生物化学糖类脂质蛋白质

1、生物化学糖类脂质蛋白质糖类物质的生物学功能糖类物质在自然界中分布广泛，特别是大量存在于植物体中，以干物质计可达80%以上。糖类是生物获取能量的主要来源，是某些生物（特别是植物）支撑组织的重要物质。 - 电池的阴极糖蛋白：免疫、细胞识别、血型区分、细胞间的联系 - 条形码糖类物质的生物学功能糖类物质的主要生物学作用为供能、转变为生命必需的其他物质、作为生物体的结构物质、作为细胞识别的信息分子。单糖的化学结构由一个自由醛基或酮基，以及两个以上羟基的糖类物质称为单糖。含有醛基的单糖叫醛糖，含有酮基的单糖叫酮糖。最简单的单糖：单糖的旋光性与开链结构旋光性是指物质能使平面偏振光的偏振面发生旋转的性质旋光

2、性的来源 - 不对称分子不对称碳原子：4个价键与4个不同的原子或原子团相连接的碳原子。单糖的旋光性与开链结构判断一个糖的D型和L型是以离羰基最远的一个不对称碳原子上羟基的位置坐依据。单糖的旋光性与开链结构由于不对称分子中原子或原子团在空间的不同排布，对平面偏振光的偏振面发生不同影响所引起的异构现象，称为旋光异构，所产生的异构体，称为旋光异构体。两个旋光异构体在结构上不是同一物质，而是实物与镜影的关系，对映而不能重合，又称为对映异构体。单糖的旋光性与开链结构对映异构体的化学性质和大部分物理性质相同，只是对平面偏振光的影响不同。d（+）表示物质的右旋性l（-）左旋性旋光物质的构型（D和L）是人为规

3、定的，与物质的旋光性无关，而d-或l-是实际测得的右旋性或左旋性。单糖的环状结构变旋性 - 开链结构式的不足葡萄糖的醛基不如一般醛类化合物的醛基活泼不能与两分子醇反应，而只能与一分子醇反应，不能生成缩醛，只能生成半缩醛单糖的环状结构单糖的环状结构单糖分子中醛基和其他碳原子上的羟基所发生的成环反应为半缩醛反应C1和C5连接，吡喃糖C1和C4连接，呋喃糖单糖的环状结构C1的醛基成环后新出现一个羟基，称为半缩醛羟基半缩醛（酮）碳上的羟基与决定直链结构构型（D或L）的碳上的羟基处于碳链的同一边者为a-型；反之，在不同边者为b-型。单糖的环状结构只是在羰基碳原子上构型不同的同分异构体，称为异头物。在单糖

4、环化时，它的羰基碳称异头碳。单糖的构象单糖C-O-C键角实际为111，接近于环己烷的环角，而不是平面。葡萄糖的两种构象：船式和椅式单糖的性质白色结晶固体任意比例溶解于水大多具有甜味有旋光性旋光性与变旋性由旋光性即可知其分子中具有不对称碳原子，从变旋性便可知其成环状态。在单糖中除二羟丙酮外，其余单糖都具有不对称碳原子，因此都具有旋光性。各种糖的比旋光度是一定的，借此可作糖的定性、定量测定。比旋光度旋光仪主要由一个光源、两个尼科尔棱镜和一个盛测试样品的盛液管组成。普通光经第一个棱镜（起偏镜）变成偏振光，然后通过盛液管，再由第二个棱镜（检偏镜）检验偏振光的振动方向是否发生了旋转，以及旋转的方向和旋转

5、的角度。比旋光度由旋光仪测得的旋光度，甚至旋光方向，不仅与物质的结构有关，而且与测定的条件有关。因为旋光现象是偏振光透过旋光性物质的分子时所造成的。透过的分子愈多，偏振光旋转的角度愈大。因此，由旋光仪式测得的旋光度与被测样品的浓度（如果是溶液），以及盛放样品的管子（旋光管）的长度密切相关。比旋光度通常，规定旋光管的长度为1 dm，待测物质溶液的浓度为1 g/mL，在此条件下测得的旋光度叫做该物质的比旋光度，用表示。比旋光度仅决定于物质的结构，因此，比旋光度是物质特有的物理常数。变旋性一种旋光物质由于有不同的构型，故比旋光度不只一个，并且在溶液中其比旋光度可发生改变，最后达到某一比旋光度值即恒定

