二糖类化合物

1、 上海市精品课程系列-生物化学第二章 糖类化合物 糖类概述 单糖 寡糖 多糖 糖复合物 糖类概述糖类化合物的概念糖的分类糖的生物功能 糖类概述糖类化合物的概念 糖类是生物界重要的有机化合物，旧称糖类是生物界重要的有机化合物，旧称碳水化合物碳水化合物，通式为通式为Cn(H2O)n 。 糖类是糖类是多羟基醛多羟基醛或或多羟基酮多羟基酮及其及其缩聚物缩聚物和某些和某些衍生物衍生物的总称。的总称。 糖类化合物糖类化合物广泛存在于广泛存在于动物、植物和微生物中。动物、植物和微生物中。 糖类概述糖的分类单糖寡糖（低聚糖）多糖糖的衍生物糖复合物仅包含仅包含一个一个多羟基醛或多羟基酮单位。如多羟基醛或多羟基酮

2、单位。如葡萄糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖果糖、半乳糖、核糖。由由2-10个个相同或不同的单糖分子缩合而成，水解相同或不同的单糖分子缩合而成，水解时可获得相应数目和种类的单糖分子。如时可获得相应数目和种类的单糖分子。如麦芽糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖蔗糖、乳糖。含含10个以上单糖结构的缩合物。如个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、糖原、淀粉、糖原、纤维素纤维素。糖与糖与非糖物质共价结合非糖物质共价结合而成的复合物。如而成的复合物。如蛋白聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白、糖脂糖蛋白、糖脂。糖的还原产物、氧化产物、氨基取代物以及糖苷化糖的还原产物、氧化产物、氨基取代物以及糖苷化合物等。合物等。根据能否根据能否水解水解

3、及水解及水解产物组成产物组成情况情况 糖类概述糖的生物功能一切生物体所需一切生物体所需能量能量的主要来源的主要来源生物体的生物体的结构组分结构组分碳源碳源物质物质参与执行多种参与执行多种生理功能生理功能 淀粉淀粉和和糖原糖原是重要的能源物质是重要的能源物质 植物细胞壁中的植物细胞壁中的纤维素纤维素 细菌细胞壁的细菌细胞壁的肽聚糖肽聚糖 节肢动物外骨骼节肢动物外骨骼几丁质几丁质 动物软骨中的动物软骨中的蛋白聚糖蛋白聚糖 信息分子信息分子 受体受体 细胞标记细胞标记 抗原决定簇抗原决定簇 单糖单糖的分类单糖的分子结构单糖的理化性质 单糖单糖的分类根据根据碳原子数目碳原子数目分为丙糖、丁糖、戊糖、己

4、糖等分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等根据根据羰基羰基的特点，分为的特点，分为醛糖醛糖和和酮糖酮糖以以戊糖戊糖和和己糖己糖最为重要最为重要 单糖单糖的分子结构单糖含有单糖含有一个羰基一个羰基和和多个羟基多个羟基单糖的构型D-型和型和L-型的规定：型的规定：指离指离羰基最远羰基最远的的不对称碳原子不对称碳原子的构型，其上的构型，其上羟基在羟基在Fischer投影式投影式右侧右侧的称为的称为D-型，在型，在左侧左侧的称为的称为L-型。通常以型。通常以甘油醛甘油醛为参照物。为参照物。除除二羟丙酮二羟丙酮，所有单糖都含有，所有单糖都含有一个或多个一个或多个不对称碳原子不对称碳原子。 单糖 D-葡萄糖与葡萄糖

