糖类化学的资料

糖类化学的资料第1页/共43页糖（carbohydrate）：多羟基醛、多羟基酮或其衍生物，或水解时能产生这些化合物的物质。一、糖的概念元素组成：Cn（H2O）m“碳水化合物”葡萄糖果糖第2页/共43页单糖（monosaccharide）指最简单的糖，不能再水解成更小分子的糖类。

如葡萄糖、果糖等。根据单糖分子中含醛基还是酮基，可分为醛糖和酮糖。寡糖（oligosaccharide）由2～20个单糖分子聚合而成。多糖（polysaccharide）由多分子单糖及其衍生物组成。二、糖的命名和分类根据糖类分子的聚合度分类：第3页/共43页

纤维素、半纤维素、果胶质等物质是构成植物细胞壁的主要成分；属于杂多糖的肽聚糖是是细菌细胞壁的结构多糖；昆虫和甲壳类的外骨骼也是糖类物质，即壳多糖。三、糖类的生物学作用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（淀粉、糖原等）在生物体内通过生物氧化释放能量，供生命活动需要。第4页/共43页

葡萄糖、果糖等在降解过程中除了能提供大量能量外，其分解过程中还能形成许多中间产物或前体，生物细胞通过这些前体产物再去合成一系列其它重要的物质，包括：(1)乙酰辅酶A、氨基酸、核苷酸等，它们分别是合成脂肪、蛋白质和核酸等大分子物质的前体。(2)生物体内许多重要的次生代谢物、抗性物质，如生物碱、黄酮类等物质，它们对提高植物的抗逆性起着重要的作用。3、在生物体内转变为其它物质第5页/共43页

由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面，形成糖脂和糖蛋白，参与分子或细胞间的特异性识别和结合，如抗体和抗原、激素和受体、病原体和宿主细胞、蛋白质和抑制剂等常通过糖链识别后再进行结合。

4、作为细胞识别的信息分子第6页/共43页6.2单糖的结构及性质第7页/共43页

几个基本概念：构象：具有相同结构和构型的分子在空间所采取的特定的形态。构象的改变不涉及共价键的断裂和重新形成，只需单键旋转方向或角度改变。构型：对旋光异构体来说，指不对称碳原子的四个取代基在空间的相对取向。构型的改变必定伴随着共价键的断裂和重组。手性碳原子：与四个不相同的原子或原子基团连接并因而失去对称性的四面体碳。第8页/共43页一、D型和L型糖

判断一个单糖的构型（D-型和L-型）是以分子中离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型为依据。

糖的构型（D，L）与旋光方向（＋，－）并无直接联系。旋光方向与程度是由整个分子的立体结构而不是某一个C*的构型所决定的。第9页/共43页

对映体：D-甘油醛和L-甘油醛非对映异构体：不是对映体的旋光异构体。差向异构体（epimer）：仅一个手性碳原子的构型不同的非对映异构体。第10页/共43页二、单糖的环状结构

单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新的手性中心，导致羰基碳差向异构化。第11页/共43页异头物（anomer）：羰基碳上形成的差向异构体。第12页/共43页吡喃糖和呋喃糖第13页/共43页转折旋转成环成环-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤：第14页/共43页三、单糖的物理性质1、旋光性几乎所有的单糖及其衍生物都有旋光性。2、甜度甜度通常以蔗糖作为参考。果糖是单糖中最甜的糖。3、溶解度

单糖分子有多个羟基，增加了它的水溶性。除甘油醛微溶于水，其它单糖均易溶于水。第15页/共43页四、单糖的化学性质

单糖的氧化还原糖（reducingsugar）：含有自由的醛基或酮基，能使氧化剂还原的糖。

所有的单糖都是还原糖。二糖中乳糖、麦芽糖、纤维二糖等都是还原糖，蔗糖不是还原糖。多糖属于非还原糖。第16页/共43页还原糖含量的测定烯二醇糖酸3,5-二硝基水杨酸（黄色）3-氨基-5-二硝基水杨酸（棕红色）还原糖（碱）（碱）加热第17页/共43页五、重要的单糖第18页/共43页按碳原子的数目：丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖等按其结构特点：醛糖和酮糖单糖（monosaccharide）第19页/共43页1、丙糖D-甘油醛二羟丙酮D-甘油醛是具有光学活性的最简单的单糖。被用作确定生物分子DL构型的标准物。二羟丙酮是唯一没有光学活性的单糖。它们的磷酸酯是糖酵解的重要中间产物。

