生物化学简明教程-第四章糖的化学

第四章,糖类,糖类（carbohydrate）,主要由碳、氢、氧三种元素构成，多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物和衍生物的统称（碳水化合物）几乎存在于所有动、植物、微生物体内生物学作用：（1）作为生物体内的主要能源物质（2）作为生物体的结构成分（3）作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等合成的前体,返回,（1）作为生物体内的主要能源物质氧化生能，1g葡萄糖在体内完全氧化可释放16.7kJ的能量。糖类所供给的能量是机体生命活动主要的能量来源（正常情况下约占机体所需总能量的5070%）。（2）作为生物体的结构成分核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖（统称糖复合物）。糖复合物不仅是细胞的结构分子，而且是信息分子。体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗体、许多酶类和凝血因子等。（3）作为其它生物分子合成的前体糖是合成脂类的重要前体；糖可转变成非必须氨基酸的碳骨架。,4.1单糖,最简单的糖，不能水解为更小单位的糖根据碳原子数又分丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖三碳糖（丙糖）：甘油醛、二羟丙酮等四碳糖（丁糖）：赤藓糖等五碳糖（戊糖）：核糖、核酮糖、木酮糖等六碳糖（己糖）：葡萄糖、果糖、半乳糖等七碳糖（庚糖）：景天糖等根据羰基的位置又分醛糖和酮糖。,醛糖Aldose,甘油醛（glycerose）,核糖（ribose）,D-葡萄糖（D-glucose）,酮糖Ketose,二羟丙酮（dihydroxyacetone）,核酮糖（ribulose）,D-果糖（D-fructose）,4.1.1单糖的构型,单糖分子除了二羟基丙酮外，其余都含不对称碳原子，有旋光异构体：如甘油醛，不对称碳原子上羟基朝左称为L型，朝右称为D型。,D甘油醛L甘油醛,离羰基碳最远的那个手性C的构型作为醛糖分子的构型,4.1.2单糖的结构,4.1.3单糖的构象,4.2重要的单糖及衍生物,糖醇：糖分子内醛基、酮基经还原的产物，有甜味。糖醛酸：单糖的伯醇基氧化产物。氨基糖：糖中的羟基被氨基取代。氨基半乳糖糖苷：单糖的半缩醛羟基与非糖物质缩合形成的化合物。,糖醇：较稳定，有甜味,糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得,氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代,糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等）的羟基形成的缩醛结构，形成的化学键为糖苷键（glycosidicbond）,4.3寡糖,少数单糖（210个）缩合的聚合物细胞表面都为寡糖覆盖，是细胞间识别的物质基础最常见的寡糖是二糖麦芽糖（maltose）、蔗糖（sucrose）、乳糖（lactose）、纤维二糖（cellobiose）低聚糖：20个以下的单糖缩合的聚合物具有防病抗病及增强健康等生理功效，被称为功能性食品,麦芽糖，O-D-吡喃葡糖基-(14)-D-吡喃葡糖,纤维二糖，O-D-吡喃葡糖基-(14)-D-吡喃葡糖,蔗糖，O-D-吡喃葡糖基-(12)-D-呋喃果糖,乳糖，O-D-吡喃半乳糖基-(14)-D-吡喃葡糖,4.4多糖,水解产物含10个以上单糖多糖无还原性，无甜味，无变旋现象,多数不溶于水，可与水形成胶体溶液。