高中生物竞赛培训生物化学糖省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

讲课教师：季明杰

生物奥赛辅导

生物化学1/89

生物化学是关于生命科学。生物化学是以生物体为对象，以化学观点，硕士命本质化学，它是用化学，物理学和生物学方法硕士命物质化学性质和功效科学。生物化学定义2/89生物化学范围1、生物体是由哪些物质组成？它们结构和性质怎样？（静态生物化学）2、这些物质在体内发生什么改变？是怎样改变？改变过程中能量是怎样转变？即这些物质在生物体内怎样进行物质代谢和能量代谢？(动态生物化学)3、物质结构、代谢和生物功效与复杂生命现象关系。（功效生物化学）3/89静态生物化学：生物物质结构与功效结构性质功能动态生物化学：生物物质在体内转化与改变代谢路径关键酶能量代谢生物化学：以化学观点硕士命本质4/891、生命物质是少数几类有机物组成。2、生命物质从分子水平上来说结构复杂。3、生物大分子是由简单小分子为结构单元。4、在全部生物体系中，结构单元是相同。5、非共价键在生物学中点有主要地位。生物物质化学特征5/89第一章糖类CarbohydrateSaccharide生物化学

6/89一、糖类是地球上最多有机化合物

二、糖化学本质

三、糖生理功效

四、糖分类第一节概述7/89

最简单定义：多羟基醛类或酮类化合物，以及它们衍生物或聚合物。元素组成：CH2O，能够写成Cn(H2O)n二、

糖化学本质8/891、糖是生物体主要能源生物体内能源起源主要是经过糖氧化取得。2、糖是生物机体内碳源组成生物有机体中各种有机物质碳架都是直接或间接地由糖类物质转化而来，所以糖是生物体合成其它化合物基本原料。三、糖生理功效9/893、多糖是细胞、生物体一个结构物质

如纤维素、它是组成植物细胞壁主要成份。几丁质和肽聚糖是组成微生物细胞壁主要成份。还有些多糖作为动物细胞外间质中结构分子。4、作为细胞、生物体贮藏物质如植物里合成淀粉，动物细胞中有糖原等。三、糖生理功效10/895、一些复合糖类在细胞通讯与识别中有主要地位。参加细胞与细胞识别（分子识别），病毒吸附及抗原抗体反应。三、糖生理功效与膜蛋白和膜脂相连糖——通信天线11/89普通是按照糖复杂程度进行分类。

1、单糖(monose)：不能被水解变成更简单糖糖类（更小分子糖）。

四、

糖分类a、按照所带官能团性质能够将单糖分为醛糖（aldose如：葡萄糖glucose）酮糖（Ketose如：果糖fructose)b、按照糖分子含碳原子数目来分能够将糖分为三、四、五、六、七等糖类，普通称为丙、丁、戊、已、庚糖。戊糖中最主要是核糖（ribose)，核酮糖已糖中最主要是glucose,fructose.12/89葡萄糖醛糖果糖酮糖13/892、寡糖(oligose)：oligo来自希腊文，意为少。能够被水解，产生少数几个单糖聚合物，普通含有2-6个单糖分子，单糖之间以糖苷键连接。最常见是双糖,

如:麦芽糖(maltose),乳糖(lactose),蔗糖(sucrose)。大部分单糖和寡糖都是结晶状化合物，溶于水，并有甜味。3、多糖(polysaccharide)：多糖也是单糖聚合物，有很长链，其结构为线型或分支型。按照它们结构可分为两大类。四、

糖分类14/89a、均一多糖（同多糖）：一个单糖聚合而成。如淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质

b、非均一多糖（杂多糖）：两种单糖或两种以上单糖。如透明质酸，半纤维素等。4、结合糖(复合糖，糖缀合物)：分子中除糖之外，还有其它非糖组分组成复合多糖。如肽聚糖、脂多糖、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等

糖作为功效分子，主要是复合多糖。5、糖衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷四、

糖分类15/89第二节单糖(monose)

