生物化学糖类课件.ppt

4 1糖的概念 分布及分类 一 糖的概念与化学组成二 糖的分布及生物功能三 糖的分类与命名 一 糖的概念与化学本质 糖类 saccharides 又称碳水化合物 carbohydrates 元素组成符合 CH2O n的一类化合物 糖类是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物的总称 例外 乙酸 CH3COOH 乳酸 C3H6O3 脱氧核糖 C5H10O4 鼠李糖 C6H12O5 等 二 糖的分布及生物功能 分布极广 几乎所有生物体都含有植物体中含量最高 约占其干重的80 以上 动物体中的含量约占其干重的2 以下微生物体含糖量约占其干重的10 30 二 糖的分布及生物功能 糖类物质的生物学功能主要有四方面 作为生物体的结构成分是生物体内的主要能源物质在生物体内转变成其他物质做为细胞识别的信号分子 糖的世界 食用糖 蔗糖 医疗用糖 葡萄糖及其衍生物 如葡萄糖酸的钠 钾 钙 锌盐等 绿色植物的皮 杆等多糖 纤维素 粮食及块根 块茎中的糖 淀粉 动物体内的贮藏多糖 糖原 昆虫 蟹 虾等外骨骼糖 几丁质 食用菌中的糖 香菇多糖 茯苓多糖 灵芝多糖 昆布多糖等 糖的世界 细菌 酵母的细胞壁糖结缔组织中的糖 肝素 透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素等 核酸中的糖 脂多糖 糖脂 糖蛋白 蛋白聚糖 中的糖细胞膜及其他细胞结构中的糖血型糖活性糖分子 三 糖的分类 1 单糖2 寡糖3 多糖4 多糖复合物5 糖的衍生物 4 2单糖 根据分子中所含基团分为醛糖和酮糖根据所含碳原子数分为丙糖 丁糖 戊糖 己糖和庚糖一 单糖的结构二 单糖的性质 一 单糖的链状结构 最简单的醛糖是甘油醛最简单的酮糖是二羟基丙酮 甘油醛和二羟基丙酮 单糖的构型 单糖的构型有两种 L构型和D构型 规定由编号最大的不对称碳原子的构型决定自然界中的糖绝大多数为D构型三碳以上的醛糖和四碳以上的酮糖分子中含有不对称碳原子 是不对称分子 有立体异构体存在 立体异构体的数目为2n 其中n为不对称碳原子的数目 投影式和透视式 三 四 五 六碳糖 D 醛糖 D 丁醛糖 D 戊醛糖 D 己醛糖 酮糖 三 四 五 六碳糖 丙酮糖 赤藓酮糖 丁酮糖 戊酮糖 己酮糖 镜象异构体与差向异构体 L 葡萄糖与D 葡萄糖 L 果糖与D 果糖等互为镜象异构体 或互为对映异构体 antipode 葡萄糖与甘露糖 葡萄糖与半乳糖 两两之间除一个不对称C 分别是C2和C4上的 OH位置 构型不同外 其余部分的结构完全相同 这种仅有一个不对称碳原子构型不同 而非镜象异构体称为差向异构体 epimers 对映异构体 差向异构体 甘露糖葡萄糖半乳糖 单糖结构的简单表示法 二 单糖的环状结构 单糖分子中既含有羰基又含有羟基 可形成半缩醛或半缩酮 单糖由链状结构变为环状结构环状结构中五元环和六元环最稳定 五元的糖叫呋喃糖 六元的叫吡喃糖成环后羰基碳原子变成不对称碳原子 构型分别用 和 表示半缩醛羟基 或半缩酮羟基 与距离其最远的不对称碳原子上的羟基在链的同一侧的为 型 在链的不同侧的称为 型 半缩醛与半缩酮 葡萄糖的环状结构 吡喃葡萄糖和呋喃果糖 在溶液中 