糖与糖生物化学1VIP

1、 王王 维维 荣荣生命科学学院（理科）专业基础课。生命科学学院（理科）专业基础课。预修课程预修课程：有机化学、普通生物学。：有机化学、普通生物学。教学目的教学目的：通过本课程的教学，帮助：通过本课程的教学，帮助学生掌握组成生物体各类物质（包学生掌握组成生物体各类物质（包括氨基酸、多肽、蛋白质、酶、核括氨基酸、多肽、蛋白质、酶、核酸、糖类、脂类、维生素、激素等）酸、糖类、脂类、维生素、激素等）的结构、功能以及常用的分离、分的结构、功能以及常用的分离、分析和测定方法。析和测定方法。基本内容基本内容：绪论、水分子、氨基酸、蛋白质的：绪论、水分子、氨基酸、蛋白质的一级结构、蛋白质的高级结构、蛋白质的结

2、构一级结构、蛋白质的高级结构、蛋白质的结构与功能、蛋白质的理化性质与分离纯化、酶学、与功能、蛋白质的理化性质与分离纯化、酶学、核酸化学、核酸化学、糖生物化学、脂生物化学、维生素糖生物化学、脂生物化学、维生素与辅酶、激素与信号传导、生物膜与运输。与辅酶、激素与信号传导、生物膜与运输。基本要求基本要求：按教学大纲的具体要求，理解和掌：按教学大纲的具体要求，理解和掌握组成生物体重要生物化学物质的基本结构和握组成生物体重要生物化学物质的基本结构和生物学功能，用所学生物化学基本概念、基本生物学功能，用所学生物化学基本概念、基本理论和基本方法判断、解释和分析所发生的生理论和基本方法判断、解释和分析所发生的

3、生物化学现象的本质，指导科学研究及实际应用。物化学现象的本质，指导科学研究及实际应用。本教学段内容本教学段内容静态生物化学静态生物化学一、糖类生物化学一、糖类生物化学二、脂类生物化学二、脂类生物化学三、生物膜与运输三、生物膜与运输四、维生素与辅酶四、维生素与辅酶五、激素与信号传递五、激素与信号传递参考书及联系信箱参考书及联系信箱参考书：参考书：1 1、principles of biochemistry, 3principles of biochemistry, 3rdrd edition. edition. lehninger.lehninger.2 2、生物化学生物化学（第三版），王镜岩等

4、，高等教育（第三版），王镜岩等，高等教育出版社。出版社。3 3、 and glycobiochemistrysweet（糖果）（糖果）sugar（糖、食糖）（糖、食糖）carbohydrate（碳水化合物，糖）（碳水化合物，糖）saccharide（糖类）（糖类）glycose（单糖、葡萄糖、葡糖）（单糖、葡萄糖、葡糖）glucose(葡萄糖）、葡萄糖）、-ose(-糖）糖）oligosaccharide（寡糖）（寡糖）polysaccharide(多糖）多糖）glycan多糖、（多）聚糖多糖、（多）聚糖glycogen(糖原、糖元）、糖原、糖元）、glyco或或glycan-（糖（糖-）碳水

5、化合物是地球上碳水化合物是地球上最丰富最丰富的的生物分子，每年全球植物和藻类光生物分子，每年全球植物和藻类光合作用可转换合作用可转换10001000亿吨亿吨coco2 2和和h h2 2o o成成为纤维素和其他植物产物。植物体为纤维素和其他植物产物。植物体85-90%85-90%的干重是糖。糖在生物体内的干重是糖。糖在生物体内所起的作用包括：所起的作用包括：能量物质能量物质、结构结构物质物质和和生物活性物质生物活性物质。 食用食用糖糖蔗糖蔗糖（sucrose) 医疗医疗用糖用糖glucose及其衍生物，如葡萄糖酸的及其衍生物，如葡萄糖酸的钠、钾、钙、锌盐等钠、钾、钙、锌盐等； 绿色植物的绿色植