6、不变，这种现象称为变旋性。单糖的反应氧化还原反应酯化反应甲基化与乙酰化反应过碘酸反应氧化还原反应单糖的氧化还原反应在生物体内极为重要，决定了能量的释放和存储。单糖所含的醛基和酮基都具有还原性，等待着阳极物质如氧气来氧化以共同释放能量。酮糖的还原性不是因为酮基，而是在碱性溶液中形成烯二醇。氧化还原反应所有单糖对于氧化剂来说，都具有还原性，也因此成为还原糖。斐林试剂：用来区分水溶性的醛及酮官能基，也可以用来测定单糖。银镜反应：实验室中用这个反应来鉴定含有醛基的化合物，工业上则用这个反应来对玻璃涂银制镜和制保温瓶胆。氧化还原反应单糖在碱性环境下，醛基和伯醇基被氧化成糖酸、糖醛酸或者糖二酸。在非氧化性

7、强酸（浓盐酸和浓硫酸）下，被氧化成糠醛类，与酚类生成各种颜色，用于辨别是哪一类糖。酯化反应半缩醛羟基尤为活泼，容易与酸反应生成酯。甲基化与乙酰化反应单糖的所有羟基都能被甲基化和乙酰化。甲基化和乙酰化在生物信号识别中起到非常重要的作用。过碘酸反应过碘酸会破坏相邻羟基的C-C键，把醇基氧化成醛基，把醇基相邻的醛基氧化成甲酸。每破坏1个C-C键消耗1分子过碘酸，因此可通过过碘酸的消耗量及甲酸的释放量，判断单糖单位间连键的位置、直链多糖的聚合度、支链多糖的分支数目等。单糖衍生物脱氧糖：脱氧核糖核酸氨基糖：半缩醛羟基被氨基取代，糖基胺或糖胺氨基糖常以聚糖形式或结合状态存在。葡萄糖胺存在于甲壳质；半乳糖胺

8、存在于动物的软骨中；甘露糖胺存在于肺炎双球菌中。胞壁酸、唾液酸。单糖衍生物糖酸：醛糖分子的醛基或伯醇基氧化为羧基后的糖衍生物。葡萄糖酸能与钙、铁、锌等离子形成可溶性盐，易被人体吸收。葡萄糖酸钙及其内酯可用于制作豆腐醛糖的伯醇基被氧化称为糖醛酸葡萄糖醛酸、抗坏血酸单糖衍生物糖醇：糖分子中的醛基或酮基经还原后的产物，又称为多元醇。分为直链糖醇和环状糖醇木糖醇、核糖醇（核黄素的成分、维生素B2）肌醇六磷酸（植酸）单糖衍生物糖苷：糖的异头碳原子上的羟基与其他分子的羟基或氨基等脱水缩合后的产物称糖苷。糖苷键：糖分子中异头碳和一些其他基团之间的键称糖苷键，如C-O键（O-苷）、C-N键（N-苷）、C-S键

9、、C-C键，其中最常见的是C-O键和C-N键。提供半缩醛羟基的糖为糖基，糖苷键的a、b型由糖基决定。寡糖糖苷的配基是另一分子单糖，这个缩醛衍生物就称为二糖；若干个单糖间若都以糖苷键相连接，就构成三糖、四糖等。单糖基数为210个（常见的为26个）构成的糖类物质，称为寡糖或低聚糖。大于10的单糖聚合物称为多糖或高聚糖。糖苷键连接的方向由糖基的半缩醛羟基指向配基糖的位置。33HOb-D-呋喃果糖a-D-吡喃葡萄糖OHOHHOCH2OHOOHH2OOHOHOHCH2OHOO+蔗糖HOOHCH2OHOOHHOH2Ca1,b2123456OHCH2OHOCH2OH123456OHOHOHCH2OHOOHO

