生物化学简明教程第四版01糖类化学课件

第一章糖类化学主要介绍糖类的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构和性质。主要内容：1一、糖的概念

（一）分布及其重要性

糖是自然界分布很广的一类化合物，几乎所有的动物、植物和微生物体内都含有糖类。2糖类的主要生物学作用

1．是生物体主要的能量来源。2．可转变为生命所必需的其它物质，如脂类、蛋白质等。3．可作为生物体的结构物质，如纤维素。4．可作为细胞识别的信息分子。3（二）糖的化学概念

糖也称碳水化合物（carbohydrate），用Cm(H2O)n表示。碳水化合物这个名称并不确切，但因沿用已久，所以至今在西文中还广泛使用。糖是多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。糖类saccharide例外：脱氧糖，甲醛(CH2O)，乙酸(C2H4O2)，乳酸(C3H6O3)等4（三）糖的分类（classification）

1．单糖（monosaccharide）：是多羟醛或多羟酮（1）碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。（2）醛糖、酮糖：如葡萄糖、果糖。52．寡糖（oligosaccharide）：又称低聚糖.由2～10分子单糖结合而成。可分为二糖、三糖、四糖、五糖等。63．多糖（polysaccharide）：由多分子单糖或单糖的衍生物聚合而成。（1）同多糖（homopolysaccharide）：由同一种单糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素等。（2）杂多糖（heteropolysaccharide）：由不同种单糖或单糖的衍生物聚合而成，如透明质酸等。7糖类还可和非糖物质如脂类、蛋白质等结合形成复合糖（complexsaccharide）8二、单糖

（一）单糖的结构

1．链状结构：

葡萄糖与乙酸酐加热，形成结晶的五乙酸酐酯：（1）C6H12O6+(CH3CO)2O→C6H7O6(COCH3)5说明葡萄糖分子内有5个羟基葡萄糖能与Fehling试剂反应，说明葡萄糖分子内含有醛基。以上说明葡萄糖是个多羟醛，多羟醛是个链状化合物9单糖的链状结构有醛糖和酮糖之分醛糖酮糖10

D-Glucose,analdohexoseD-Fructose,aketohexose11除了二羟丙酮以外的其他单糖都具有一个或多个不对称（手性）碳原子。醛糖与酮糖的构型是由分子中离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来决定的。该羟基在Fischer投影式右侧的称为D-型，在左侧的称为L-型。单糖的构型（configuration）：D型和L型

1213141516两个单糖仅仅在一个手性碳原子上构型不同的，互称为差向异构体

(epimers)。D-葡萄糖与

D-甘露糖为

C-2差向异构。D-葡萄糖与D-半乳糖为C-4差向异构。差向异构体(Epimers)172．环状结构

单糖的链状结构不能解释以下性质

①单糖是多羟醛，应显示醛的性质，但葡萄糖的醛基不能和NaHSO3反应，也不能和Schiff试剂反应，说明葡萄糖的醛基不如一般醛基活泼。

③葡萄糖有变旋现象

②

CH3OH无水HCl半缩醛缩醛CH3OH无水HClC6H12O6+CH3OH(C6H11O5)－OCH3甲基葡萄糖18（1）Fischer式+19+20αβ异头体(anomers)规定异头体的半缩醛羟基和分子末端-CH2OH基邻近不对称碳原子的羟基在碳链同侧的称为α型，在异侧的称为β型。21（2）Haworth式由Fischer写成Haworth式：顺时针画平面，左上右下，氧桥一端反向吡喃吡喃糖呋喃呋喃糖22为什么氧桥一端反向?如果氧环上的碳原子按顺时针方向排列，羟甲基在平面之上的为D-型，在平面之下的为L-型。在D-型糖中，半缩醛羟基在平面之下的为α型，在平面之上的为β型。23链状环状互变

α-D-吡喃葡萄糖醛式（链式）葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖（37％）（63％）（括号内数字为摩尔浓度百分数）243．单糖的构象:构象是指一个分子中，不断裂共价键，仅由键旋转所产生的原子空间位置的改变。吡喃糖环和呋喃糖环并非平面环。吡喃糖环常采取椅式(chair)和船式(boat)构象，其中椅式构象使扭张强度减到最低因而较稳定。呋喃环则有信封式(envelope)和扭曲式(twist)构象。25ax:axial(vertical)直立键eq:equatorial

