《生物化学》本科课件第1章+糖类

1、第一章 糖类扬州大学生物科学与技术学院 糖类是生物界最重要的有机化合物之一，广泛分布于各种生物体内，在不同生物中分别占干重的比例为： 植物 85%90% 微生物 10%30% 人和动物体 2%以下一、 引言（一）糖类的存在与来源扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院韧带结构糖结缔组织结构糖 肌糖原能源动物干重2扬州大学生物科学与技术学院糖类物质是地球上数量最多的一类有机化合物，糖类物质的根本来源是绿色细胞进行的光合作用扬州大学生物科学与技术学院二、糖类的生物学作用(1)作为生物体的结构物质 (2)作为生物体内的主要能源物质。4.1 kcal/g。(3)在生物体内转变为其他物质。(

2、4) 作为细胞识别的信息分子。（糖蛋白、糖脂具有细胞识别、免疫等多种生理活性）。扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院细胞表面识别标记糖糖蛋白、糖脂、信息分子糖扬州大学生物科学与技术学院三、糖类的元素组成和化学本质构成元素： 碳、氢、氧化学本质： “碳水化合物” （carbohydrate）是人们对糖的习惯称呼，常以分子通式 Cm(H2O)n表示，但并不恰当。如：鼠李糖（C6H12O5）不符合通式却属糖类； 乙酸（C2H4O2）符合通式却不属于糖类。事实上糖分子在结构上也不是由碳和水化合而成。扬州大学生物科学与技术学院化学定义：糖类是多羟基醛类或多羟基酮及其聚合物和某些衍生物的总

3、称。D葡萄糖D果糖扬州大学生物科学与技术学院四、糖的命名与分类个别糖的命名，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、乳糖和壳多糖等。根据糖类物质的聚合度分类如下：单糖、寡糖和复合糖。单糖 凡是不能被水解成更小分子的糖称为单糖。也称为简单糖，如葡萄糖、果糖和核糖等。寡糖 水解产生较少数量（220）的相同或不同单糖分子的糖类，也称为低聚糖。寡糖包括的类别很多，双糖水解时生成2分子单糖，如麦芽糖，蔗糖。扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院多糖 （polysaccharide ） 多糖是水解时产生20个以上单糖分子的糖类。包括：（1）同多糖（homopolysacch

4、aride) 水解时只产生一种单糖或单糖衍生物，如糖原，淀粉、壳多糖。（2）杂多糖（heterpolysaccharide) 水解时只产生一种单糖或单糖衍生物，如透明质酸、半纤维素。糖类与蛋白质、脂类等生物分子形成的共价结合物等，总称复合糖（glycoconjugate)扬州大学生物科学与技术学院同多糖（均聚多糖）杂多糖扬州大学生物科学与技术学院二、旋光异构 原子组成、分子式、分子量相同 （一）有关旋光异构的几个概念 1、（同分）异构（isomerism）扬州大学生物科学与技术学院2、旋光性（optical activity）尼克尔棱镜平面偏振光左/右旋旋光度（旋光性、光学活性） l= tlt

5、 cL旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力。扬州大学生物科学与技术学院3、手性C原子（asymmetric carbon atom)四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳，常用C*表示手性C原子扬州大学生物科学与技术学院手性与旋光性是一对孪生子扬州大学生物科学与技术学院4、构型和构象构型：原子或基团在空间的相对分布或排列。构型的改变涉及共价键的断裂。 构象：当单键旋转时，取代基团可能形成不同的立体结构。构象的改变不涉及共价键的断裂。 扬州大学生物科学与技术学院（二）Fischer 投影式 投影方法：1.主碳链直立，编号较小的一端朝上，2.手性碳原子上方和下方所连原子或

6、基团朝向后方，连在手性碳原子左边和右边的原子或基团朝向前方，即“横前竖后”。扬州大学生物科学与技术学院（三）构型的RS表示法 1.应用次序规则，确定A、B、C、D 的优先顺序：ABCD ， 2.将末优原子或基团 D 放在远离观察者位置，然后观察A B C走向。若为顺时针，定为 R 型；若为逆时针，定为 S 型扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院三、单糖的结构结构通式 醛糖 酮糖有旋光异构现象（/-）以及对映体D、L型碳原子是不对称的（一）链状结构扬州大学生物科学与技术学院（二）D系单糖和L系单糖扬州大学生物科学与技术学院醛糖的判断依据是D型、L型甘油醛D-甘油醛 L-甘油醛扬州