10、OHCH2OHOCH2OH123456a-D-吡喃葡萄糖 b-D-呋喃果糖蔗糖蔗糖甘蔗和甜菜是制糖工业的重要原料。蔗糖右旋性，水解成葡萄糖和果糖，果糖左旋性强，水解液变成左旋性。这种过程称之为转化转化糖葡萄糖半缩醛羟基和果糖的半缩酮羟基互相结合，失去了还原性，也没变旋性麦芽糖淀粉水解后大多为麦芽糖存在一个半缩醛羟基，具有还原性，旋光性和变旋性与之类似的是纤维二糖，纤维素的水解产物乳糖存在于乳汁中葡萄糖的半缩醛羟基保留，具有还原性，旋光性和变旋作用多糖20个以上单糖分子缩合而成的糖类。同聚多糖杂聚多糖，杂多糖多糖一般不溶于水，或形成胶体无甜味，无还原性，有旋光性，无变旋现象淀粉同聚多糖人类食物的

11、糖类大部分是淀粉直链淀粉：分子量3万2到16万，200980个葡萄糖残基，6个葡萄糖1螺旋支链淀粉：10万到100万，6006000个GLC，每个支链2430个GLC淀粉: 直链淀粉 淀粉是一种由葡萄糖聚合的多糖 (葡聚糖) 直链淀粉是一种 由 a1,4 糖苷键连接的线形葡聚糖OOHCH2OHOHOHOOHCH2OHOHOOOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHO . . . . .OHa1,4 键线形还原端a-D-葡萄糖 MW (3.21041.6105)淀粉：支链淀粉 支链淀粉是通过a1,4 和a1,6 键连接的有分支的葡聚糖 与动物中的糖原十分相似OOHCH2OHOHOOOHCH2OH

12、OHOOHCH2OHOHO . . . . .分 支. . . . .OOHCH2OHOH. . .OHOOHOH. . . . .OCH2Oa1,6 键 还原端a1,4 键a-D-葡萄糖 MW (105106)淀粉直链淀粉遇碘呈蓝色，支链淀粉呈紫红色。一个螺旋圈所含葡萄糖基数为聚合度或重合度。20为红色，2060紫红色，大于60蓝色，小于6无色。淀粉水解成糊精：淀粉糊精（蓝色）、红糊精（红色）、无色糊精、麦芽糖、葡萄糖淀粉淀粉无还原性（糊精有还原性）具有右旋光性不溶于水，遇热水膨胀成浆糊比重大，容易沉淀，可以洗淀粉。糖原动物淀粉肝糖原分子量100万，肌糖原500万。3万个葡萄糖单位分支比支链

13、淀粉更多，一个支链1014个葡萄糖单位遇碘红颜色，无还原性。三氯醋酸溶液提取糖原，乙醇沉淀。纤维素植物细胞壁和支撑组织的重要成分。自然界存在最丰富的多糖不分支纤维二糖150万184万，926011360个葡萄糖纤维素的分子是一条螺旋状的长链，100200条平行靠氢键捆成一束纤维素纤维素什么也不溶纤维素葡萄糖残基有三个自由羟基纤维素三硝酸酯，硝化纤维（火棉）经过特殊试剂溶解，得到多种人造纤维半纤维素半纤维素包括很多高分子多糖，这些高分子多糖是多聚戊糖、己糖和少量的糖醛酸。不溶于水，但可溶于稀碱，比纤维素更易被酸水解几丁质甲壳素，昆虫、甲壳类动物硬壳的主要成分，一些霉菌的细胞壁中也含有。几丁质在地

14、球上的含量仅次于纤维素琼脂杂多糖海藻多糖的总称糖琼脂（琼脂糖）：半乳糖胶琼脂：糖琼脂的硫酸酯琼脂糖常作为层析、电泳支持物，用于核酸分析果胶植物细胞壁的组成成分果胶形成凝胶和胶冻。果胶水溶液（）与糖共沸，冷却后形成果胶-糖-酸固体胶冻，用于食品制作。糖胺聚糖动物杂多糖，粘多糖蛋白聚糖，糖蛋白肝素是天然的抗凝血剂透明质酸增加关节间的润滑性硫酸软骨素：用于神经性头痛、神经痛、关节痛、动脉硬化等疾病的辅助治疗。细菌多糖胞壁质，肽聚糖磷壁酸，革兰氏阳性菌脂多糖，革兰氏阴性菌脂质的概念和类别脂质就是动、植物的油脂。是构成原生质的重要成分。动植物的储能物质。动物（包括人类）腹腔的脂肪组织、肝组织、神经组织和