6、物的皮皮、杆杆等多糖等多糖cellulose； 粮食粮食及及块根块根、块茎块茎中的糖中的糖starch； 动物体内的动物体内的贮藏多糖贮藏多糖glycogen； 昆虫、蟹、虾等昆虫、蟹、虾等外骨骼糖外骨骼糖chitin； 食用菌食用菌中的糖中的糖香菇多糖香菇多糖lentinan 、茯苓多糖、茯苓多糖pachymaran 、灵芝多糖、灵芝多糖ganoderma lucidum ganoderma lucidum polysaccharidepolysaccharide 、昆布多糖昆布多糖laminarine等等； 细菌、酵母的细菌、酵母的细胞壁糖细胞壁糖; 结缔组织中的糖结缔组织中的糖肝素、透明

7、质酸、硫酸肝素、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等软骨素、硫酸皮肤素等; 核酸核酸的糖、的糖、脂多糖脂多糖糖脂糖脂、糖蛋白糖蛋白蛋白蛋白聚糖聚糖中的中的糖糖; 细胞膜细胞膜及其他细胞结构中的及其他细胞结构中的糖糖; 血型糖血型糖; 生物活性糖生物活性糖分子。分子。 多羟基多羟基醛醛； 多羟基多羟基酮酮； 多羟基多羟基醛醛或多羟基或多羟基酮酮的的衍生物衍生物； 可以可以水解水解为多羟基醛或多羟基酮或为多羟基醛或多羟基酮或它们的衍生物的物质。它们的衍生物的物质。 18431843年年,dumas,dumas测定糖的测定糖的实验式实验式为为chch2 2oon n； 18701870年年,colle

8、y,colley、18831883年年,tollens,tollens设想葡设想葡萄糖的萄糖的结构式结构式 直链多羟基醛直链多羟基醛 ； 18811881年年,emil fischer,emil fischer对单糖对单糖结构分析结构分析，人工合成人工合成了当时已知的所有己糖和戊糖；了当时已知的所有己糖和戊糖； 18461846年年,dubrunfont,dubrunfont提出葡萄糖溶液有提出葡萄糖溶液有变变旋现象旋现象； 18931893年年,fischer,fischer提出葡萄糖的提出葡萄糖的环状结构环状结构； 18951895年年,tanret,tanret发现存在发现存在三种葡萄糖

9、三种葡萄糖结构结构形式，各自的旋光性不同；形式，各自的旋光性不同； 19261926年年,w.n.haworth,w.n.haworth提出葡萄糖提出葡萄糖投影式投影式； 19281928年年,malaprada,malaprada发明发明过碘酸氧化法过碘酸氧化法测测定糖的结构；定糖的结构； 19321932年年,fleury,fleury和和langelange把这把这过碘酸方法过碘酸方法完善化完善化用于糖化学的研究用于糖化学的研究 ；19331933年年,n.a.s ,n.a.s aeusonaeuson提出提出端基差向异构端基差向异构体体，以表示还原糖及糖苷的，以表示还原糖及糖苷的 、

10、两种异构两种异构体；体；19501950年年,r.e.reeves,r.e.reeves证明己糖的证明己糖的椅式构象椅式构象；1950s1950s后后, ,生物化学最新的理论和方法用于生物化学最新的理论和方法用于糖生物化学糖生物化学的研究，尤其在的研究，尤其在结构与功能结构与功能关关系的研究上取得了重要突破，发展和兴起系的研究上取得了重要突破，发展和兴起了糖化学或糖生物化学的研究时代，特别了糖化学或糖生物化学的研究时代，特别在在糖复合物糖复合物的研究上掀开了生命科学研究的研究上掀开了生命科学研究的又一个热点。的又一个热点。 主要由主要由c,h,oc,h,o三种元素组成，还有少量三种元素组成，还

11、有少量n,s,pn,s,p等。等。单糖分子单糖分子多符合多符合通式通式：chch2 2oon n，但仅从通式上，但仅从通式上并不能判断某分子是否就是糖，即：并不能判断某分子是否就是糖，即：符合通式的不一定是糖符合通式的不一定是糖，如，如chch3 3coohcooh乙酸乙酸 ，chch2 2oo甲醛甲醛 ，c c3 3h h6 6o o3 3 乳酸乳酸 ；是糖的不一定都符合通式是糖的不一定都符合通式，如，如c c5 5h h1010o o4 4 脱氧核脱氧核糖糖 ，c c6 6h h1212o o5 5 鼠李糖鼠李糖 。单糖单糖monosaccharidesmonosaccharides不能水

