糖化学生化全解

糖化学生化全解第1页/共41页第一篇生命的分子基础第2页/共41页糖的化学第一章第3页/共41页绪论糖的生物学意义糖的分类多糖的分类多糖的化学结构多糖的理化性质测定概述分类理化性质生物功能分析分离内容提要多糖的提取、纯化和降解第4页/共41页第一节概述一、糖的概念、分布

组成糖类化合物的主要元素为C、H、O俗称碳水化合物Cn(H2O)m（不够全面）化学定义多羟基醛或酮及其缩聚物和衍生物的总称。所有生命机体中，其中：动物：含糖量不超过其干重的2%。植物：含糖量占其干重的85-90%；微生物：含糖量占其菌体干重10-30%；第5页/共41页韧带－结构糖结缔组织－结构糖

肌糖原－能源动物干重2％供作能源具有结构功能具有多种生理活性和功能二、糖的生物学功能第6页/共41页细胞壁中结构糖储备能源糖植物干重90％DNA、RNA结构糖昆虫外骨骼－糖细胞表面识别标记－糖糖蛋白、糖脂、信息分子糖细胞识别和信息传递的重要参与者。第7页/共41页按组成分类单糖寡糖多糖按C原子数目按羰基位置（丙、丁、戊、己等）（醛糖、酮糖）复合糖：与非糖物质结合的糖。如：糖蛋白等。衍生糖：糖的衍生物。如：糖酸、糖胺等。光合作用糖一切含碳物质合成代谢分解代谢CO2糖碳来源第8页/共41页二、单糖的结构单糖分子都有不对称C原子，都有旋光异构体。天然存在的单糖都是D型的D-葡萄糖L-葡萄糖旋光性：右旋：+；左：－；第9页/共41页一、多糖的分类(一)来源植物多糖动物多糖微生物多糖海洋生物多糖(二)生理功能贮存多糖结构多糖(三)

构成成分同聚多糖杂聚多糖粘多糖结合糖(由一种单糖缩合而成）(由不同的单糖缩合而成)(一类含氮的不均一多糖)(糖和蛋白质、脂等非糖物质的化合物)第二节多糖的化学多糖特性无甜味，无还原性有旋光性，但无变旋现象。不能形成真溶液，只能形成胶体溶液。第10页/共41页同聚多糖糖原淀粉纤维素肝素杂聚多糖第11页/共41页糖复合物（糖缀合物）是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物糖蛋白和糖脂（一）糖蛋白与蛋白多糖蛋白多糖（性质以多糖为主）苷键类型N-糖苷键(Asn的氨基与糖半缩醛-OH间形成)糖蛋白（主要性质接近蛋白质）糖蛋白也与肿瘤特异性抗原活性鉴定有关O-糖苷键(Thr、Ser等的-OH与糖半缩醛-OH间形成)第12页/共41页（二）糖脂与脂多糖糖脂脂多糖甘油醇糖脂N-酰基神经醇糖脂细胞膜含有各种糖脂，脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞壁具有的复合多糖。ABO血型物质O型:分泌H型物质(Fuc)岩藻糖A型:在H型上加N-乙酰氨基葡萄糖(GalNAc)B型:在H型上加半乳糖(Gal)第13页/共41页脂类与糖的缩合物。种类：脑苷脂、神经节苷脂、脂多糖、功能：主要在细胞膜表面，是细胞识别的分子基础。糖脂类第14页/共41页（一）淀粉1、淀粉的结构直链淀粉支链淀粉二、重要多糖的化学结构与生理功能还原端非还原端直链淀粉的螺旋结构直链淀粉分子构象呈左手螺旋，每个螺旋圈由6个G组成。-1.4G糖苷键a