15、植物中油料作物的种子等的脂质含量都特别高。存在及其重要性提供能量。压缩存储能量。同等质量可以存储2倍能量。保护作用和御寒作用为脂溶性物质提供溶剂。也为脂溶性信号分子提高抛锚驻点。提供必需脂酸磷脂和糖脂是构成生物膜脂质双层结构的基本物质和参加构成某些生物大分子化合物（如脂蛋白和脂多糖）的组分。存在及其重要性脂质作为细胞表面的物质，与细胞识别、免疫等密切相关。有些脂质还具有维生素和激素的功能。脂质的化学概念脂质被碱水解后产生醇（一般为甘油醇）和脂肪酸。脂肪酸和醇等所组成的酯类及其衍生物不溶于水而溶于脂溶剂为脂肪酸与醇所组成的酯类能被生物体利用，作为构造、修补组织或供给能量之用脂质的分类单脂：只是脂

16、酸和醇所组成的酯类脂（常温是固体）、油（常温是液体）、蜡（高级脂酸和高级一元醇生成的酯）一元醇，即在分子内仅含有一个羟基的醇复脂：还含有其他非脂性物质，如糖、磷酸及含氮的有机碱等磷脂（含磷酸和氮碱）、糖脂（含糖）单脂脂肪（真脂）：单纯的三酰甘油简单三酰甘油：脂酸一致混合三酰甘油：脂酸不一致单脂自然界的脂肪多为混合三酰甘油的混合物，由一种简单三酰甘油所组成的天然油脂极少，仅橄榄油和猪油含三油酸甘油酯较高，约70%。单脂甘油酯第2碳位的RCOO-基在碳链右侧的称D-型，在左侧的称L-型脂酸自然界存在的脂酸皆为含双数碳的脂酸，分为饱和、不饱和、羟酸和环酸四类表示脂酸结构的简明方法是先写出碳原子的数目

17、，再写出双键的数目，最后表明双键的位置。油酸 18:1（9）亚油酸 18:2w-6脂酸脂肪的性质无色、无嗅、无味、呈中性，比水轻，不溶于水，溶于脂溶剂。测定脂质总量用索氏提取器脂肪的性质测定脂质总量用索氏提取器采用无水乙醚作为抽提物，可以溶解脂质，更重要的是可以通过通过旋转蒸发仪被移除回收。物理性质天然脂肪无明确熔点，因为它们多是几种脂肪的混合物。有折光性，不饱和脂肪的折光率一般比饱和脂肪的高。饱和脂肪中，分子量大的折光率比分子量小的高。故可以通过测定脂肪的折光率判断脂肪分子中脂酸的性质。化学性质由酯键产生的性质水解和皂化：生成甘油醇和脂肪酸，如果溶液有碱盐，则生成脂肪酸盐（皂）。化学性质甘油

18、和肥皂都能溶于水。表示皂化所需的碱量数值称皂化值，代表皂化1g脂肪所需的KOH的毫克数，用于估算混合脂肪酸或混合脂肪的平均相对分子质量。TGTG平均平均MrMr 3 3565610001000 皂化价皂化价由不饱和脂酸产生的性质脂肪分子中的不饱和脂酸与自由不饱和脂酸一样，可以与氢及卤素起加成作用。氢化和卤化碘值：100g脂质样品所能吸收的碘克数CHCHNi or Pd or Pt加氢加氢CH2CH2由不饱和脂酸产生的性质氧化脂质所含的不饱和脂酸与分子氧作用后，可产生脂酸过氧化物油漆：在空气中表面氧化成一层光滑的氧化膜生命体中：破坏细胞膜由不饱和脂酸产生的性质酸败脂质因较长期经光和热或微生物的作用而被水解，放出自由脂肪酸，低分子脂肪酸有异味。空气中的氧使不饱和脂肪酸氧化，生成醛和酮，也有