单糖磷酸酯以荷电形式存在的生物学作用之一是防止它们扩散到细胞外，因为荷电分子一般不能穿越细胞膜。第20页/共43页2、丁糖D-赤藓糖和D-赤藓酮糖D-赤藓糖的4-磷酸酯是磷酸戊糖途径和光合作用的中间物3、戊糖

核糖脱氧核糖阿拉伯糖木糖第21页/共43页4、己糖

葡萄糖

果糖甘露糖半乳糖

山梨糖第22页/共43页5、庚糖

景天庚酮糖甘露庚酮糖第23页/共43页6.3寡糖第24页/共43页常见的二糖：蔗糖1、蔗糖（sucrose）寡糖（oligosaccharide）：由2～20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质。

形成并广泛分布于光合植物中，动物中不存在。由1分子D-葡萄糖和1分子D-果糖聚合而成。属非还原糖能被转化酶（invertase，蔗糖酶（sucrase））水解第25页/共43页2、乳糖（lactose）乳糖

存在于所有研究过的哺乳动物乳汁中。由一分子的D-葡萄糖和一分子的D-半乳糖以-1,4-糖苷键连接。葡萄糖位于还原端。具有还原性。第26页/共43页3、麦芽糖（maltose）D-麦芽糖

主要作为淀粉和其它葡萄糖的酶促降解产物存在。是俗称饴糖的主要成分。由2分子D-葡萄糖以α-1,4-糖苷键相连而成。是一种还原性糖。第27页/共43页纤维二糖4、纤维二糖

纤维素的二糖单位

由2分子D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键相连而成。第28页/共43页6.4多糖第29页/共43页多糖（polysaccharide，聚糖）：由很多个单糖单位构成。属于高分子化合物，相对分子质量极大，从30000到400000000。大多不溶于水。属非还原性糖。无变旋现象，无甜味。分类：根据生物来源：植物多糖、微生物多糖、动物多糖根据生物功能：贮能多糖、结构多糖……根据构成多糖的单糖单位：同多糖、杂多糖第30页/共43页同多糖同多糖：水解时只产生一种单糖或单糖衍生物。（淀粉、糖原）杂多糖：水解时产生一种以上的单糖或单糖衍生物。（透明质酸等）杂多糖第31页/共43页常见的多糖：

淀粉是植物中最重要的贮藏多糖。由麦芽糖单位组成。

直链淀粉

支链淀粉1、淀粉（starch）第32页/共43页

直链淀粉（amylose）

以碘液处理产生蓝色。分子量约在10000～50000之间。由1,4糖苷键连接的α-葡萄糖残基组成。淀粉链倾向于形成有规则的螺旋构象。0.8nm1.4nm6个残基直链淀粉的螺旋结构第33页/共43页

支链淀粉（amylopectin）支链淀粉分支点的结构

以碘液处理产生紫色到紫红色。分子量约在5×104～106之间。每25～30个单位有一个分支。分支点处以α-1,6键连接。有多个非还原端，但只有一个还原端。RENRE(16)分支点支链淀粉分子示意图第34页/共43页

淀粉的水解

淀粉酶是指参与淀粉α-1,4-糖苷键水解的酶。有α-淀粉酶和β-淀粉酶两种。

淀粉酶：

参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶（R酶）、麦芽糖酶。第35页/共43页其产物为：若直链淀粉→葡萄糖+少量麦芽糖＋麦芽三糖若支链淀粉→葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+α-极限糊精

α-淀粉酶（α-amylase）：

为内切葡萄糖苷酶，随机作用于淀粉链内部的α-1,4-糖苷键。第36页/共43页

为外切（端切）葡萄糖苷酶。也只能水解α-1,4-糖苷键，但须从非还原末端开始切，每次切下2个葡萄糖基（β-麦芽糖）。β-淀粉酶（β-amylase）：其产物为：若直链淀粉→麦芽糖若支链淀粉→麦芽糖+β-极限糊精β-淀粉酶的作用第37页/共43页α-淀粉酶与β-淀粉酶的比较第38页/共43页

脱支酶(R-酶)：（α-1,6-葡萄糖苷酶）

水解α-1,6-糖苷键，但只能作用于外围的这种键，而不能水解内部的分支。

植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。

麦芽糖酶：第39页/共43页2、糖原（glycogen）

又称动物淀粉，是动物中的主要多糖。以颗粒形式存在，主要存在于肝脏和骨骼肌。由葡萄糖残基组成的分支的高分子化合物。

葡萄糖残基大部分以α-1,4-糖苷键相连，分支处以α-1,6-糖苷键相连。糖原分支程度比支链淀粉高。平均每8～12个残基有一个分支。第40页/共43页3、纤维素（cel