5、与L-葡萄糖互为葡萄糖互为对映体对映体。 一对对映体，旋光方向相反，旋光度数、熔点、沸一对对映体，旋光方向相反，旋光度数、熔点、沸 点等都一样。点等都一样。 生物体中发现的单糖大多数是生物体中发现的单糖大多数是D型型。对映体对映体 单糖D-核糖D-阿拉伯糖D-木糖D-甘油醛D-赤藓糖D-葡萄糖D-甘露糖D-半乳糖D-醛糖醛糖 单糖二羟丙酮赤藓酮糖核酮糖木酮糖果糖D-酮糖酮糖D-甘露糖D-半乳糖 单糖差向异构体：差向异构体：两个单糖仅在两个单糖仅在一个一个不对称碳原子上构型不同，则互不对称碳原子上构型不同，则互为差向异构体。为差向异构体。 单糖单糖的环状结构C1位的醛基与位的醛基与C5位的羟位的

6、羟基反应形成具有基反应形成具有六元吡喃六元吡喃环状结构的环状结构的半缩醛半缩醛。 C1位碳成为不对称碳原子，位碳成为不对称碳原子，半缩醛羟基有两种不同的半缩醛羟基有两种不同的排列方式。排列方式。 吡喃吡喃呋喃呋喃 单糖a a-型和型和b b-型的规定：型的规定： 根据根据C1位的位的羟基羟基与与C6原子原子位于氧环平面的位于氧环平面的相对位置，两者位于两侧的为相对位置，两者位于两侧的为a a-型，位于型，位于同侧同侧的为的为b b-型。型。a a-型和型和b b-型型两种异构体称为两种异构体称为异头物异头物。 单糖从从Fischer式到式到Haworth式的转换式的转换如果氧环上的如果氧环上的

7、碳原子按碳原子按顺时顺时针针方向排列，方向排列，羟甲基羟甲基在平面在平面之上的为之上的为D-型，型，在平面之下的在平面之下的为为L-型。在型。在D-型糖中，型糖中，半缩半缩醛羟基醛羟基在平面在平面之下的为之下的为a a-型，型，在平面之上的在平面之上的为为b b-型。型。 单糖单糖的构象吡喃糖环常采取吡喃糖环常采取椅式椅式和和船船式式构象，其中椅式构象使构象，其中椅式构象使扭张强度减到最低因而较扭张强度减到最低因而较稳定。稳定。一般而言，溶液中一般而言，溶液中b b-D-葡葡萄糖萄糖比比a a-D-葡萄糖更占优葡萄糖更占优势。势。呋喃环则有呋喃环则有信封式信封式和和扭曲扭曲式式构象。构象。 单

8、糖单糖的理化性质溶解性甜度旋光性易溶于水易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机试剂，不溶于乙醚、丙酮等有机试剂果糖果糖最甜最甜具有不对称碳原子的化合物溶液能使具有不对称碳原子的化合物溶液能使偏振光偏振光平面旋转平面旋转，有右旋（，有右旋（d或或 +）和左旋（）和左旋（l或或 -）之分，是鉴定糖的一个之分，是鉴定糖的一个重要指标重要指标。a a = tDa a 100 100l l c c在一定条件下，测定一定浓度在一定条件下，测定一定浓度糖溶液的旋光度，可计算其糖溶液的旋光度，可计算其比比旋光度旋光度。 单糖变旋现象 一个有旋光性的糖溶一个有旋光性的糖溶液液 放置后，它的放置后，它的比旋光比旋光度度

9、 会发生会发生变化变化。 变旋的原因是糖从一变旋的原因是糖从一种种 结构的结构的 a a-型变为型变为b b-型型或或 反之。反之。 变旋现象是变旋现象是可逆可逆的的。 通常所说的比旋光度通常所说的比旋光度是是 几种结构式几种结构式动态平衡动态平衡混混 合液的比旋光度。合液的比旋光度。 单糖氧化反应弱氧化剂弱氧化剂 酶酶 较强氧化剂较强氧化剂葡萄糖酸葡萄糖酸 葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸 葡萄糖二酸葡萄糖二酸 单糖氧化反应Fehling反应反应 单糖开链中单糖开链中的自由羰基的自由羰基可以还原可以还原Cu2+ 为为Cu+，后者可形成砖，后者可形成砖 红色的氧化亚铜沉淀。红色的氧化亚铜沉淀。 这种颜色反

