖2．三糖3．其他低聚糖661．雙糖(蔗糖)

α-D葡萄糖

β-D-果糖α-D-吡喃葡萄糖基-（1→2）-β-D-呋喃果糖非還原糖67雙糖(麥芽糖)

α-D葡萄糖

α-D葡萄糖α-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）α-D-吡喃葡萄糖還原糖68雙糖(纖維二糖)β

-D葡萄糖β-D葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-β-D-吡喃葡萄糖還原糖69β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-α-D-吡喃葡萄糖雙糖(乳糖)還原糖702．三糖

β-D-果糖β-半乳糖α-D葡萄糖蜜二糖蔗糖非還原糖713．其他低聚糖常見(jiàn)的低聚糖還有:低聚果糖α-寡聚葡萄糖（α-異麥芽寡糖）低聚半乳糖（半乳寡糖）甘露低聚糖（甘露寡糖）低聚木糖（木寡糖）等。72第四節(jié)多糖一、概述二、淀粉與糖原三、纖維素與半纖維素73一、概述多糖是由很多個(gè)單糖分子縮合而成的高聚物。自然界中，植物、動(dòng)物及微生物體內(nèi)都含有多種多糖。從多糖的形狀上看，可分為直鏈和支鏈兩種。根據(jù)單糖的組成來(lái)區(qū)分，由一種單糖構(gòu)成的多糖叫同多糖（純多糖），由兩種以上單糖構(gòu)成的多糖叫雜多糖。74（一）直鏈多糖和支鏈多糖（二）同多糖和雜多糖75（一）直鏈多糖和支鏈多糖直鏈淀粉:由200～300個(gè)α-D-葡萄糖以α（1→4）糖苷鍵相連形成；其基本的二糖單位是“麥芽糖”。1．直鏈多糖7677纖維素:由上千個(gè)（平均含有3000個(gè)）葡萄糖以β（1→4）-糖苷鍵相連結(jié)形成；基本的二糖單位是“纖維二糖”。782．支鏈多糖α（1→4）糖苷鍵α（1→6）糖苷鍵支鏈淀粉79（二）同多糖和雜多糖葡聚糖是最重要的同多糖，只由葡萄糖一種結(jié)構(gòu)單位組成。常見(jiàn)的淀粉、纖維素、右旋糖酐等都是一些來(lái)源不同或糖苷鍵不同的葡聚糖。1．同多糖80雜多糖可以分成動(dòng)物粘多糖、植物雜多糖及微生物雜多糖等。在動(dòng)物體內(nèi)的粘多糖通常是以一定的方式與蛋白質(zhì)相連，而蛋白質(zhì)中肽鏈上的氨基又可與另外的多糖結(jié)合，這就構(gòu)成了在水介質(zhì)中具有彈性的凝膠狀網(wǎng)絡(luò)。（透明質(zhì)酸）植物雜多糖有瓊脂、半纖維素、果膠。81二、淀粉與糖原1．淀粉2．糖原821．淀粉

①分布

幾乎存在于所有綠色植物的多數(shù)組織中。

②降解

淀粉→紅色糊精→無(wú)色糊精→麥芽糖→葡萄糖

遇碘成

紅色

不顯色

紫藍(lán)色

③直鏈淀粉與支鏈淀粉

用熱水溶解淀粉時(shí)，可溶的一部分為"直鏈淀粉"，另一部分不能溶解的為"支鏈淀粉"831．淀粉

定義：多個(gè)單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物

分布：分布很廣，各類生物中均有分布

均一多糖與不均一多糖

特性：水溶液中形成形成膠體，無(wú)甜味，無(wú)還原性，有旋光性，但無(wú)變旋現(xiàn)象

④分子量

直鏈淀粉的分子量約在1.0×104--2.0×106

⑤連接鍵直鏈淀粉:以α-1，4糖苷鍵；支鏈淀粉:以α-1，4糖苷鍵及α-1，6糖苷鍵⑥作用

食用工業(yè)上：如發(fā)酵制酒、水解制糖等。84α（1→4）糖苷鍵α（1→6）糖苷鍵支鏈淀粉1852．糖原①分布

高等動(dòng)物的肝臟與肌肉、軟體動(dòng)物、谷物和細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了糖原類似物。。

②連接鍵

α-1，4糖苷鍵及α-1，6糖苷鍵。

③特點(diǎn)

糖原較易分散在水中，與碘反應(yīng)是紅紫色。86支鏈淀粉：分支少而長(zhǎng)

11-12/24-32糖原：分支多而短

3-5/10-1487三、纖維素與半纖維素三、纖維素與半纖維素1．纖維素2．半纖維素881．纖維素纖維素的分子式為（C6H10O5）n。是由D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵組成的直鏈同多糖。是世界上儲(chǔ)量最豐富的天然有機(jī)物。植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素?zé)o色、無(wú)味，不溶于水和乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑，也不具有還原性。纖維素及其衍生物有許多重要的應(yīng)用。89纖維素的分子結(jié)構(gòu)902．半纖維素半纖維素是一些與纖維素一同存在于植物細(xì)胞壁中的多糖的總稱，也就是它是指除纖維素以外的全部碳水化合物。