一、单糖结构(一)、单糖链状结构(二)、单糖环状结构(三)、单糖构象二、

单糖物理化学性质(一)、

单糖物理性质(二)、

单糖化学性质三、主要单糖及其衍生物16/89确定链状结构方法（葡萄糖）：

a.与Fehling试剂或其它醛试剂反应，含有醛基。

b.与乙酸酐反应，产生含有五个乙酰基衍生物。

c.用钠、汞剂作用，生成直链山梨醇。一、单糖结构葡萄糖

葡萄糖简写链状结构用Fisher投影式表示：碳骨架、竖直写；氧化程度最高碳原子在上方(一)、葡萄糖链状结构17/89因为葡萄糖分子中存在四个手征性（不对称）碳原子（chiralcarbon)，所以存在构型问题。同分异构体(isomerism)：含有相同元素组成，即分子式相同但分子结构不一样化合物。结构与结构式：原子连接在一起次序叫做化合物结构（constitution)，用结构式表示。1、直链单构构型（configuration)18/89构型(configuration)：分子中因为各原子或基团间特有固定空间排列方式不一样而使它展现出不一样稳定立体结构。构象(conformation)：因为分子中某个原子(基团)绕C-C单键自由旋转而形成不一样暂时性易变空间结构形式。2、

构型与构象19/89如：甘油醛，分子式C3H6O3

结构式CH2OH-CHOH-C-H

立体结构式O对映体20/89立体异构：几何异构（顺反异构）：因为分子中双键或刚性结构存在造成两侧基团排布方式不一样.

光学异构（旋光异构）：因为分子存在手性造成，最常见是分子内存在不对称碳原子。旋光异构：因为不对称碳原子，连接在在这个碳原子上面四个基因因为空间取向不一样，这些基因在空间有两种方式，所以形成了两种不一样化合物，这两种化合物如同左右手关系一样，它们有相同沸点，相同熔点，相同溶解度，主要差异在光学活性上。3、立体异构21/89

旋光物质使平面偏振光偏振面发生旋转能力称旋光性、光学活性或旋光度。

[α]-为上述条件下所计得旋光率（比旋光度）,所以比旋光度≠旋光度。

旋光方向用右旋（+）或左旋（-）。

1906年人为要求右旋甘油醛为D型，左旋甘油醛为L型。4、旋光性(opticalactivity)22/895、Fischer投影式球棒模型透视式Fishcher投影式23/89单糖从丙糖到庚糖，除二羟丙酮外，都含有手性碳原子（C*）。全部醛糖都能够看成是甘油醛醛基碳下端逐一插入C*延伸而成。D-甘油醛衍生而来称D系醛糖，由L-甘油醛衍生而来称L系醛糖。天然存在已醛糖都是D型。含有n个C*化合物，旋光异构体数目为2n，组成2n/2对对映体。6、D系单糖和L系单糖24/89D-(+)-葡萄糖D-(+)-甘油醛D-(-)-果糖L-(-)-葡萄糖L-(-)-甘油醛L-(+)-果糖Fischer投影式25/89含有多个手性碳原子两种化合物彼此之间差异只在于单一不对称碳原子构型，也叫表异构体。7、差向异构体（epimer)D(+)甘露糖D(+)半乳糖D(+)葡萄糖26/89(二)、单糖环状结构27/89（1）、变旋现象(mutarotation):普通醛类在水溶液中只有一个比旋度，但新配制葡萄糖水溶液比旋随时间而改变。

[a]=+112°称a-D-(+)葡萄糖

[a]=+18.7°称b-D-(+)葡萄糖

变旋现象将这两种葡萄糖分别溶于水后,其旋光率都逐步变为+52.7°,这一现象称变旋现象。变旋是因为分子立体结构发生某种改变结果。1、单糖环状结构证据28/89（2）、不象醛类那样形成缩醛，而是只和一分子醇形成半缩醛（Hemiacetals)（3）、葡萄糖醛基不能象普通醛类那样与Schiff试剂(品红-亚硫酸）起反应发生紫红色反应，即不能使被亚硫酸漂白了品红展现红色。葡萄糖也不能与亚硫酸氢钠起加成反应.

1、单糖环状结构证据29/89半缩醛羟基与决定构型羟基（C5上羟基）在同一侧为a-型，不在同一侧为b-型。2、Fisher环状结构说1893年Fisher提出环状结构说。30/89单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新手性中心，造成C1差向异构化，产生两个非对映异构体（a-D-葡萄糖，b-D-葡萄糖），因为差向位置是第一位C，所以也叫异头体（物）。所以糖实际上应该称之为多羟基半缩醛，和半缩酮。3、异头物（体）（anomer)31/894、Haworth式（投影式）32/89D-葡萄糖在水溶液中主要以吡喃糖存在，呋喃糖次之。38%62%0.02%<0.5%<0.5%

33/8934/89(三)、单糖构象35/89PCC1、构象碳原子四个键键角是109.28，葡萄糖环是褶曲，6个成环原子并不在一个平面上。36/89依据原子模型研究，有两种类型空间排布构象：椅式（chair)和船式(boat)。2、吡喃糖构象37/89直立键（a键），交替地垂直伸向平面上方或下方。平伏键（e键），交替地伸向两平面上方或下方。2、吡喃糖构象38/89b-D-Glucose更稳定三种结构式画法与C编号39/89二、