10、应是这种颜色反应是 Fehling 反应反应的基础，可用于对还原糖的的基础，可用于对还原糖的定定 量量，也用于测定血糖和糖尿病患者的尿糖。，也用于测定血糖和糖尿病患者的尿糖。 单糖还原反应成脎反应成苷反应成酯反应 游离的羰基游离的羰基被还原成被还原成多羟基醇多羟基醇（糖醇）。（糖醇）。 与与苯肼苯肼反应生成浅黄色的晶体反应生成浅黄色的晶体脎脎。 各种糖的糖脎都有特异的晶形和熔点，因各种糖的糖脎都有特异的晶形和熔点，因 此常用糖脎的生成此常用糖脎的生成鉴定鉴定各种不同的糖。各种不同的糖。 与与醇醇生成生成缩醛缩醛，形成，形成O-糖苷键。糖苷键。 与与胺中的氮原子胺中的氮原子反应成反应成苷苷，称为

11、，称为N-糖苷键。糖苷键。 与与酸、酸酐、酰卤酸、酸酐、酰卤反应成反应成酯酯。 单糖单单 糖糖葡萄糖葡萄糖果果 糖糖分子式分子式C6H12O6（同分异构体）同分异构体）结构特点结构特点多羟基醛多羟基醛多羟基酮多羟基酮存在存在葡萄及甜味水果中葡萄及甜味水果中水果、蜂蜜水果、蜂蜜物理性质物理性质旋光性旋光性白色晶体，溶于水白色晶体，溶于水d(+)52.5不易结晶，常为粘稠状液体、不易结晶，常为粘稠状液体、纯净的为白色晶体，溶于水纯净的为白色晶体，溶于水l(-)92.4化学性质化学性质羟基性质：酯化反应羟基性质：酯化反应 醛基性质：还原性（新制醛基性质：还原性（新制Cu(OH)2悬浊液、银镜反悬浊液

12、、银镜反应、溴水）、氧化性应、溴水）、氧化性生物作用：氧化反应生物作用：氧化反应 可发生银镜反应可发生银镜反应新制新制Cu(OH)2悬浊液的反应悬浊液的反应（碱性条件下异构化）（碱性条件下异构化）不与溴水反应不与溴水反应 生物作用：氧化反应生物作用：氧化反应用途用途制药、制糖果、制酒制药、制糖果、制酒食物食物制法制法淀粉水解淀粉水解/ / 寡糖二糖（双糖）三糖环糊精 寡糖二糖（双糖）最简单的低聚糖，有最简单的低聚糖，有两分子两分子单糖通过单糖通过糖苷键糖苷键连接而成连接而成单糖基有两种状态：单糖基有两种状态： 半缩醛羟基半缩醛羟基+非半缩醛羟基非半缩醛羟基 半缩醛羟基半缩醛羟基+半缩醛羟基半缩

13、醛羟基蔗蔗 糖：非还原糖（糖：非还原糖（ a a-1,2-b b-糖苷键糖苷键）乳乳 糖：还原糖（糖：还原糖（ b b-1,4-糖苷键糖苷键）麦芽糖：还原糖（麦芽糖：还原糖（ a a-1,4-糖苷键糖苷键）海藻糖：非还原糖（海藻糖：非还原糖（ a a-1,1-a a-糖苷键糖苷键） 寡糖双双 糖糖蔗蔗 糖糖麦芽糖麦芽糖分子式分子式C12H22O11（同分异构体）同分异构体） 结构组成结构组成无醛基无醛基 a a-1,2-b b-糖苷键糖苷键a a-D-葡萄糖葡萄糖 b b-D-果糖果糖 有醛基有醛基 a a-1,4-糖苷键糖苷键D-葡萄糖葡萄糖 D-葡萄糖葡萄糖 存在存在甘蔗（甘蔗（11%14