7、大学生物科学与技术学院以离羰基碳最远的手性碳原子的构型来判别单糖的构型。123456L-葡萄糖 L-甘油醛 D-葡萄糖 D-甘油醛 扬州大学生物科学与技术学院 HC=O HC-OH HO-CH HC-OH HC-OH HO-CH2D - （+）葡萄糖L-（-）葡萄糖对映体异构扬州大学生物科学与技术学院 D葡萄糖 D甘露糖？L甘露糖讨论一种单糖的构型次序为： 确定D、L型 确定归属(醛/酮） 确定名称 确定对映体C原子数相同的单糖异构体，除对映体外以不同名称加以区分。扬州大学生物科学与技术学院 D葡萄糖D-半乳糖L-半乳糖对映体异构单糖中以醛糖种类分布居多，且其天然构型多为D型扬州大学生物科学与

8、技术学院 D葡萄糖D-半乳糖差向异构体（epimer）仅一个手性碳原子构型不同的非对映异构体扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院单糖的旋光异构体及对映体数目与手性C数目（n）有关：旋光异构体数目=2n 对映体数目=2n/2对映体仅旋光性不同，其它性质相同，非对映体不是同一物质。扬州大学生物科学与技术学院（三）单糖的构象扬州大学生物科学与技术学院1、戊糖、己糖的环状结构与构象多羟基醛、酮分为开链、半缩醛环状两种形式天然情况以环状占绝大多数。 以葡萄糖为例吡喃环开链O扬州大学生物科学与技术学院开链吡喃环O半缩醛羟基仍具有醛基还原性扬州大学生物科学与技术学院2、环状分子的构型（异头碳

9、）吡喃环OHOOHOHH？新手性碳新异构型 扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院葡萄糖的构象船式椅式OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOH扬州大学生物科学与技术学院命名时为 （）D（L）糖名椅式构象与糖命名名？D葡萄糖名？D葡萄糖平面结构空间构象扬州大学生物科学与技术学院戊糖，多为五元环呋喃糖如核糖 脱氧核糖oo扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院葡萄糖结构多羟基醛开环形式CHOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OH半缩醛吡喃糖OCH2OHOHOHOHOH15呋喃糖OCH2OHHO-CHOHOHOH14扬州大学生

10、物科学与技术学院赤藓糖苏糖扬州大学生物科学与技术学院核糖阿拉伯糖木糖来苏糖扬州大学生物科学与技术学院阿洛糖阿卓糖葡萄糖甘露糖扬州大学生物科学与技术学院古洛糖艾杜糖半乳糖塔罗糖扬州大学生物科学与技术学院四、单糖的性质1、单糖的物理性质（1）旋光性及变旋现象（2）甜度（以蔗糖为参考）（表12）（3）溶解度扬州大学生物科学与技术学院2、单糖的化学性质单糖可发生哪些化学反应？氧化糖酸、糖醛酸还原糖醇脂化糖脂聚合寡糖、多糖如 葡萄糖(G)扬州大学生物科学与技术学院氧化反应溴水(弱）酶硝酸(较强)D-葡萄糖D-葡萄糖酸D-葡萄糖醛酸（解毒剂）与什么有关？氧化剂强弱催化剂1,6-葡萄糖二酸氧化反应扬州大学生

11、物科学与技术学院还原反应扬州大学生物科学与技术学院聚合反应H2O 麦芽糖【葡萄糖-（14）葡萄糖苷】葡萄糖糖苷键14COC糖苷扬州大学生物科学与技术学院五、寡糖（低聚糖）命名原则：非还原端与还原端 , 吡喃、呋喃 （1 4/1 2）扬州大学生物科学与技术学院麦芽糖 -型 -型O-D-吡喃葡糖基-(14)- - D-吡喃葡萄糖苷自然界最常见的寡糖是二糖扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院蔗糖 O-D-吡喃葡糖基-(12)- - D-呋喃果糖苷211扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院乳糖扬州大学生物科学与技术学院海藻糖扬州大学生物科学与技术学院 纤维二糖 -型 -