-1.4、-1.6G糖苷键aa第15页/共41页支链淀粉组成含6000以上的G分子有50个分支分支间隔为8-9G残基每个分支有24-30G还原端非还原端非还原端玉米淀粉含27%直链淀粉糯米全部为支链淀粉豆类淀粉全部为直链淀粉支链淀粉结构第16页/共41页2、淀粉的性质⑴淀粉的糊化作用天然淀粉不溶于冷水，淀粉粒的相对密度为1.6，大于水的相对密度。糊化作用：将淀粉加水调成乳状液，随着加热升温，淀粉粒吸水溶胀，当温度升高到一定限度，淀粉粒解体，分子均匀地分散成粘性很大的糊状胶体溶液的过程。糊化作用凝沉作用天然淀粉糊化淀粉凝沉淀粉⑵淀粉的凝沉作用（老化、回生作用）凝沉作用：糊化后的淀粉溶液，经缓慢冷却或长期放置，会变成不透明甚至产生沉淀的现象。凝沉作用可视为糊化作用的逆转第17页/共41页两种作用比较糊化是由于受热，淀粉分子内和分子间的氢键断裂淀粉粒中晶形或非晶形有序状态变成无序状态。凝沉是糊化的淀粉分子又自动排序，形成致密、高度晶化的有序状态。糊化温度：淀粉发生糊化的温度。与淀粉粒大小有关。Ⅰ温度﹥60

