糖类的研究与分析 PPT课件

1 积石山县马自强 糖类的分析 2 糖是多羟基醛或多羟基酮 而糖类是糖及其衍生物 或水解时能产生这些化合物的物质的总称 大多数糖类物质只由C H O三种元素组成 其实验式为 CH2O n 因此过去曾误认为这类物质是碳的水合物 碳水化合物 carbohydrate 因之得名 后来发现有些糖 如鼠李糖 C6H12O5 和脱氧核糖 C5H10O4 等 它们的分子中H和O的原子数之比并非2 1 而一些非糖物质 如甲醛 CH2O 乙酸 C2H4O2 和乳酸 C3H6O3 等 它们分子中的H和O之比却都是2 1 所以 碳水化合物 这一名称并不恰当 一 引言 3 糖类的名称 在英文中 较简单的糖类常称为sugar或saccharide saccharide一词常被冠以词头 用作糖的类别名称 如monosaccharide 单糖 disaccharide 二糖 oligosaccharide 寡糖 polysaccharide 多糖 等 在复合糖中 以glyco 为词头 如glycolipid 糖脂 glycoprotein 糖蛋白 等 尽管 碳水化合物 这个词不确切 但 糖类 和 碳水化合物 这两个词现在还是通用 4 糖类的存在与来源 糖类是地球上数量最多的一类有机化合物 地球的生物量干重的50 以上是由糖的聚合物构成的 糖类物质按干重计占植物的85 90 占细菌的10 30 在动物中小于2 地球上糖类物质的根本来源是绿色细胞进行的光合作用 5 1 作为生物体的结构成分2 作为生物体内的主要能源物质3 在生物体内转变为其他物质4 作为细胞识别的信息分子 糖类的生物学作用 6 糖类的命名与分类 具体某一种糖的命名 常见的糖多数是根据糖的来源给予一个通俗名称 如葡萄糖 果糖 蔗糖等 根据糖分子中含有醛基还是酮基 分别称为醛糖和酮糖 根据糖分子的碳原子数目 可称为三碳糖 丙糖 四碳糖 丁糖 五碳糖 戊糖 等 根据糖类物质的聚合度 可分为单糖 寡糖 二糖 三糖 四糖等 和多糖 糖类物质与其他非糖物质的共价结合物 称为复合糖或糖复合物 有糖脂 糖蛋白 蛋白聚糖等 7 二 单糖 最简单的糖是甘油醛和二羟基丙酮 甘油醛 甘油醛的对映体 8 单糖的相对构型 三碳醛糖 投影式 透视式 9 四碳醛糖 以离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型为该糖分子的DL构型 赤藓糖 赤藓糖 苏糖 10 五碳醛糖 阿拉伯糖 木糖 核糖 来苏糖 11 六碳醛糖 阿洛糖 阿卓糖 葡萄糖 甘露糖 古洛糖 艾杜糖 半乳糖 塔罗糖 12 三碳酮糖和四碳酮糖 赤藓酮糖 13 五碳酮糖 核酮糖 木酮糖 14 六碳酮糖 阿洛酮糖 果糖 山梨糖 塔格酮糖 15 表异构体 在含两个以上不对称碳原子的化合物中 只有一个不对称碳原子构型相反的一对化合物称为表异构体 16 缩醛和缩酮 17 单糖分子内形成半缩醛 异头碳的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有相同取向的异构体称为 异头物 具有相反取向的称为 异头物 18 吡喃糖和呋喃糖 吡喃 呋喃 19 吡喃糖两种可能的椅式构象 20 醛糖氧化成糖酸 环式结构 链式结构 21 单糖衍生物 葡萄糖醛酸 葡萄糖酸 葡萄糖酸内酯 22 单糖衍生物 胞壁酸 半乳糖胺 葡糖胺 甘露糖胺 乙酰葡糖胺 乙酰胞壁酸 23 单糖衍生物 N 乙酰神经氨酸 唾液酸 6 脱氧 L 半乳糖6 脱氧 L甘露糖 鼠李糖 岩藻糖 2 脱氧核糖 24 单糖衍生物 糖醇 山梨醇 甘露醇 木糖醇 甘油 肌醇 核糖醇 25 若干种单糖及其衍生物的缩写 26 单糖之间可以糖苷键连接 27 糖与其他基团以糖苷键连接 OuabainAmygdalin乌本 箭毒 苷苦杏仁苷 糖基 龙胆二糖 配基 糖基 L 鼠李糖 配基 28 三 寡糖 两个至若干个单糖以糖苷键连接起来的物质称为寡糖 更多个单糖以糖苷键连接起来的物质称为多糖 