12、型 O- -D-吡喃葡糖基-(14)- - D-吡喃葡糖苷4人体无法利用低聚糖的保健作用扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院六、多糖 分为同/杂多糖、结构/贮存多糖（一）均（同）多糖 由一种单糖聚合而成扬州大学生物科学与技术学院1、 淀粉 植物细胞能源的储藏形式作物名称（种子）小麦玉米大米土豆红薯淀粉含量6565752016扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院直链淀粉（amylose） 一级结构 （14）葡萄糖苷键可溶于热水遇碘呈紫蓝色空间结构扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院支链淀粉（amylopectin）不可溶于

13、热水 可溶于冷水6, 000个糖分子遇碘呈紫红色空间结构 （14）糖苷键 （16）糖苷键扬州大学生物科学与技术学院淀粉颗粒中的直/支链淀粉扬州大学生物科学与技术学院工业应用淀粉与酸缓和作用（如7.5%HCl，室温放置7日）即形成可溶性淀粉（糊精）。酸催化水解淀粉水解程度糊精糖浆麦芽低聚糖水解葡萄糖工业方法酸或酶水解扬州大学生物科学与技术学院“动物淀粉” 结构与支链淀粉类似；遇碘为红紫色；人体中的血糖浓度是定值（红细胞、视网膜、脑组织）血糖 糖原合成血糖 糖原分解2. 糖原扬州大学生物科学与技术学院3. 右旋糖苷/葡聚糖（dextran)D-葡萄糖以-(1,6)糖苷键缩合为主链骨架，以-(1,3

14、)和 -(1,2/4)糖苷键构成支链，整个分子形成网状。其凝胶可用作分子筛。酵母和细菌的贮存多糖扬州大学生物科学与技术学院 酶n蔗糖 （葡萄糖）n+ n果糖 （主链为（16）糖苷键）葡聚糖凝胶 分子(Sephadex G-数字)（交联剂如表氯醇的作用下）扬州大学生物科学与技术学院侧链键主链键主链键（16） 糖苷键侧链键（13）（12/4） 糖苷键扬州大学生物科学与技术学院部分水解天然右旋糖酐的产品，临床上用作血浆代用品，治疗因丢失体液而引起的休克。蔗糖右旋糖酐牙斑的主要成分扬州大学生物科学与技术学院4. 纤维素（cellulose）（植物细胞壁结构多糖）（一大类生物资源）占植物界碳素的50%以

15、上葡萄糖（14）糖苷键连接而成的无分支的多糖一级结构800010000分子扬州大学生物科学与技术学院氢键纤维素分子扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院人类和哺乳类缺乏纤维素酶，不能消化。某些反刍动物在肠道内共生能产生纤维素酶的细菌，白蚁消化道中寄生的原生动物能消化纤维素扬州大学生物科学与技术学院主要用于防治和造纸，衍生物应用极广我国农林废弃物（主要是纤维素、半纤维素、木质素）7000万吨/年，利用率仅2，？消化难、分离难只有很少的微生物具有纤维素酶； （食草动物也是依赖胃内微生物的酶）纤维素结构致密，周围常裹一层木素（非糖聚合物），木素致密、极难生物降解，不透水，保护纤维素扬州

16、大学生物科学与技术学院5.甲壳素/壳多糖/几丁质（chitin）（甲壳动物、昆虫外壁，另一大类生物资源） 化学改性(水解、烷基化、磺化、硝化等）后用途广泛（21世纪新材料） 2N乙酰D 氨基葡萄糖（14）糖苷扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院 药物（提高免疫力、防治动脉硬化、抗肿瘤等） 抗菌纤维 工业原料（膜、酶载体） 环保药剂（净水剂、重金属吸附、絮凝剂）氨基的吸附性质制备：原料（虾、蟹壳） 甲壳素酸、碱蛋白质、Ca2+等漂洗烘干脱乙酰壳聚糖壳多糖脱乙酰基为壳聚糖（甲壳胺）壳寡糖酶扬州大学生物科学与技术学院A.半纤维素存在于细胞壁中所有杂多糖的总称。B.果胶（细胞壁间粘连物

