江南大学801生物化学课件总结2----糖化学

1、第三章糖类化合物Carbohydrates 糖类化合物主要由 C、H、O三种元素组成 分子通式formula : Cn(H 2O)nH-*OH 碳水化合物 糖类化合物包括：单糖、单糖衍生物、单糖聚合物(寡糖、多糖)、结合糖 糖类的主要生物功能 糖是生物体主要的能源物质 糖是生物体合成其它化合物的基本碳源 糖可以作为生物体的结构物质 结合糖具有细胞识别、免疫、信号传导等生理活性功能 第一节 单糖的结构和性质 the Structures and Characteristics of Monosaccharides 定义：单糖是多羟基醛 polyhydroxyl aldehyde 或多羟基酮 po

2、lyhydroxyl ketone。 特点： 单糖不能被水解成更简单的糖； 单糖是结晶形固体，能溶于水，具有甜味； 自然界中存在最多、最普遍的单糖为己糖和戊糖。 探己糖分子式为C6H12O6,重要的己糖有葡萄糖、果糖等； 探 戊糖分子式为C5H10O5,重要的戊糖有核糖。 -、单糖的分子结构Molecular Structure 1、单糖的分类 Classificati on 根据单糖上功能基团的性质 功能基团为醛基t醛糖aldose H-CO-(CHOH) n-2-CH 2OH 功能基团为酮基t 酮糖 ketose CH2OH-CO-(CHOH) n-3-CH2OH 醛糖 Aldoses :

3、 have an aldehyde group at one end如: D-glu 酮糖 Ketoses : have a ketone group usually at C2.女口： D-fru 根据单糖中碳原子的数目：丙糖、丁糖、戊糖、 己糖、庚糖 triose tetrose pentose hexose heptose H ( 0 C 1 H( COH 1 HO( 1 CH 1 H( COH I H( COH 1 ( CH2OH D-glucose ch2oh I C= O HOCH CH2OH D-fructose 根据功能基团和碳原子数目：己醛糖 2、单糖的结构(可以用如下几个层

4、次表示： aldohexose、戊酮糖 ketopentose ) 链式开链结构 对应： 构型 起因： 最远端C* 环状一环状结构 对应： 异头物 起因： 半缩醛C* 环状透视式 对应： 吡喃、呋喃型 构象式 对应： 椅式、船式 单糖的开链结构及构型 the ope n-cha in structure and con figurati on 1)单糖的开链结构及不对称碳原子asymmetric carbon atom 单糖的不对称碳原子asymmetric carb on atom of mono saccharides HOh 广 H CHO CHO H C OH HO CtH f CH

5、2OH Ch 2oh D-glyceraldehyde L-glyceraldehyde CHO I CHO 1 HC OH 1 HOCH I CH 20H CH 20H D-glyceraldehyde L-glyceraldehyde L旳UH H-OH 11 e on HO-C-H 13 C Oil CRsOH D-葡再穗 11甘油醴 a 1 dehydt* D-GIucos H-CTH CQaOH L葡萄祐 LT I ucostf HT-OH CHiOH D-采穗 D-Frucins# 按偉异构体-一 苛映perianth loikt 2，对 主條异构体加= 肃 nt ipode 差占

6、J并构体 非对映异购体. di atEiro i bfr他 O不对筛礁鼻予个醛械 2) 单糖的立体异构体Stereoisomers 原因：单糖分子中含有不对称碳原子C* 结果：t单糖是手性分子 chiral molecule t单糖具有立体异构体stereoisomers 结论：立体异构体的数目=2m, m为C*数目 种构型时，需要通过共价键的断裂与再生形成 optical isomers 凡能使“平面偏振光”发生旋转的物质，称为旋光活性物质，此现象称为旋光异构现象。 C*构型决定。 D-型和L-型异构体的旋光方向不同t旋光异构体 差向异构体（epimers）:葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，

7、 仅一个不对称C原子构型有所不同，这种非对映体异构物称为 差向异构体 3）单糖的构型 Co nfiguratio n 构型：是手性分子由于不对称碳原子上各原子或原子 团的空间排布关系所形成的立体化学结构形式。 单糖的构型一般以甘油醛作为标准 单糖分子中最远端 C*上羟基的方位决定单糖的构型 羟基在右边者为 D-型;羟基在左边者为 L-型. 某个单糖的D-型与L-型为一对镜像异构体 当手性分子从一种构型变为另 4）单糖的旋光异构体 旋光异构现象： 旋光异构体即立体异构体，旋光方向由各 产生原因：一种化合物的 右旋+ :使偏振光polarized light平面发生顺时针方向偏转 左旋-：使偏振光