寡糖与多糖之间并没有严格的分界 常见的寡糖是二糖 有游离半缩醛羟基的二糖具有还原性 没有游离半缩醛羟基的二糖没有还原性 29 几种双糖的结构 乳糖 麦芽糖 蔗糖 海藻糖 30 四 多糖 多糖在水溶液中不形成真溶液 只能形成胶体 没有甜味 也无还原性 有旋光性 但无变旋现象 根据组成多糖的单糖种类 将由同一种单糖连接形成的多糖称为同多糖 而将由两种以上不同的单糖形成的多糖称为杂多糖 31 多糖的结构 杂多糖 同多糖 32 淀粉 直链淀粉分子量约1万 200万 250 260个D 葡萄糖分子 以 1 4 糖苷键聚合而成 呈螺旋结构 遇碘显蓝色 在天然淀粉中约有20 30 的淀粉为直链淀粉 支链淀粉中除了 1 4 糖苷键构成糖链以外 在分支点处存在 1 6 糖苷键 遇碘显紫红色 在天然淀粉中约有70 80 的淀粉为支链淀粉 支链淀粉的分子量较直链淀粉大得多 一般平均由6000个D 葡萄糖残基组成 分子量为1百万左右 starch 33 直链淀粉 非还原端 还原端 amylose 34 支链淀粉 amylopectin 35 支链淀粉分支处的连接 36 淀粉与碘的显色反应 由于 1 4连接 淀粉分子中的每个葡萄糖残基与下一个残基都成一定角度 根据X射线衍射分析 直链淀粉的二级结构是一个左手螺旋 每圈螺旋含6个残基 螺距0 8nm 直径1 4nm 碘分子正好能嵌入螺旋中心 每圈可容纳一个碘分子 I2 通过朝向圈内的羟基氧 提供未共享电子对 和碘 提供空轨道 之间的相互作用形成稳定的深蓝色淀粉 碘络合物 产生特征性的蓝色需要约36个即6圈葡萄糖残基 支链淀粉螺旋 约25 30个残基 中的短串碘分子比直链淀粉螺旋中的长串碘分子吸收更短波长的光 因此支链淀粉遇碘呈紫色到紫红色 37 直链淀粉的二级结构 38 糖原 糖原为动物体内贮存的主要多糖 此多糖相当于植物体内贮存的淀粉 所以糖原也称为动物淀粉 高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原 糖原分子具有较多的分支结构 支链淀粉的分支结构是以24个葡萄糖残基为其分支的长度 但糖原的分支结构则是平均以12个葡萄糖残基为其分支的长度 glycogen 39 叶绿体中的淀粉粒 直径约1 m 40 肝细胞中的糖原颗粒 直径约0 1 m 41 纤维素 纤维素分子是许多葡萄糖残基以 1 4糖苷键连接的直链分子 纤维素链中每个残基相对于前一个残基翻转180 使链采取完全伸展的构象 相邻 平行的伸展链通过链内和链间的氢键形成片层结构 片层之间靠其余氢键及环的疏水内核间的范德华力维系 这样若干条链聚集成紧密的有周期性晶格的分子束 称为微晶或胶束 多个这样的胶束平行地形成微纤维 微纤维长数微米 直径3 5 10nm 一般含6000 12000个葡萄糖残基 纤维素是植物细胞壁的主要成分 1 4 LinkedD glucoseunits cellulose 42 纤维素分子链内外的氢键 43 几丁质 壳多糖 Chitin 壳多糖主要存在于真菌细胞壁和许多无脊椎动物的外骨骼中 N 乙酰 D 葡糖胺以 1 4糖苷键相连 44 右旋糖苷 右旋糖苷的主链是 1 6连接的葡聚糖 主链占95 支链为 1 3连接的单个葡萄糖基或异麦芽糖基 因菌种或菌株的不同 还有 1 2或 1 4连接的分支 右旋糖苷的分子量大小差异很大 右旋糖苷是酵母和细菌的贮存多糖 dextran 45 肽聚糖 Staphylococcusaureus金黄色葡萄球菌细胞壁的结构一种革兰氏阳性细菌肽聚糖是细菌细胞壁的重要成分 Peptidoglycan 46 琼脂 琼脂俗称洋菜 是从红藻类石花菜属及其他属的某些海藻中提取出来的一种多糖混合物 从琼脂中分离出两个组分 一个称为琼脂糖 agarose 另一个称为琼脂胶 琼脂糖是琼脂的主要成分 它是由D 吡喃半乳糖和3 6 脱水 L 吡喃半乳糖两个单位交替组成的线性链 琼脂胶是琼脂糖的衍生物 单糖残基被不同程度地被硫酸基 