17、质，基质多糖）C.琼脂（红藻类石花菜属中提取，食物胶：果冻）D.药物多糖中草药治病的主要成分就是此类多糖及其衍生物结构与功能的研究刚刚起步E.其它（二）杂多糖（由不同的几种单糖聚合而成）扬州大学生物科学与技术学院琼脂（agar)与琼脂糖(agarose)琼脂由琼脂糖和琼脂胶组成，其不溶于冷水而溶于热水，1%-2%的溶液冷却至40-50便可形成凝胶，不能被微生物利用，是微生物固体培养的良好支持物，也可用于植物的组织培养。琼脂糖，不含负电荷的硫酸根和羧基的琼脂多糖，不需要化学交联，就可作为电泳和层析的介质。珠状琼脂糖凝胶（Sepharose) 是亲和吸附的理想固相载体。实验室可用于亲和层析扬州大学

18、生物科学与技术学院七、细菌杂多糖（一）细菌细胞壁的化学组成 G +菌: G菌: 多层肽聚糖 单层肽聚糖 磷壁酸相连 脂多糖扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院NAG :N-乙酰葡糖胺；NAM:N-乙酰胞壁酸扬州大学生物科学与技术学院肽聚糖peptidoglycanN-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸四肽侧链肽交联桥G +菌扬州大学生物科学与技术学院（二）细菌脂多糖脂质A核心寡糖O-特异链-1，6连接D-葡萄糖胺1,4焦磷酸桥酯键酰胺键3-羟脂肪酸革兰氏阴性菌的特有结构扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院八、糖蛋白及其糖链（一）糖肽连键的类型 1、O-糖肽键：Ser/Th

19、r/Hyl/Hyp 2、N-糖肽键 -N-乙酰葡萄糖胺 Asn -酰胺N原子 Asn-X-Thr/SerN-糖苷键糖蛋白中寡糖链的还原端残基与多肽链的氨基酸残基以多种共价键连接，形成的连键称为糖肽键*扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院1、N-糖链（N-聚糖）（二）糖链的分类核心五糖 GlcNAcmannose galactosesialic acid fucose核心七糖扬州大学生物科学与技术学院2、O-糖链（O-聚糖）结构比N糖链简单连接形式比N糖链多没有共同的核心结构扬州大学生物科学与技术学院（三）糖链的生物学功能参与糖蛋白新生肽链的折叠和缔合影

20、响糖蛋白的分泌和稳定性参与分子识别/细胞识别 血浆中老蛋白的清除精卵识别细胞粘着扬州大学生物科学与技术学院血浆中衰老蛋白的清除 sia gal细胞粘着-细胞相互识别、聚集成群ECM：extracellular matrix扬州大学生物科学与技术学院糖链与糖蛋白的生物活性1、糖链与酶活性2、糖链与激素活性3、糖链与IgG活性扬州大学生物科学与技术学院（四）血型物质1900年，奥地利医生landsteiner，提出ABO血型系统。扬州大学生物科学与技术学院糖蛋白短糖链扬州大学生物科学与技术学院血型糖链肽链O岩藻糖半乳糖葡萄糖乙酰氨基葡萄糖半乳糖B乙酰氨基半乳糖A糖基转移酶扬州大学生物科学与技术学院

21、GlcNAcgalactosefucoseGalNAcsialic acid (NANA)Structure of the ABO blood group carbohydratesgalactose扬州大学生物科学与技术学院（五）凝集素lectin扬州大学生物科学与技术学院幽门螺旋杆菌胃溃疡扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院九、糖胺聚糖（ glycosaminoglycan, GAG）一般含有氨基己糖或己糖醛酸也称粘多糖（mucopolysaccharide） 己糖醛酸 己糖胺n 单糖残基带有羧基/硫酸基扬州大学生物科学与技术学院糖胺聚糖的生物学作用：保持疏松组织中的水分调