14、%）甜菜（甜菜（14%26%）麦芽、薯类麦芽、薯类 物理性质物理性质旋光性旋光性无色晶体，溶于水无色晶体，溶于水d(+)66.5 白色晶体，溶于水，不及蔗白色晶体，溶于水，不及蔗糖甜糖甜d(+)130.4 化学性质化学性质水解反应（水解一分子）水解反应（水解一分子）生成葡萄糖和果糖各一分子，生成葡萄糖和果糖各一分子，本身不发生银镜反应，水解后本身不发生银镜反应，水解后可进行可进行 生成两分子葡萄糖生成两分子葡萄糖本身可发生银镜反应本身可发生银镜反应 用途用途食物食物食物食物 寡糖三糖 由由葡萄糖葡萄糖、果糖果糖 和和半乳糖半乳糖各一分各一分 子组成。子组成。 在蔗糖的葡萄糖在蔗糖的葡萄糖 侧以

15、侧以a a-1,6-糖苷糖苷键键 结合一个半乳糖。结合一个半乳糖。 非还原糖非还原糖棉籽糖（蜜三糖）棉籽糖（蜜三糖） 寡糖环糊精 是是直链淀粉直链淀粉在由芽孢杆菌在由芽孢杆菌 产生的产生的环糊精葡萄糖基转环糊精葡萄糖基转 移酶移酶作用下生成的一系列作用下生成的一系列 环状低聚糖的总称。环状低聚糖的总称。 通常含有通常含有 6-12个个D-吡喃吡喃葡葡 萄糖残基，以萄糖残基，以a a(14) 糖糖苷苷 键键连接而成。连接而成。 其中含有其中含有 6、7、8 个葡萄个葡萄 糖残基的分子，糖残基的分子， 分别称为分别称为 a a-环糊精、环糊精、b b-环糊精、环糊精、g g-环环 糊精。糊精。 非

16、还原糖非还原糖a a-环糊精环糊精 多糖多糖概述多糖的分类 多糖多糖概述由多个单糖单位通过由多个单糖单位通过糖苷键糖苷键连接而成的连接而成的多聚体多聚体天然的糖类绝大部分以多糖形式存在天然的糖类绝大部分以多糖形式存在有旋光性有旋光性，但，但无变旋现象无变旋现象分子量大分子量大，在水中呈，在水中呈胶态溶液胶态溶液，无甜味，无甜味，无还原性无还原性a a-1,6-糖苷键糖苷键a a-1,4-糖苷键糖苷键 多糖多糖的分类 按按功能功能来说，有构成动植物来说，有构成动植物细胞骨架细胞骨架的，如纤维素的，如纤维素和几丁质；有作为和几丁质；有作为贮存形式贮存形式的，如淀粉与糖原；还有一的，如淀粉与糖原；还

17、有一些糖具有更复杂的些糖具有更复杂的生理功能生理功能，如血型物质、黏多糖等。，如血型物质、黏多糖等。 按按单糖残基种类单糖残基种类， 分为分为同（均一）多糖同（均一）多糖（淀粉、糖（淀粉、糖原、纤维素）和原、纤维素）和杂（不均一）多糖杂（不均一）多糖（琼脂、糖胺聚糖）。（琼脂、糖胺聚糖）。 多糖淀粉 结构单位是结构单位是a a-D-葡萄糖葡萄糖 每一个直链淀粉分子都有每一个直链淀粉分子都有一个一个 非还原端非还原端和和一个还原端一个还原端 每一个支链淀粉都有每一个支链淀粉都有一个还原一个还原 端端和和多个非还原端多个非还原端。支链淀粉支链淀粉直链淀粉直链淀粉还原端还原端非还原端非还原端 多糖淀