8、平面发生逆时针方向偏转 c H- HO- H H C i I A菊苟惦甘菇輕 A O CHO CHO H-OH HO-C-H CHjOH CHiOH D- ( + 甘油駐 L-GIc P -Glc p-l.F 、常见的双糖 Disaccharides:双糖是由两个单糖分子以a-或B -糖苷键结合而成的。 重点掌握的双糖：蔗糖Sucrose麦芽糖 Maltose、异麦芽糖Isomaltose、纤维二糖、乳糖 Lactose、 三、三糖 Trisaccharides :棉子糖 Rafinose 四、 其它寡糖暮榕雷见于储蛋白相舞帶屮. Y结舍霍廉；ft星勾蛋齒.履.Un 和、霽祐苻牧緒合帀版； 0

9、业皆專冷：椁罢与蛋白质缸rTH我Thr-OH 第三节 多糖Polysaccharides 定义：多糖是由许多单糖经糖苷键连接而成的咼分子化合物。 分布：多糖的分布很广，种类很多，它一般作为储存能量的物质和结构物质。 特点：多糖溶解于水后常成为胶状溶液 （纤维素不溶于水）-多糖又被称为糖胶。 多糖无甜味，也无还原性。 多糖的分类 （ 根据糖基的组成情况，多糖可分为： 同多糖homopoly-:仅由一种单糖组成，如淀粉、糖原等； I杂多糖heteropoly-:由多种单糖组成，如果胶、木聚糖等。 i根据多糖有无分支（糖苷键的种类），可分为： 直链多糖：仅有一种糖苷键，如纤维素、直链淀粉等； 支链多

10、糖：有几种糖苷键，如糖原、支链淀粉等。 根据多糖的生物功能，可分为： 贮存或贮能多糖/营养多糖：如糖原、直链淀粉等； 结构多糖：如纤维素、壳多糖等。 根据多糖的化学组成，可分为： （己糖胶：葡萄糖胶（多缩葡萄糖）：如淀粉，糖元，纤维素； 半乳糖胶（多缩半乳糖）：如琼脂； 果糖胶（多缩果糖）：如菊糖； I J甘露糖胶（多缩甘露糖）：如半纤维素。 J戊糖胶：阿拉伯糖胶-为许多树胶的成分； 木糖胶：存在于各种植物的茎杆内。 阿拉伯糖胶、木糖胶也是半纤维素的成分之一。 I混合多糖：由两种或多种单糖组成，如果胶。 一、淀粉 Starch 功能：淀粉是植物体中最重要的储能多糖。 含量：发酵工业常用原料的淀

11、粉含量（以干物的计算）：大麦：约5565%，大米：达90%，玉米：6070%。 水解产物：淀粉水解后的产物是葡萄糖，分子式为（C6H10O5）n。 1 淀粉的结构 1）淀粉粒 starch granules 存在：淀粉在植物体内以颗粒状态存在。 形状与大小：每一种作物淀粉颗粒的形状、大小不同 大麦淀粉颗粒：卵形，1035卩；大米淀粉颗粒：多角形，39卩；玉米淀粉颗粒：426卩 溶解性：淀粉颗粒不溶于水，比重高达1.5左右，在水中可产生沉淀。可由此制备各种淀粉 本质：淀粉粒为半晶质，由大量淀粉分子以氢键相连结： 晶区：分子间氢键较多，结构非常紧密的区域； 非晶区：分子间氢键少，结合较疏松的区域。

12、 形成：直链淀粉是由a -D-葡萄糖经a -1,4-糖苷键脱水缩合而成的线性大分子，易溶于水。 CHOH OH 直铁淀粉申旳0 -】结合 具有游离半缩醛羟基的一端， 无半缩醛羟基的一端。 2）直链淀粉 amylose的结构 f 非还原性未瑤 直链淀粉的还原性末端： 直链淀粉的非还原性末端： 直链淀粉的构象（见右图） 3）支链淀粉 广 为左手螺旋； 每个螺旋圈由6个椅式吡喃葡萄糖组成； 裸线圈直径1.4nm,螺距0.8nm； 残基上的游离羟基大多位于螺旋圈内侧。 amylopectin 的结构 支链淀粉的主链：由a -D-葡萄糖经a -1,4-糖苷键脱水缩合而成； 支链（长约2430个残基）：由