有能力形成环结构的醛糖和酮糖 它们的不同环式和开链形式处于平衡中 例如在31 下 D 葡萄糖以大约64 的 D 吡喃葡萄糖和36 D 吡喃葡萄糖的平衡混合物存在 溶液中只有很小的一部分是以呋喃或开链形式存在 D 核糖也是以58 5 D 吡喃核糖 21 5 D 吡喃核糖 13 5 的 D 呋喃核糖和6 5 的 D 呋喃核糖以及很少的开链形式的核糖的混合物存在的 处于平衡中的单糖的各种不同形式的丰度反映了每种形式的相对稳定性 尽管非取代的D 核糖的最稳定形式是 D 吡喃核糖 但它在核酸中的结构是 D 呋喃核糖 三 单糖的构象 构象 conformation 指有机分子中单键的旋转产生的不同空间结构 由单键的旋转引起 构象的改变不需要共价键的破裂 无数种 构型 configuration 是指有机分子中基团在空间的取向 由不对称碳原子引起 构型的改变需要共价键的破裂 数量有限 葡萄糖的构象 葡萄糖的构象 椅式构象比船式构象稳定两种构象中 大的取代基处于平伏键 equatorialbond 位置的稳定 处于垂直键 axialbond 位置的不稳定 二 单糖的性质 结构决定性质 性质是结构的反映单糖的性质与其所含的醛基 酮基和羟基有关 一 物理性质 二 化学性质 一 单糖的物理性质 熔点 室温下为固体溶解性 溶于水 不溶于有机溶剂 旋光性 手性碳原子 变旋现象 mutarotation 新配制的旋光体溶液放置后 其比旋光度改变的现象甜度 单糖的比旋光度 葡萄糖的变旋现象 112 20 52 50 18 70 D 吡喃葡萄糖平衡 D 吡喃葡萄糖 1000C结晶 1100C结晶 37 63 糖的甜度 二 单糖的化学性质 1 醛基或酮基产生的性质1 异构化作用2 单糖的氧化3 单糖的还原4 成脎反应 1 单糖的异构化作用 弱碱 果糖 葡萄糖 甘露糖 氢氧化钡 2 单糖的氧化 醛糖因其分子中含有醛基而具有还原性 果糖在碱性溶液中发生烯醇化作用 生成烯二醇 也具有还原性 因此均能被氧化剂氧化 大多数酮糖通常不能被弱氧化剂 溴水等 氧化 因此用来区分酮 醛糖 在不同条件下单糖被氧化成不同产物 糖酸 sugaracid 糖醛酸 uronicacid 及糖二酸 saccharicacid 单糖的氧化 红色沉淀 Feiling试剂 酒石酸钾钠 氢氧化钠 硫酸铜Benedict试剂 柠檬酸 碳酸钠 硫酸铜 葡萄糖的三种氧化产物 生物体 3 单糖的还原 单糖的羰基在钠汞齐或硼氢化钠等还原剂的作用下可被还原为 OH而形成糖醇葡萄糖 山梨醇甘露糖 甘露醇核糖 核醇 VitB2的组成成分 单糖的还原 Na Hg 甘油和肌醇都是脂的重要成分 核醇是FMN和FAD的成分 也是磷壁酸的成分 磷壁酸是一个复杂的聚合物 常出现在某些Gram 阳性细菌的细胞壁中 木糖醇是木糖的衍生物 它是无糖口胶的成分 D 山梨糖醇是发生在某些组织中的由葡萄糖转化为果糖的代谢途径中的中间产物 4 脎 Osazone 的形成 醛糖的醛基可与苯肼反应生成苯腙 phenylhydrazone 过量的苯肼可进一步作用生成脎 osazone 每个脎分子中含2分子苯肼 第三个苯肼被转化为苯胺和氨 脎的溶解度小 易成结晶 不同糖脎晶体形状不同 熔点不同 可作为糖的定性鉴定 2 羟基产生的性质1 成酯反应2 成苷反应3 