12、解为其他不能水解为其他糖的糖，按碳原子数分为：糖的糖，按碳原子数分为：丙糖丙糖glyceraldehydeglyceraldehyde；丁糖丁糖 赤藓糖赤藓糖 ；戊糖戊糖 木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等等 ；己糖己糖glucose,fructose,galactoseglucose,fructose,galactose。阿洛酮糖阿洛酮糖山梨糖山梨糖塔格糖塔格糖二羟丙酮二羟丙酮赤藓糖赤藓糖苏苏 糖糖核糖核糖阿拉伯糖阿拉伯糖木糖木糖来苏糖来苏糖阿洛糖阿洛糖阿卓糖阿卓糖古洛糖古洛糖艾杜糖艾杜糖塔罗糖塔罗糖葡萄糖葡萄糖半乳糖半乳糖甘露糖甘露糖阿洛酮糖阿洛酮糖果糖果糖山梨

13、糖山梨糖塔格糖塔格糖寡糖寡糖oligosaccharides oligosaccharides 可以水可以水解为其他糖的糖解为其他糖的糖22十几个单糖十几个单糖 ，包括：包括：二糖二糖disaccharides(sucrosedisaccharides(sucrose、maltosemaltose、lactose)lactose)。三糖三糖trisaccharidestrisaccharides棉籽糖棉籽糖其他寡糖其他寡糖 血型糖、活性糖等血型糖、活性糖等 。多糖多糖 polysaccharides 可水解为多个单糖或可水解为多个单糖或单糖衍生物的糖，包括单糖衍生物的糖，包括：同多糖同多糖 h

14、omoglycans,homopolysaccharides 水水解为解为同一单糖同一单糖的高分子聚合物的高分子聚合物 淀粉、糖元、淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等纤维素、几丁质、糖苷等 。异异 杂杂 多糖多糖 heteroglycans, heteropolysaccharides 水解产物水解产物不止一种单糖或单糖衍生物不止一种单糖或单糖衍生物 透明透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等 。糖的衍生物糖的衍生物 指糖的指糖的氧化产物、还原产物、氧化产物、还原产物、氨基取代物及糖苷化合物氨基取代物及糖苷化合物等，如，氨基葡等，如，氨基葡萄糖、萄糖、n-

15、n-乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等；乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等；多糖复合物多糖复合物 polysaccharides complex 糖与糖与脂、蛋白等共价相连组成：脂、蛋白等共价相连组成：蛋白多糖蛋白多糖 protein polysaccharides ；糖蛋白糖蛋白 glycanproteins ；糖脂糖脂 glycanlipids 。 元素组成元素组成：c c、h h、o o，三者比例，三者比例 c c：40%40%、h h：6.7%6.7%、o o：53.3%;53.3%; 实验式实验式：chch2 2o;o; 冰点降低及沸点升高法测得冰点降低及沸点升高法测得分子量分子量为为180;1

16、80; 分子式分子式为：为：chch2 2oo6 6，即，即c c6 6h h1212o o6 6与与fehlingfehling试剂或其他醛试剂试剂或其他醛试剂反应反应醛基；醛基；与与乙酸酐乙酸酐结合，产生有结合，产生有5 5个乙酰基的衍生个乙酰基的衍生物物5 5个羟基存在；个羟基存在；与与钠汞齐钠汞齐（nana、hghg的合金）作用，被还原的合金）作用，被还原为一种具有为一种具有6 6个羟基的山梨醇（个羟基的山梨醇（sorbitolsorbitol，glocitolglocitol），后者是一个），后者是一个6c6c构成的直链醇。构成的直链醇。结论：葡萄糖的六个碳是连成结论：葡萄糖的六个碳

17、是连成直链结构直链结构的的分子。分子。 （configuration）构型是指一个分子由于其各构型是指一个分子由于其各原子特有的空间排列而使该分原子特有的空间排列而使该分子具有特定的立体化学结构子具有特定的立体化学结构。当一个物质由一种构型转变为当一个物质由一种构型转变为另一种构型时，要求有另一种构型时，要求有共价键共价键的断裂或重新形成的断裂或重新形成。表明一种。表明一种物质应有其特定的构型。物质应有其特定的构型。configuration单糖的构型单糖的构型以甘油醛为参照标准以甘油醛为参照标准，甘，甘油醛油醛c c2 2为手性碳，与其相连的为手性碳，与其相连的-oh-oh在右边的在右边的为