13、a -1,6-葡萄糖苷键连接到主链上，每个分支点间隔约89个残基。 c泗 A H H A H 11 B )0 OB H / / 卜* :E V -0- 0 H CELOfl 支链淀粉有一个还原性末端（主链）；有n+1个非还原性末端。 Y0H -0 y K OH H 4）直链淀粉和支链淀粉的大小 探直链淀粉的分子大小为 2403800个葡萄糖单位； 探 支链淀粉的分子大小以及分支程度不同： 2030个葡萄糖单位; 100037000个葡萄糖单位。 支链淀粉中每隔89个葡萄糖单位有一个分支；平均每个分支的长度约为 一个支链淀粉分子中有几十个到几百个分支；支链淀粉分子大小为 5）淀粉颗粒中直链淀粉和

14、支链淀粉的含量 探 各种植物的淀粉颗粒中含有直链淀粉和支链淀粉的比例是不同的 A 走 -b 玉 米 高 山 芋 马铃 薯 直检淀笹 20 24 17 0 1 26 D 1 27 18 22 8。 83 14Q 760C或V 20C不易老化；常温下易老化；24C最易老化。 水分含量在 30%60%易老化；65%或V 10%不易老化。 I 淀粉的老化性能与其所含的直链淀粉的比例有关，直链淀粉含量高者易老化。 3 淀粉的重要化学反应 1）碘呈色反应 目的：碘呈色反应用于淀粉的定性及指示淀粉水解程度。 必要条件：多糖链的螺旋结构是碘呈色反应的必要条件。 实质：碘进入螺旋圈（6Glc ）内,形成淀粉-碘

15、络合物，呈现颜色 碘呈色反应的颜色与葡萄糖糖链的长度有关。 糖链聚合度 颜色 举例 60Glc 蓝色 淀粉、蓝色糊精 20 60Glc 紫色 紫色糊精 6 20Glc 红色 红色糊精 V 6Glc 不显色 极限糊精、寡糖、单糖 支链 紫红色 支链淀粉 2）水解反应 定义：淀粉的水解反应：酸或酶能使淀粉水解，最终生成葡萄糖的反应。 淀粉水解产物分类：J不完全水解产物：糊精、寡糖、麦芽糖等 完全水解产物：葡萄糖 （糊精是淀粉从轻度水解直到变成寡糖之间各种不同分子量中间产物的总称。糊精不溶于酒精。 J可用酒精沉淀来检验糊精的存在。 不同大小的糊精与碘显色不同。由大到小，依次为：兰色t蓝紫色t紫色t红

16、色t橙色t无色（碘色）。 、J由碘呈色反应了解淀粉水解程度。 二、糖原 glycogen 存在：糖原是微生物菌体内及人体和动物肝脏、肌肉中贮存的一种营养性多糖。 糖原的化学结构： 与支链淀粉相似，但分支程度更高。 平均每隔34个葡萄糖单位有一个分支； 每个分支的平均长度约为 67个葡萄糖单位； | 分子大小与支链淀粉相近，分子量约在几百万上下。 1（4）由于糖原的分支比较短，所以遇碘液呈红色。 1磷酸化酶负责动员糖原产生葡萄糖以供代谢急需。 三、纤维素Cellulose 1. 纤维素 形成：纤维素是由B -D-葡萄糖经B -1,4-糖苷键结合而成的线形均质多糖，无螺旋构象，也无分支结构。 分子

17、量：纤维素的分子量可达几十万甚至几百万。 存在：纤维素是构成植物体骨架的结构多糖。 植物纤维素的结构层次10个纤维素分子平行排列t小束几十个小束T小纤维； n个小纤维t植物纤维植物纤维与半纤维素，木质素等t天然植物纤维 性质：纤维素不溶于水，无还原性，与碘也不起呈色反应。 、纤维素酶能使纤维素分解，但其来源有限。高温、高压下，纤维素也可被酸水解。 2. 改性纤维素 Modified Cellulose 改性纤维素：将纤维素进行化学修饰，得到的具有特殊理化性能的纤维素的衍生物。 应用：作为色谱用的惰性支持物，这是因为它一方面对水有很强的亲和力，另一方面它又具有化学稳定性。 离子交换纤维素 （阴离

18、子交换纤维素：DEAE-纤维素，EAE-纤维素； 1阳离子交换纤维素： 羧甲基纤维素，醋酸纤维素，磺酸纤维素 四、果胶物质 Pectic Substanee 1. 果胶质的分子结构 定义：果胶物质是原果胶 protopectin、果胶pectin、果胶酸peetie acid等几种物质的总称。 韭敌；配（罠李j半鼻皓联峻pi 组成： 農咬境就甲義衣耒疲丘刃 I氏胶； 衆甲義雇（舄幸，任孤轉醉甲氣联采號AM 果胶的相对分子量： 多为2500050000 （即150300个残基）。 探PGA是D-半乳糖醛酸经a -1,4-糖苷键结合成的长链分子； 探 聚甲氧基半乳糖醛酸是PGA的甲醇化产物； 探原