氨基化4 脱氧 二 单糖的化学性质 1 成酯作用 单糖分子中的 OH 特别是半缩醛和半缩酮羟基能与磷酸 硫酸 乙酸酐等脱水生成酯 糖的成酯反应 1 磷酸葡萄糖 1 6 二磷酸果糖 ATP 2 成苷作用 单糖分子中的半缩醛或半缩酮羟基在一定条件下可以和含有羟基或氨基的化合物缩合形成缩醛或缩酮式化合物 称为糖苷 糖苷有糖体和配糖体两部分组成 连接糖体与配糖体的化学键叫糖苷键 包括 糖苷键和 糖苷键单糖形成糖苷后 不再能够变为醛式结构 因此 不再具有变旋现象 还原性和成脎反应 糖苷由糖体和配糖体两部分组成 形成糖苷时提供半缩醛或半缩酮羟基的部分叫糖体 提供羟基或氨基的部分叫配糖体 糖体与配糖体以糖苷键相连 糖苷键有 和 两种 有很多糖是由原来单糖上的羟基被氨基取代后形成的 有时氨基被乙酰化 由葡萄糖和半乳糖形成的氨基糖经常出现在结合多糖中 N 乙酰葡萄糖胺是同多糖几丁质的单体 而N 乙酰神经氨酸是由N 乙酰甘露糖胺和丙酮酸生成的 3 氨基化 当N 乙酰神经氨酸环化形成吡喃时 来自丙酮酸成分的羰基与C 6的羟基反应 N 乙酰神经氨酸是许多糖蛋白的重要成分 也是称之神经节苷脂脂类的成分 神经氨酸和它的衍生物 包括N 乙酰神经氨酸都叫做唾液酸 3 氨基化 脱氧糖是由 H取代了原来单糖的 OH后生成的 2 脱氧 D 核糖是用于DNA合成的构件分子 L 岩藻糖 6 脱氧 L 半乳糖 和L 鼠李糖 6 脱氧 L 甘露糖 广泛存在于植物 动物和微生物中 并且常出现在寡糖和多糖中 4 脱氧作用 4 3寡聚糖 由少数单糖通过糖苷键连接在一起而形成常见的是二糖和三糖都溶于水 可形成晶体 大部分有甜味都具有旋光性有的有还原性 有的没有还原性 有还原性的叫还原糖 无还原性的叫非还原糖还原糖有变旋现象 成苷 成脎反应 一 蔗糖 存在某些植物体中 特别是甘蔗 甜菜中含量丰富由一分子葡萄糖和一分子果糖连接而成 连接键为 1 2糖苷键 1 2glycosidicbond 分子中不含有游离的半缩醛或半缩酮羟基 没有还原性在酸或酶的作用下水解生成葡萄糖和果糖的混合物 工业上称为转化糖溶解度 能量 水解速度 化学性质以及其他 吡喃葡萄糖和呋喃果糖 蔗糖的水解 葡萄糖 果糖 二 麦芽糖 谷物发芽时产生 淀粉水解时也会产生两分子葡萄糖通过 1 4 糖苷键连接而成具有还原性在酸或麦芽糖酶的作用下水解成葡萄糖溶解度 甜度以及工业应用 异麦芽糖 异麦芽糖由两分子葡萄糖通过 1 6 糖苷键连接而成 三 乳糖 存在于动物的乳汁中 某些植物也有由一分子半乳糖和一分子葡萄糖缩合而成 连接键为 1 4糖苷键 是一个半乳糖苷具有还原性溶解度及其他 四 纤维二糖 纤维素部分水解的产物两分子葡萄糖通过 1 4 糖苷键连接而成有还原性不容易被水解成葡萄糖 4 4多糖 由多个单糖分子缩合而成 按其组分可分为同聚多糖 由一种单糖组成 和杂聚多糖 由两种或两种以上单糖组成 按其功能可分为结构多糖和贮存多糖没有还原性 大多难溶于水 溶于水后形成胶体溶液 有旋光性 但没有变旋现象 无甜味 在酸或酶的作用下水解成单糖和寡糖 一 淀粉 广泛分布于植物体中 特别是种子 根茎及果实含量最高由D 葡萄糖形成的同聚多糖 属于储存性多糖按其结构不同 分为直链淀粉和支链淀粉淀粉以结构紧密的淀粉粒形式存在于植物体中 一些作物的淀粉含量 