℃

或﹤-20

℃Ⅱ浓度水分含量﹥65%或﹤10%Ⅲ种类

直链淀粉含量高易凝沉3、淀粉与碘显色反应

颜色与链长有关链长小于6个G残基，不显色链长小于20个G残基，显红色链长20-30个G残基，显蓝紫色链长30个G残基以上，显蓝色当碘分子进入螺旋圈时，淀粉的羟基为电子供体，碘分子为电子受体形成淀粉-碘络合物，显色凝沉后的淀粉不易被淀粉酶作用影响凝沉的因素淀粉红色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖第18页/共41页（二）糖原动物体内的贮存多糖，贮存于动物的肝脏和肌肉中。糖原结构与支链淀粉相似，分支比支链淀粉多，每个分支平均长度为12-18个G分子，与碘作用显红紫色。第19页/共41页右旋糖苷——是酵母菌及某些细菌中的贮存多糖结构：主链：α-1,6糖苷键；支链：α-1,3和α-1,4糖苷键功能：降低血粘度、抗血栓、改善微循环、利尿(三)葡聚糖第20页/共41页（四）纤维素除反刍动物胃外，一般动物胃无纤维素酶不能消化纤维素纤维素纤维素糊精纤维二糖葡萄糖纤维素是由-D-葡萄糖通过-1，4葡萄糖苷键结合成的线型大分子，无分支结构。bb第21页/共41页纤维素作为植物的骨架β-1,4-糖苷键第22页/共41页纤维中纤维素分子以氢键构成微晶束第23页/共41页由于氢键比纤维素多，所以比纤维素坚硬，是昆虫、甲壳动物的结构材料（五）壳多糖（几丁质、甲壳素）基本单位是乙酰氨基葡萄糖是N-乙酰-D-葡萄糖胺，以-1，4糖苷键缩合形成的线性同多糖其结构、功能均与纤维素相似。。bOCH2OHOOHHHHHH146NHCH3OCb第24页/共41页（六）糖胺聚糖（粘多糖）粘多糖透明质酸（存在于动物的结缔组织中）硫酸软骨素（体内最多，为软骨主要成分）肝素（存在于肝、肺、肠黏膜等组织）项目生理功能分布透明质酸有吸水性，有粘合与保护细胞的作用眼球玻璃体、角膜、关节等处硫酸软骨素A、B、C降血脂、抗凝血软骨肝素抗凝血肝、肺、血管壁等第25页/共41页透明质酸由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖以β-1,3和β-1,4糖苷键交替连接而成，存在于动物的结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、关节液中。因有较强的酸性，是一种酸性杂多糖，它们通过共价键与蛋白质连接构成蛋白聚糖。第26页/共41页硫酸软骨素是体内最多的粘多糖，由N-乙酰半乳糖胺硫酸酯与葡糖醛酸组成，是软骨的主要成分。分A、B、C三种第27页/共41页肝素肝素存在于肺、血管壁、肠粘膜等组织中，是动物体内一种抗凝血物质。由2-硫酸艾杜糖醛酸与二硫酸氨基葡萄糖以β-1,4和α-1,4糖苷键交替连接而成。肝素第28页/共41页(七)细菌多糖**1、肽聚糖又称胞壁质（murein），是构成细菌细胞壁基本骨架的主要成分。是一种多糖与氨基酸链相连的多糖复合物。2、脂多糖脂多糖由外层低聚糖链、核心多糖及脂质三部分构成。细菌脂多糖的外层低聚糖是使人致病的部分。细菌(G+)细菌紫色（G-）细菌红色革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌革兰氏染色方法1884由丹麦医生Gram提出青霉素的抗菌机理是抑制细菌肽聚糖的生物合成,使得肽聚糖合成不完全，细胞壁不完整，不能维持正常生长，从而导致细菌死亡第29页/共41页多糖的理化性质测定（一）多糖的含量测定硫酸-蒽酮法或硫酸-苯酚法蒽酮和多糖中的己糖基、戊糖醛和己糖酸发生反应，生成蓝绿色，在620nm处有最大吸收，通过标准曲线查出溶液中多糖含量第30页/共41页多糖的理化性质测定（二）多糖的纯度分析1、电泳法醋酸纤维素薄膜电泳、纤维玻璃纸电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳及琼脂糖电泳等，然后进行显色。2、凝胶柱层析法SephadexG-150,G-200,G-25,g-75或DEAE纤维素3、紫外扫描法，可检查多糖中是否有核酸或蛋白质类物质第31页/共41页多糖的理化性质测定（三）多糖的分子量测定1、凝胶柱层析法（样品少）用不同型号的Sephadex或Sepharose，首先测定一系列结构相似的已知分子量的多糖做标准曲线，洗脱液的显色用硫酸-蒽酮法或硫酸-苯酚法2、特征黏度法用粘度计检测已知相似结构的多糖，决定K值（η=KM2），然后测出待测多糖的特性黏数η，计算待测多糖的分子量第32页/共41页多糖的分离纯化及降解（一）多糖的提取与分离1、胶类：木聚糖及半乳糖等，难溶于水，溶于稀碱液原料粉碎后用0.5mol/LNaOH水溶液提取，提取液经中和及浓缩等步骤，最后加入乙醇，即得粗糖沉淀物2、易溶于温水，难溶于冷水的多糖，可用70~80℃热水提取，提取液用氯仿：正丁醇（4:1）混合除去蛋白质，经透析、浓缩后再加乙醇得粗多糖产物。第33页/共41页3、黏多糖的提取（1）碱液提取法（软骨素）：糖肽键对碱不稳定原料经预处理后用0.5mol/LNaOH溶液4℃提取，后用酸中和。蛋白质可用调pH、加热或用陶土吸附法去除，最后用乙醇沉淀可获得成品。（2）蛋白水解酶消化法（用此法从组织中释放出黏多糖）利用专一性低的蛋白酶，如木瓜蛋白酶及链霉素以进行广泛的蛋白质水解。经消化后的提取液中主要含有低分子量的蛋白消化产物及残存蛋白质等杂质。蛋白杂质用5%三氯乙酸沉淀去除，小分子杂质用透析袋去除。最后加入乙醇可得粘多糖沉淀。第34页/共41页（二）多糖的纯化1、分级沉淀法用乙醇进行分级分离是分离多糖混合物的经典方法，适用于大规模分离。2、凝胶过滤法利用凝胶具有立体网状结构，当含有不同聚合度的糖溶液流经适当的凝胶柱时，小分子易于扩散进入孔中，而大分子则不易扩散，洗脱时，大分子的糖比小分子的先洗脱下来。第35页/共41页3、离子交换层析：DEAE-纤维素，适于分离各种酸性、中性多糖，在pH为6时酸性多糖吸附于交换剂上，中性多糖不吸附，然后用逐步提高盐浓度的洗脱液进行洗脱进而达到分离。4、季铵盐络合法黏多糖的聚阴离子与某些表面活性物质，如十六烷基三甲基溴化铵中的季铵基阳离子结合生成季铵络合物，这些络合物在低离子强度的水溶液不溶解。当离子强度增大时，这些络合物可以解离并溶解。（二）多糖的纯化第36页/共41页5、制备性区带电泳根据多糖的分子大小、形状及所带电荷的不同，可用电泳法分离。6、固定化凝集素的亲和层析法凝集素能专一地、可逆地与游离和复合糖类中的单糖和寡糖相结合，利用固定化凝集素亲