19、果胶是果胶质与纤维素/半纤维素结合的水不溶性物质。 探 用山芋制造白酒及酒精时，成品会含有少量的甲醇。 2果胶质的性质 %）溶解性 探 由于果胶酸为酸性，其游离羧基的pKa为4.5左右，中性条件下它带有很多阴离子，遇多价阳离子易凝聚沉淀。 探果胶质易溶于水，且溶液粘度大。 探果胶物质不溶于酒精，所以在制造果酒时易产生浑浊。 2）水解作用 探果胶酯酶pect in esterase或高温高压：果胶的甲氧基被水解产生无黏性的果胶酸以及甲醇； 探 果胶酶pectinase/聚半乳糖醛酸酶 polygalacturonase或稀酸：果胶分子的a -1,4-糖苷键断裂。 3）胶凝性质 探 果胶是亲水胶体

20、，在适当条件下可形成凝胶。 探 发生胶凝作用的条件： 高甲氧基果胶： 果胶浓度0.30.7%以上，pH2.03.5，蔗糖浓度6065%以上。 低甲氧基果胶： 果胶浓度0.30.7%以上，pH2.03.5，蔗糖浓度6065%以上，Ca2+、Mg2+等作交联剂。 7 形成凝胶的机制：糖使高度水化的果胶脱水，酸消除果胶分子的负电荷。 五、壳多糖Chitin 定义：壳多糖也称几丁质，是N-乙酰-B -D-葡糖胺的同聚物，分子量达数百万，其结构与纤维素的结构极其相似 存在：壳多糖主要作为无脊椎动物外骨骼中的主要结构物质，它是矿化的基质。 应用：壳多糖去乙酰化后形成脱乙酰壳多糖（Chitosan），脱乙酰

21、壳多糖作为无毒的阳离子多聚物，应用于医药、 化工、食品等多种行业中。 六、菊糖/菊粉Inulin 本质：菊糖是一种果糖胶，它是某些植物的营养性多糖。 形成：菊糖由31/2830个果糖以B -2,1糖苷键结合而成，在末端还有一个葡萄糖残基以蔗糖型连键与之相连。 性质：探 菊糖是一种白色无味的粉末，不溶于水，在热水中能溶解，冷却后又能沉淀，与碘不起呈色反应。 探菊糖能被稀酸以及一些霉菌和酵母菌的菊糖酶inulase水解成果糖。 应用：发酵工业上可利用野生植物菊芋来制造酒精。 七、半纤维素 Hemicellulose 定义：半纤维素是碱溶性的植物细胞壁多糖，即除去果胶物质的残留物中能被15% NaO

22、H提取的多糖。 大小：半纤维素的分子大小为50400个残基，大多有侧链。 组成：半纤维素是木聚糖 xylan、葡甘露聚糖glucomannan、半乳葡甘露聚糖 galactoglucomannan 木葡聚糖xyloglucan、愈创葡聚糖callose等的总称。 功能：半纤维素主要作为植物的结构多糖，也可作为营养多糖。 性质及应用：半纤维素能被酸或酶水解，生成己糖及戊糖，己糖可用于发酵制造酒精；戊糖可用于制造饲料酵母 八、海藻胶 1. 琼脂 存在：琼脂agar是石花菜属藻类中的多糖。 性质：琼脂溶于热水，温度降至 3550C可形成凝胶。 *F诵樓咖w忙；0一卜侷卜卜无*亠卜禹1迓过a叫卜驚昔篁

23、聚舍而戌 组成.轴怡駆脚吃和：旅發皤育賁电負用 应用：探 琼脂可作为微生物培养基的固定支持物或作为生化中的固定化包埋材料。 探 琼脂糖可作为生化分离分析中的凝胶材料，如珠状琼脂糖凝胶 Sephorose 2B,4B , 6B , DEAE-Sephorose 2. 角叉菜胶/卡拉胶carrageenan 存在：角叉菜胶是红藻-鹿角藻的多糖。 形成：角叉菜胶是B -D-Gal- 3 -1,4- a -3,6-脱水-D-Gal的二糖单位重复聚合而成的线形分子。 性质：角叉菜胶也是热可逆性凝胶，可作为生物固定化技术的包埋材料，并可作为乳品的良好稳定剂及脂肪代用品 3. 褐藻胶/藻酸alginic a