最常见的多糖淀粉、糖原、纤维素,根据生物来源不同：植物多糖、动物多糖、微生物多糖根据单糖组成不同：同多糖（均一多糖）淀粉：直链淀粉，支链淀粉糖原（动物淀粉）纤维素杂多糖（不均一多糖）根据生物功能不同：贮存（贮能）多糖、结构多糖、细胞专一的识别信号,4.5多糖代表物,淀粉：广泛存在于植物的根、茎或种子中直链淀粉，支链淀粉糖原：动物淀粉，主要储能形式纤维素：植物细胞壁结构多糖半纤维素：植物中纤维素以外的多糖琼脂：微生物的固体培养基,直链淀粉（Amylose）D-葡萄糖基以-1,4糖苷键连接的多糖链，构象为卷曲成螺旋形，不参与构成糖苷键的端基C1被称为还原端。,可溶于热水，遇碘呈紫蓝色（大于60个葡萄糖基）,支链淀粉（Amylopectin）D-葡萄糖基以除有-1,4糖苷键的糖链外，还有-1,6糖苷键连接的分支组成的多糖链，各分支也都是卷曲成螺旋构象。,不可溶于热水，可溶水冷水，遇碘呈紫红色（2030个葡萄糖基）,淀粉颗粒中的直/支链淀粉品种不同，两者比例也不同,糖原（Glycogen）动物淀粉，与支链淀粉相似，分支较支链淀粉更多，但分支短。与人体中的血糖浓度有关，血糖，糖原合成；血糖，糖原分解,较易分散在水中，遇碘呈红紫色（小于20个葡萄糖基）,糖原是体内糖的贮存形式，主要贮存在肝脏和肌肉组织肝糖原：含量可达肝重的5%（总量为90100g）肌糖原：含量为肌肉重量的12%（总量为200400g）人体内糖原的贮存量有限，一般不超500g。,纤维素（cellulose）植物细胞壁结构多糖，由D-吡喃葡糖基以-1,4糖苷键连接的没有分支的同多糖。在纤维中，纤维素分子以氢键构成平行的微晶束，由于纤维素微品间氢键很多，故微晶束相当牢固。,半纤维素（hemicellulose）大量存茌于植物的木质化部分，其量依植物种类、部位、老幼而异。是一些与纤维素一同存在于植物细胞壁中的多糖的总称，即植物细胞壁中除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。构成半纤维素的单糖基有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖及糖醛酸等。,琼脂（agar）含有D-与L-半乳糖基，琼脂糖和琼脂胶两多糖的混合物。,壳多糖（甲壳素，几丁质，chitin）仅次于植物纤维的第二大生物资源，由N-乙酰-D-葡糖胺以-1,4糖苷键缩合成的同多糖。同纤维素伸展的链式结构类似（将乙酰氨基换成羟基便成为纤维素），壳多糖在链间以氢键交联集合成片，氢键较纤维素多。,右旋糖酐（葡聚糖，dextran）D-葡萄糖以-1,4糖苷键缩合为主链骨架，以-1,3、-1,2和-1,4糖苷键构成支链，整个分子形成网状，在水的作用下可形成凝胶。,糖胺聚糖（glycosaminoglycan）含氨基己糖，或乙酰氨基糖，因多数含糖醛酸、硫酸基或磺酸基，所以有较强的酸性，是二种酸性杂多糖。由于糖胺聚糖有较大黏稠性，也被称为黏多糖。,透明质酸（hyaluronicacid，HA）,肝素（heparin，Hp）,硫酸软骨素（chondroitinsulfate，CS）,硫酸皮肤素（dermatinsulfate，DS）,硫酸角质素（keratan，KS）,4.6糖复合物,糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物糖与蛋白的复合物糖蛋白（glucoprotein）、蛋白聚糖（proteoglycan）糖与脂质的复合物糖脂（glycolipid）、脂多糖（lipopolysaccharide）,4.6.1糖蛋白和蛋白聚糖,糖蛋白是蛋白质与寡糖链形成的复合物，糖成分的含量在1%80%之间变动。蛋白聚糖是蛋白质与糖胺聚糖形成的复合物，糖成分的含量一般较高，可高达95%。（1）D-木糖与丝氨酸的-OH形成的O-糖苷键（2）GalNAC与苏氨酸或丝氨酸的-OH形成的O-糖苷键（3）GlcNAC与天冬酰胺的-NH2形成的N-糖苷键,糖苷键相连:（1）O-糖苷键（2）N-糖苷键,生理功能（1）构成细胞间基质，影响细胞与细胞的粘附、迁移、增殖与分化（2）保持结缔组织水份调节阳离子在组织中的分布润滑、保护作用,促进创伤愈合（3）肝素的抗凝作用（