18、为d d型（右旋）、在左边的为型（右旋）、在左边的为l l型（左旋），型（左旋），d d型和型和l l型互为立体异构体，是一对对映体型互为立体异构体，是一对对映体（antipodeantipode），具有对映体的结构又称手），具有对映体的结构又称手性结构。性结构。单糖的构型由于手性碳往往不止一个，单糖的构型由于手性碳往往不止一个，特规定：特规定：离羰基最远的不对称离羰基最远的不对称c c上的上的-oh-oh方方向决定糖的构型向决定糖的构型，在右边的为，在右边的为d d型、在左边型、在左边的为的为l l型。型。透视式透视式直射式直射式葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，两两

19、之间除一个不对称乳糖，两两之间除一个不对称c c（分别是（分别是c c2 2和和c c4 4上的上的-oh-oh位置）有位置）有所不同外，其余部分的结构完全相所不同外，其余部分的结构完全相同，这种同，这种仅有一个不对称仅有一个不对称c c原子构原子构型不同型不同，两镜像非对映体异构物称，两镜像非对映体异构物称为差向异构体（为差向异构体（epimersepimers）。）。 （optical rotation）葡萄糖及绝大多数糖都有葡萄糖及绝大多数糖都有使平使平面偏振光发生偏转面偏振光发生偏转的能力，即糖的的能力，即糖的旋光性，是因为糖都具有旋光性，是因为糖都具有手性碳手性碳。糖的旋光性和旋光度

20、由糖分子中的糖的旋光性和旋光度由糖分子中的所有手性碳上的羟基方向所决定所有手性碳上的羟基方向所决定。糖的旋光性以右旋（以糖的旋光性以右旋（以d d或或+ +表表示）或左旋（以示）或左旋（以l l或或- -表示）。表示）。糖的构型与旋光性之间糖的构型与旋光性之间不一定不一定相对应相对应，即，即d d型不一定代表右旋、型不一定代表右旋、l l型也不一定代表左旋，因为型也不一定代表左旋，因为两者的两者的规定性不同规定性不同。对于葡萄糖来说，。对于葡萄糖来说，d d型正好是右旋，即型正好是右旋，即d-d-（+ +）-glc-glc、l l型也正好是左旋，即型也正好是左旋，即l-l-（- -）-glc-

21、glc。天然葡萄糖为右旋，属于天然葡萄糖为右旋，属于d d型。型。葡萄糖的某些物理、化学性质葡萄糖的某些物理、化学性质不能用糖的链状结构解释不能用糖的链状结构解释，即不表，即不表现出典型的直链现出典型的直链 醛类醛类 特性，如：特性，如：1 1缺少缺少schiffschiff化反应化反应，不能使被，不能使被h h2 2soso3 3漂白的品红转呈红色；漂白的品红转呈红色；2 2不能与不能与nahsonahso3 3起加成反应起加成反应；3 3 葡萄糖水溶液有葡萄糖水溶液有变旋现象变旋现象。解释解释：葡萄糖与常见的醛分子不一样，：葡萄糖与常见的醛分子不一样，不能与不能与2 2分子醇作用而只能与分

22、子醇作用而只能与1 1分子醇分子醇反应反应，不生成缩醛（，不生成缩醛（acetalsacetals），仅），仅生成生成半缩醛半缩醛（semiacetalssemiacetals），意味），意味着分子中已有半缩醛（羟）基存在。着分子中已有半缩醛（羟）基存在。半缩醛半缩醛缩醛缩醛半缩酮半缩酮缩酮缩酮变旋作用变旋作用（mutarotation）醛糖的醛糖的c c1 1或酮糖的或酮糖的c c2 2成环时产生成环时产生 和和 一对差向异构体，在一对差向异构体，在水溶液中很快互相转水溶液中很快互相转变为混合物变为混合物，溶解过程会发生，溶解过程会发生旋光度的改旋光度的改变变-变旋现象变旋现象，这是，这是 和和 异头物自发互变异头物自发互变所导致的。新配制的