单糖物理化学性质一、单糖结构(一)、葡萄糖链状结构(二)、单糖环状结构(三)、单糖构象(一)、

单糖物理性质(二)、

单糖化学性质三、主要单糖及其衍生物40/891、旋光性和变旋性：是判定糖（全部）一个主要指标。变旋现象：伴伴随这种异构体间转变，糖溶液旋光度也伴随转变，这种现象称为变旋现象2、甜度：以蔗糖甜度为标准3、溶解性：易溶于水而难溶于乙醚、丙酮等有面溶剂（一）、

单糖物理性质41/89化学性质由醛基或酮基、醇基决定。1、异构化（弱碱作用）（二）、

单糖化学性质单糖在碱催化下酮-烯醇互变异构42/892、单糖氧化（1）氧化成醛糖酸（弱氧化剂）（二）、

单糖化学性质此反应是醛糖专一，酮糖则不能被溴氧化。43/89（2）氧化成醛糖二酸（强氧化剂，如HNO3）D-葡萄糖二酸醛糖二酸（二）、

单糖化学性质44/893、单糖还原（二）、

单糖化学性质D-葡萄糖醇（山梨醇）L-古洛醇（L-gulitol)L-古洛糖45/894、形成糖脎（Osazone）（二）、

单糖化学性质凡从3位碳以后构型不一样糖，其产生糖脎不一样，能够用来判别糖种类。苯肼已醛糖苯胺46/895、缩醛反应——成苷反应（二）单糖化学性质半缩醛羟基很活泼，易与其它醇或酚上羟基发生反应，失水而成为缩醛——糖苷，非糖部分叫配糖体47/896、成酯反应因为单糖是多元醇，当与酸作用时能够生成酯。在生物体内最常见一类碳水化合物就是糖磷酸酯。它是糖在酶作用下与ATP反应生成。这是糖代谢必须步骤。表示方法：（二）、

单糖化学性质G-1-P48/89三、主要单糖及其衍生物49/89（一）主要单糖1、丙糖：丙糖主要是甘油醛和二羟丙酮，它们3-磷酸酯是糖代谢中最主要中间体。2、丁糖：主要是D-赤藓糖及D-赤藓酮糖。3、戊糖：主要是D-木糖和D-核糖及L-阿拉伯糖4、已糖：自然界主要已醛糖有D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖。主要已酮糖有D-果糖和L-山梨糖5、庚糖和辛糖：D-景天庚酮糖50/89（二）主要单糖衍生物1、糖酸（酸性单糖）主要糖酸有糖醛酸、糖二酸、和糖酸葡萄糖醛酸在肝中可与有毒物质如醇、酚等结合变成无毒化合物由尿排出体外，可到达解毒作用。

51/892、糖醇（二）、

主要单糖衍生物几个主要单糖糖醇在自然界中都有存在。52/893、氨基糖4、脱氧糖5、糖酯类53/89第三节

寡糖54/89两个单糖以糖苷键形式连接，其中一个是糖体，另一个叫配（糖）体，天然存在双糖多数以双已糖为主。按照糖化学常规检验标准，依据与裴林试剂反应性，能够把双糖区分为还原性和非还原性。一、双糖55/89（一）还原性双糖56/89双糖(Disaccharides)麦芽糖（Maltose）是两个葡萄糖分子经过a-1，4苷键连接，是还原性糖（reducingsugar）①变旋现象②含有还原性③能成脎57/89Cellobioseisareducingsugar纤维二糖（cellobiose)：它是二个D-葡萄糖经过b-1，4糖苷键连接而成。①含有变旋现象②含有还原性③能成脎58/89

在乳糖中（lactose）两个不一样亚单元（D-半乳糖和D-葡萄糖）经过b-1,4糖苷键（b-1,4’-glycosidiclinkage）连接而成。

乳糖（Lactose）是还原性糖（reducingsugar）①有变旋现象②含有还原性③能成脎59/89蔗糖（sucrose）是最常见双糖，也是非还原性糖。是一分子葡萄糖与一分子果糖经过a,b-1，2糖苷键连接而成。Sucroseisnotareducingsugar（二）非还原性双糖性质：①无变旋现象②无还原性③不能成脎60/89海藻糖（trehalose），是D-葡萄糖基（a-1，1）-D葡萄糖苷，它两个半缩醛羟基相缩合。61/89第四节

多糖62/89一、同多糖（均一性多糖）

1、淀粉(amylose)