18、粉直链淀粉通常卷曲直链淀粉通常卷曲成成空心螺旋空心螺旋，每个，每个螺旋圈包含螺旋圈包含6个个葡葡萄糖残基。萄糖残基。淀粉颗粒淀粉颗粒 多糖糖原 动物体内的动物体内的贮存多糖贮存多糖，以肝脏和肌肉最多，以肝脏和肌肉最多 基本结构类似支链淀粉基本结构类似支链淀粉 结构单位是结构单位是a a-D-葡萄糖葡萄糖糖原颗粒糖原颗粒 多糖纤维素 结构单位是结构单位是b b-D-葡萄糖葡萄糖 直链状，无螺旋现象直链状，无螺旋现象 自然界中分布最广、含自然界中分布最广、含 量量最多最多的一种多糖。的一种多糖。 多糖多多 糖糖淀淀 粉粉纤维素纤维素分子式分子式（C6H10O5）n（n值淀粉小于纤维素）值淀粉小于纤

19、维素） 结构组成结构组成直链淀粉直链淀粉（含一个还原端）（含一个还原端） a a-1,4-糖苷键糖苷键(a(a-D-葡萄糖葡萄糖 a a-D-葡萄葡萄糖糖)250300支链淀粉支链淀粉（含一个还原端）（含一个还原端） 分支侧链：分支侧链： a a-1,6-糖苷键糖苷键仅为直链仅为直链 b b-1,4-糖苷键糖苷键b b-D-葡萄糖葡萄糖 b b-D-葡萄葡萄糖糖存在存在大米、马铃薯等谷类食物大米、马铃薯等谷类食物 木材、棉花、植物细胞壁木材、棉花、植物细胞壁 物理性质物理性质旋光性旋光性无甜味，白色粉末状物质，无甜味，白色粉末状物质，不溶于冷水，热水中形成胶不溶于冷水，热水中形成胶体体d(+)

20、196 白色、无味丝状固体物质，白色、无味丝状固体物质，易形成晶体。易形成晶体。不溶于水及一般有机溶剂不溶于水及一般有机溶剂化学性质化学性质水解为葡萄糖水解为葡萄糖与碘反应与碘反应可水解为葡萄糖，与硝酸、可水解为葡萄糖，与硝酸、二乙酸酐发生酯化反应二乙酸酐发生酯化反应 用途用途食物、制葡萄糖、酒精食物、制葡萄糖、酒精 制造纤维素硝酸酯等，造纸制造纤维素硝酸酯等，造纸 多糖糖胺聚糖透明质酸透明质酸硫酸软骨素硫酸软骨素硫酸角质素硫酸角质素 一类含一类含氮氮的的杂多糖杂多糖，以，以己糖胺己糖胺和和 己糖醛酸己糖醛酸组成的二糖单位为基本组成的二糖单位为基本 结构单位。结构单位。 是是多聚阴离子化合物多

21、聚阴离子化合物，是组织细，是组织细 胞的胞的天然黏合剂天然黏合剂。 多糖琼脂和琼脂糖 琼脂糖由琼脂糖由D-半乳糖半乳糖和和3,6-脱水脱水-L-半乳糖基半乳糖基组成，分子间靠组成，分子间靠a a-1,4 或或b b-1,3糖苷键糖苷键连接，含有少量的硫酸酯。连接，含有少量的硫酸酯。 琼脂实际上是琼脂糖和琼脂胶两种多糖的琼脂实际上是琼脂糖和琼脂胶两种多糖的混合物混合物。 凝胶性好，广泛用作凝胶性好，广泛用作凝固剂凝固剂。 糖复合物糖蛋白糖脂蛋白聚糖糖糖与与非糖物质非糖物质的结合物，也称的结合物，也称结合糖结合糖。 参与了细胞间的参与了细胞间的粘附粘附，作为细菌、，作为细菌、病毒等病原体的病毒等病原体的受体受体，或是作为激，或是作为激素等信息分子的素等信息分子的接受体接受体。 糖复合物糖蛋白 许多跨膜蛋白和分泌蛋许多跨膜蛋白和分泌蛋 白上都共价连接了白上都共价连接了寡糖寡糖 链链，形成糖蛋白，形成糖蛋白 。 寡糖链担负着一些寡糖链