22、节多价阴离子在组织中的分布润滑和保护作用促进创伤愈合作用扬州大学生物科学与技术学院A、透明质酸 （关节/脐带/鸡冠/胚胎/玻璃体） B、硫酸软骨素（硫酸皮肤素）C、硫酸角质素D、硫酸乙酰肝素和肝素除透明质酸外，多以蛋白聚糖的形式存在糖胺聚糖（粘多糖）的种类：扬州大学生物科学与技术学院透明质酸（hyaluronic acid,HA)D-葡萄糖醛酸扬州大学生物科学与技术学院硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)C4/6硫酸化扬州大学生物科学与技术学院硫酸角质素(keratin,KS)不含糖醛酸扬州大学生物科学与技术学院肝素(haparin,Hp)天然抗凝剂扬州大学生物科学与技术

23、学院十、蛋白聚糖（ proteoglycan, PG） 一/多条糖胺聚糖 核心蛋白 N/O连寡糖扬州大学生物科学与技术学院硫酸软骨素硫酸肝素扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院蛋白聚糖聚集体扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院蛋白聚糖：核心蛋白+糖胺聚糖 +寡糖链 糖的比例高于蛋白质， 主要是不分支的糖胺聚糖。糖蛋白分布于细胞膜表面，与生物识别与关蛋白聚糖主要是结构物质，分泌在细胞间（细菌细胞壁），但也存在于胞内或膜表面。糖蛋白和蛋白聚糖区别何在呢？扬州大学生物科学与技术学院1.纤维素的组成单糖和糖苷键的连接方式为（）（1）1，4葡萄糖（2）1，3葡萄糖（3）1

24、，4葡萄糖（4）1，4半乳糖2.氨基酸和单糖都有D和L不同构型，组成大多数多肽和蛋白质的氨基酸以及多糖的大多数单糖构型分别是（ ）（1）D型和D型（2）L型和D型（3）D型和L型（4）L型和L型3.下列哪个糖不是还原糖（ ）（1）D果糖（2）D半乳糖（3）乳糖（4）蔗糖 4.下列哪个糖是酮糖（ ）（1）D果糖（2）D半乳糖（3）乳糖（4）蔗糖5.分子式为C5H10O5的开链醛糖有多少个可能的异构体（ ） （1）2 （2）4 （3）8 （4）166.下列蛋白质中（ ）不是糖蛋白（1）免疫球蛋白（2）溶菌酶（3）转铁蛋白（4）胶原蛋白7.下列糖中（ ）为非还原糖（1）麦芽糖（2）乳糖（3）棉子糖（

25、4）葡萄糖8.直链淀粉遇碘呈（ ）（1）红色（2）黄色（3）紫色（4）蓝色9.支链淀粉遇碘呈（ ）（1）红色（2）黄色（3）紫色（4）蓝色10.棉子糖是 （ ）（1）还原性二糖（2）非还原性二糖（3）还原性三糖（4）非还原性三糖11.脂肪酸的合成中，每次碳链的延长都需要什么参加（1）乙酰辅酶A（2）草酰乙酸（3）丙二酸单酰辅酶A（4）甲硫氨酸12.前列腺素是一种（ ）（1）多肽激素（2）寡聚糖（3）环羟脂酸（4）氨基酸是非题1.果糖是左旋的，因此它属于L构型 2.景天庚糖是一个七糖 3.D果糖是左旋糖 4.葡萄糖和半乳糖是不同的单糖，但葡萄糖和葡萄糖是相同的单糖 5.果糖是六糖 6.D型单糖光

26、学活性不一定都是右旋 7.体内半乳糖不能像葡萄糖一样被直接酵解 8.己糖有8种异构体 9.麦芽糖食由葡萄糖与果糖构成的双糖 10.糖蛋白中的糖肽连接键，是一种共价键，简称为糖肽键 1.糖类化合物有哪些生物学功能？2.纤维素和糖原都是由D-葡萄糖经14连接的大分子，相对分子质量相当，是什么结构特点造成它们的物理性质和生物学功能上有很大的差异？3.什么是糖蛋白？有何生物学功能？ （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：糖在生物体内分解时通过氧化磷酸化放出能量，供生命活动需要。生物体内作为能源贮存的糖类有淀粉、糖原等。（3）在生物体内转变为其他物质：有些糖是重要的代谢中间物，糖类物质通过这些中间代谢物合成其他生物分子例如氨基酸、核苷酸等。（4）作为细胞识别的信息分子：糖蛋白是一类生物体内分布极广的复合糖