植物体内存在贮藏糖有多糖，其中贮藏最多和最主要是淀粉。①直链淀粉：长而紧密螺旋管形。遇碘显兰色a-1，4苷键连接,重复单元麦芽糖63/89a-1，4苷键连接,重复单元麦芽糖I264/89②支链淀粉：不能形成螺旋管，遇碘显紫色。

65/89a-1，4,a-1，6苷键连接,重复单元麦芽糖,异麦芽糖.66/892、

糖原（glycogen)

糖原是动物贮存多糖，在肝脏中多。遇碘显红紫色。其结构与支链淀粉相同，主要是a-吡喃葡萄糖，按a-1,4糖苷键缩合而，糖原分支程度比支链淀粉还高。另一部分分支链可能是经过a-1,6糖苷键联结。每隔4个葡萄糖残基便有一个分支。分枝长度普通是8-12葡萄糖残基。含有大量非原性端。67/89非还原端还原端直链淀粉支链淀粉（糖原）68/893、纤维素（cellulose)绿色植物体内约有50%碳存在于以纤维素形式。

-D-葡萄糖分子以

-(1-4)糖苷键相连而成直链。69/89它糖苷键是以b-1,4糖苷键连接，纤维素是不分支长链分子在纤维素中，纤维素结构单位是平行排列，分子链间存在大量H键。纤维素与碘不呈颜色反应。70/894、几丁质(壳多糖)：几丁质大量存在于昆虫和甲壳类动物甲壳中，也是许多真菌细胞壁常见组成成份。在天然聚合物中，除纤维素外，几丁质贮量占第二位。

N-乙酰-

-D-葡萄糖胺以

-(1，4)糖苷链相连成直链。71/895、其它同多糖菊糖，是由果糖经过b-1,2-糖苷键连接果聚糖，线状结构，在一些微生物中存在有另外一些葡聚糖，常是a-1,6，或a-1,3链连接。甘露聚糖在酵母细胞壁中存在，以a-1,4糖苷键连接。植物中广泛存在戊聚糖。72/89二、杂多糖（不均一性多糖）

杂多糖在动植物中广泛存在，在水解时产生含许各种单糖混合物及其衍生物。简单杂多糖由重复混合双糖所组成。按不一样生物杂多糖分别植物杂多糖动物杂多糖微生物杂多糖73/89（一）、植物杂多糖1、半纤维素（hemocellulose)第四次国际生化会议提出定义：半纤维素是植物细胞壁中非纤维素、非果胶一类多糖物质，易溶于碱，它是几个物质混合物，依据已研究过材料，半纤维素主要包含多糖类物质（多缩戊糖和多缩已糖聚合物）。D-木聚糖（D-xylan)、D-葡糖-D-甘露聚糖、D-半乳-D-葡-D-甘露聚糖、L-阿拉伯糖，D-半乳聚糖74/892、果胶（pectin)

果胶是最复杂一类多糖,通常指各种程度甲基酯化a-1,4-半乳糖醛酸聚糖.果胶类物质化学组成,主要以a-1,4糖苷键键合D半乳糖醛酸为基本结构.其羧基部分或全部甲基酯化，有些含有a-1,2连接鼠李糖残基。75/893、琼脂（agar)琼脂是海藻多糖一类，它是一组多糖通称，这是半乳糖聚合物。琼脂糖(agarose)基本结构是：由不含硫酸酯基琼脂二糖和新琼脂二糖为重复单位组成线性多聚物为琼脂糖.76/89(二）动物杂多糖主要是一类称为粘多糖(mucopolysaccharide)

多糖聚合物，广泛存在于动物组织中，是结缔组织和细胞间特有成份。是细胞组织之间天然粘合剂。粘多糖通常含有两类交替出现单糖单位，一是D-已糖胺，二是D-已糖醛酸77/891、透明质酸（hyaluronicacid)

分子为链形,无分支,结构单位含有D-葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺,键形以b-1,3糖苷键相连,形成二糖单位。N-乙酰葡萄糖胺又以b-1,4糖苷键与另一二糖单连接.78/89

在结构上软骨素与透明质酸几乎相同,唯一不一样是它们含有N-乙酰-D氨基半乳糖,而不是N-乙酰氨基葡萄糖,它是细胞外膜一个组成成份.2、软骨素79/89(三)微生物杂多糖

微生物杂多糖主要是组成微生物细胞壁,以及分泌一些胞外多糖.1、肽聚糖（peptideglycan)

是细菌细胞壁刚性结构多糖成份，基本组成单位为N-乙酰胞壁酸（NAG）和N-乙酰葡萄糖胺（NAM），以及一个四肽，NAG与NAM