24、cid 存在：褐藻胶是昆布属、巨藻属藻类的多糖。 形成：褐藻胶是由D-甘露糖醛酸以3-1,4-糖苷键连接而成的线形多糖，常以褐藻酸钠形式存在。 应用：褐藻胶是生物固定化技术常用的包埋材料之一。 九、微生物多糖 1. 葡聚糖-右旋糖酐Dextran 生成：葡聚糖由肠膜状明串珠球菌利用蔗糖发酵而成。 方程式：在右旋糖酐蔗糖酶作用下，n蔗糖t （葡萄糖）n+n果糖。 葡聚糖是均质多糖： 主链（95%）:葡萄糖经a -1,6-糖苷键连接而成； 侧链：多以a -1,3-（少以a -1,2-或a -1,4-）键连接到主链上 应用：（探葡聚糖在食品工业中可作为稳定剂、增稠剂等； 探 分子量510万的葡聚糖可

25、作为血浆代用品； J探4万以上的葡聚糖可用于固定化。 探交联葡聚糖Sephadex:用环氧氯丙烷将葡聚糖交联成的具有三维网状结构的水不溶性物质。 i探交联葡聚糖作为分子筛是生化分离分析中的常用材料。 Sephadex 经化学修饰t DEAE-Sephadex、CM-Sephadex、蓝色葡聚糖等。 2. 黄原胶 xanthan gum * 生成：黄原胶是由野油菜黄单孢菌产生的孢外多糖。 黄原胶的结构： 主链：3 -D-Glc以3 -1,4-糖苷键连接而成的多糖链； 彳 侧链：杂聚寡糖通过a -1,3-甘露糖苷键连接到主链上； D-Glc : D-Man : D-GlcNAc=2 : 2 : 1

26、 ； 探约半数侧链的非还原性末端的甘露糖上连接着丙酮酸；丙酮酸或葡萄糖醛酸的羧基可与金属离子结合。 黄原胶的性能：易溶于水，溶液粘度大，且不受温度、pH、盐浓度等影响，具有良好的剪切变稀和回复能力。 黄原胶是良好的稳定剂、增稠剂、悬浮剂、润滑剂。 3. 茁霉多糖 以麦芽三糖为基本单位，通过a-1,6-葡萄糖苷键鱼贯连接而成，间或出现麦芽四糖。 生成：茁霉多糖由出芽短梗霉或发酵茁霉变种等产生。 结构 性能：易溶于水，粘度大，涂布性好，所成薄膜光滑透明t可作为增稠剂、抗氧化剂、粘着剂以及被膜材料等。 第四节结合糖 与蛋白质相结合： 与脂类相结合： 一、细菌杂多糖 细菌的结构多糖： 细菌细胞壁 革兰

27、氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌 糖蛋白、蛋白聚糖 糖脂、脂多糖 细胞壁的肽聚糖、磷壁酸，外膜的脂多糖，多糖包被的多糖 Gram-positive bacteria:多层肽聚糖、磷壁酸； Gram-negative bacteria:单层肽聚糖、无磷壁酸、覆盖有外膜 （由脂多糖、 脂蛋白、膜孔蛋白和磷脂组成 肽聚糖peptidoglycan ：是以NAG与NAM组成的多糖链为骨干与四肽连接所成的杂多糖。保护细胞不易受损。 磷壁酸teichoic acid的主链由醇（核糖醇或甘油）和磷酸交替连接而成，侧链是单个D-Ala或葡萄糖。 磷壁酸调节自溶素活性、参与磷的贮存、形成细胞壁抗原特异性 探 注：肽聚

28、糖分子中邻近 NAG-NAM 骨干链上的四肽的第 3位侧链氨基通过五肽（G+菌）或直接（G-菌）与相邻 NAG-NAM 骨干链上的四肽的末位羧基交联。 G-菌外膜脂多糖 lipopolysaccharise/ 内毒素 endotoxin 0-特异徒/0赛才唐加掘原 1.糖蛋 荚膜多糖 capsular polysaccharide 二、糖蛋白glycoprotein及其糖链 白种类 糖蛋白是一类复合糖，其单条糖链很少多于15个单糖单位。 种类：探 膜糖蛋白：血型抗原等、膜免疫球蛋白、膜受体等； 探一些分泌蛋白：消化道粘液蛋白、体液蛋白、补体等 ； 探 某些胞外基质的结构蛋白质：胶原蛋白等； 探 其他蛋白质：核糖核酸酶、卵