1 淀粉的分子结构 1 直链淀粉的分子结构 2 支链淀粉的分子结构 1 直链淀粉的分子结构 分子量 30 000 160 000 相当于200 980个葡萄糖残基葡萄糖残基之间以 1 4 糖苷键连接形成不分支的链状结构链的一端具有还原性 称为还原性末端 另一端为非还原性末端天然直链淀粉卷曲呈螺旋状 每圈螺旋含六个葡萄糖残基 2 支链淀粉的分子结构 分子量 100 000 1 000 000 相当于600 6 000个葡萄糖残基每个分子至少有50个分支 每一个分支含有20 35个葡萄糖残基 分支点间距为11 12个葡萄糖残基 每一分支自成螺旋状 分支之间以 1 6 糖苷键连接每个分子只有一个还原末端 多个非还原末端遇碘呈紫红色 非还原末端 还原末端 支链淀粉 直链淀粉 脱支酶 2 淀粉粒的结构 直链淀粉和支链淀粉聚集在一起共同形成淀粉粒不同来源的淀粉粒 其大小和形状有很大差异 可分为 圆形 椭圆形和多角形 大小在2 170 m之间淀粉粒中含有易被酸或酶水解的非晶体部分和不易被酸或酶水解的晶体部分 3 淀粉的性质 白色粉末 比重1 5 不溶于冷水 具有旋光性 无还原性 在酸或酶作用下被水解成糊精 彻底水解后生成葡萄糖能吸附碘分子形成复合物 3 淀粉的性质 淀粉的糊化淀粉的悬浮液加热到一定的温度时 一般在550C以上 淀粉粒会突然吸水膨胀 淀粉的悬浮液变成粘稠的胶体溶液 这一现象 称为淀粉的糊化 淀粉粒突然吸水膨胀时的温度称为糊化开始温度 或糊化温度淀粉的凝沉淀粉的稀溶液 在低温下放置一段时间后 溶液变浑浊 并有沉淀析出 这种现象叫淀粉的凝沉作用 也叫淀粉的老化 淀粉老化的本质是在温度较低时 淀粉分子彼此以氢键结合形成紧密的晶体化结构而从溶液中析出 4 变性淀粉 直接从植物体中得到的淀粉称为原淀粉 或天然淀粉 把天然淀粉用物理或化学方法进行处理 改变其某些物理性质 如 水溶性 粘度 糊化性质 味道及流动性等 这种被处理过的淀粉叫变性淀粉变性的方法有 高温处理 预糊化 酸处理 碱处理 氧化等淀粉除被用作食品外 还被广泛应用在纺织 造纸 胶合板制造等行业 二 糖原 glycogen 脊椎动物体中的储存性多糖 肝脏及肌肉细胞中含量最高 可达到肝细胞湿重的8 10 肌肉细胞湿重的2 3 结构与支链淀粉相似 但分支更多 分支点之间的距离更小 4 12个葡萄糖残基 具有一个还原末端和许多个非还原末端溶于水 遇碘呈红色 糖原磷酸化酶 amylophosphorylase 转移酶 transferase 三 纤维素 cellulose 植物体中最重要的结构性多糖 它是自然界中含量最多的有机化合物 每年大约有100万亿公斤的纤维素被合成出来由D 葡萄糖通过 1 4 糖苷键连接而成 分子中没有分支 分子量大约在50万以上许多纤维素分子平行排列 彼此之间以氢键结合而形成微纤维 作为植物细胞壁的骨架只有某些微生物具有消化纤维素的能力 这些微生物能产生纤维素酶 食草动物利用寄生在其消化道中的微生物对纤维素进行消化尽管人和许多动物不能消化纤维素 但它对维持健康是必不可少的纤维素具有重要的经济价值 象造纸 纺织 木材等 纤维素在植物细胞壁中的排列 微纤维 四 几丁质 几丁质 chitin 是在昆虫和甲壳纲的外骨骼中发现的结构同多糖 也存在于大多数真菌和许多藻类