甲氧基 丙酮酸等所取代 其实琼脂糖只是含这些取代基最少的琼脂组分 琼脂是多种具有相同主链但不同程度被荷负电基团取代的多糖混合物 agar 47 果胶物质 果胶物质主要存在于植物的初生细胞壁和细胞之间的中层内 果胶物质是细胞壁的基质多糖 在浆果 果实和茎中最丰富 果胶物质包括两种酸性多糖和三种中性多糖 多聚半乳糖醛酸 多聚鼠李半乳糖醛酸 阿拉伯聚糖 半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖 羧基不同程度被甲酯化的线性多聚半乳糖醛酸或多聚鼠李半乳糖醛酸称为果胶 pectin 完全去甲酯化的果胶称为果胶酸 羧基大部分被甲酯化的果胶称为果胶酯酸 提取前存在于植物中与纤维素和半纤维素等结合的水不溶性的果胶物质称为原果胶 原果胶受植物体内多聚半乳糖醛酸酶 也称果胶酶 的作用或提取过程中经稀酸处理 则转变为水溶性的果胶 pecticsubstance 48 半纤维素 半纤维素被定义为碱溶性的细胞壁多糖 也即除去果胶物质后的残留物能被15 NaOH提取的多糖 这些多糖大多数都具有侧链 分子大小为50 400个单糖残基 在细胞壁中与微纤维非共价结合成为细胞壁的另一类基质多糖 半纤维素大量存在于植物的木质化部分 在木材中占干重的15 25 农作物秸秆中占25 45 半纤维素主要有 木聚糖 葡甘露聚糖和半乳葡甘露聚糖 木葡聚糖等 hemicellulose 49 几种糖胺聚糖 硫酸皮肤素 硫酸角质素 肝素 透明质酸 软骨素 4 硫酸 软骨素 6 硫酸 50 五 复合糖 蛋白聚糖是一类特殊的糖蛋白 由一条或多条糖胺聚糖链和一个核心蛋白共价连接而成 蛋白聚糖是细胞表面或细胞外基质的大分子 蛋白聚糖分子有较强的亲水性 分子内间隙中和分子周围结合着相当量的水分子 上述这些特性 使蛋白聚糖分子在承受压力时 具有可逆的可压缩性 因此 在结缔组织中蛋白聚糖起着减少摩擦 抗御冲击等保护作用 并且提供一定的粘性 弹性和亲水性 和胶原蛋白一起 对包埋于结缔组织中的细胞和器官 有机械支持功能 蛋白聚糖Proteoglycan 51 硫酸软骨素通过三糖桥与核心蛋白连接 木糖的异头碳与丝氨酸的羟基成糖苷键 蛋白聚糖的结构 硫酸软骨素 核心蛋白 三糖桥 52 多配体蛋白聚糖的结构 三糖连接桥 乙酰肝素 硫酸软骨素 53 蛋白聚糖聚集体 许多蛋白聚糖在连接蛋白的辅助下 通过非共价键与透明质酸链结合 54 寡糖结合到蛋白质上形成糖蛋白 许多膜内在蛋白和分泌蛋白是糖蛋白 组成糖链的单糖种类 数量 单糖的构型 单糖之间的连接方式等不同 可以组成天文数字的不同结构的分子 或糖蛋白的组分 非常适合成为具有特定意义的信息分子 发挥各种生物学功能 糖蛋白中的组成糖链的单糖残基通常有Fuc Gal Man GalNAc andSia orNeuNAc 糖蛋白 glycoproteins 55 糖链可以与蛋白质中的Ser或Thr的羟基结合 O 糖链 或与Asn的酰胺基结合 N 糖链 一个糖蛋白分子上往往结合多条糖链 糖链可以相当均匀地沿蛋白质的多肽链分布 或集中在多肽链的特定区域 糖链的长度一般不超过15个单糖残基 在某些情况下糖链仅由1 2个单糖残基组成 糖蛋白 56 寡糖链与蛋白质的连接 57 糖脂 glycolipid 糖脂是生物膜的组分 它们是单糖或寡糖链以糖苷键与脂质结合的化合物 与糖结合的脂质有固醇 神经酰胺 甘油二酯等 其中的糖链起着信号的作用 58 鞘糖脂 脑苷脂 神经酰胺 鞘糖脂的疏水尾部伸入膜的脂双层 极性糖基露在细胞表面 它们不仅是血型抗原 而且与组织和器官的特异性 细胞 细胞识别有关 59 鞘糖脂 神经节苷脂 神经节苷脂是最重要的鞘糖脂 在神经系统特别是神经末梢中含量丰富 种类很多 它们可能在神经冲动传递中起重要作用 60 脂多糖 脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞壁的特有结构成分 构成外膜表面的主