平伏键26一般而言，平伏键比直立键更稳定。因此在溶液中，β-D-葡萄糖比α-D-葡萄糖更占优势。α-D-葡萄糖β-D-葡萄糖27（二）单糖的性质

1．物理性质

（1）旋光性（opticity）比旋光度28（2）变旋现象（mutarotation）

一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改变的现象称变旋。

变旋的原因：

α-Glc链式Glc β-Glc2930（3）甜度（sweetness）

糖

甜度

糖

甜度果糖转化糖蔗糖葡萄糖木糖

173.313010074.340鼠李糖麦芽糖半乳糖棉子糖乳糖

32.532.532.122.616.1312．化学性质

（1）由醛、酮基产生的化学性质

①单糖的氧化（即单糖的还原性）弱氧化剂：常用的为含Cu2+的碱性溶液32Fehling试剂：CuSO4、NaOH、酒石酸钾钠Benedict试剂：CuSO4、Na2CO3、柠檬酸钠

33温和氧化剂；Br2－H2O强氧化剂：浓HNO3Br2－H2O浓HNO3（生物体内）糖酸醛糖糖二酸糖醛酸34[O]+果糖乙醇酸三羟基丁酸35醛糖酮糖弱氧化剂（Fehling试剂、Benedict试剂）++温和氧化剂（Br2-H2O）+-强氧化剂（浓HNO3）++氧化剂单糖36②单糖的还原

[H]D-葡萄糖D－葡萄醇（山梨醇）37[H][H]D－果糖D－葡萄醇D－甘露醇38③单糖的成脎作用3940④碱的反应D-葡萄糖1，2-烯醇式葡萄糖D－果糖D－甘露糖Ba(OH)2Ba(OH)2Ba(OH)241（2）由羟基（半缩醛羟基和醇性羟基）产生的性质①酯化反应42②成苷作用43③酸的反应单糖与强酸（如H2SO4，HCl）作用，单糖脱水生成糠醛或糠醛的衍生物。44糠醛或羟甲基糠醛能与酚类物质作用产生各种有色物质，可用作糖的定性测定。α-萘酚间苯二酚间苯三酚甲基间苯二酚45例如：苔黑酚法戊糖糠醛绿色

浓HCl,△

脱水甲基间苯二酚鉴定戊糖46三、二糖（双糖，disaccharide）（一）蔗糖（sucrose）由一分子α-D-吡喃葡萄糖和一分子β-D-果糖中的C1和C2原子上的羟基经脱水缩合后形成二糖化合物。47481．蔗糖的结构α-D-吡喃葡萄糖（1→2）β-D-果糖苷492．蔗糖的性质

物理性质：白色结晶，易溶于水，很甜。有旋光性，无变旋现象。

化学性质：无还原性，不能成脎。蔗糖的转化作用C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6

蔗糖D-GlcD-Fru右旋左旋[α]D+66.4º+52.5º-92º[α]

-20º50（二）麦芽糖（maltose）

麦芽糖是由2分子D-葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接而成。α-D-吡喃葡萄糖（1→4）α-D-吡喃葡萄糖苷51（三）乳糖（lactose）

乳糖由1分子D-半乳糖和1分子D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成。β-D-半乳糖（1→4）α-D-吡喃葡萄糖苷52二糖总结

Sucrose

Maltose

LactoseD型苷键旋光变旋还原性成脎

1Glc,1Fruα，β-1，2+---2Glcα-1,4++++

1Gal,1Glcβ,α-1,4++++53四、三糖（trisaccharide）棉子糖54五、多糖（polysaccharide）多糖的共同特性

1．分子量一般很大，在几万以上。在水中不能形成真溶液，有的根本不溶于水，如纤维素。2．物理性质：有旋光性，但无变旋现象。无甜味。3．化学性质：无还原性，不能成脎。55（一）结构多糖1．纤维素

（1）结构

5657

.9cN/根

（二）按色泽分.9cN/根

（二）按色泽分.9cN/根

（二）按色泽分58（2）性质

纤维素的水解纤维素 较短链纤维二糖葡萄糖592．几丁质

60（二）贮存多糖

天然淀粉呈颗粉状，其外层为支链淀粉，约占80～90%；内层为直链淀粉，约占10～20%。（1）直链淀粉（amylose）：1．淀粉（starch）61Nonreducingend(NRE)reducingend(RE)62直链淀粉的空间结构

63（2）支链淀粉（amylopectin）：64淀粉的水解淀粉→红色糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄糖与碘的呈色反应蓝（紫）

红色不显色

不显色

不显色还原性

无

有有

强最强

652．糖原（glycogen）

结构:

结构与支链淀粉相似，由D-葡萄糖以α-1,4和α-1，6糖苷键相连。与支链淀粉的不同在于糖原分子分支多、链短、结构紧密。66（三）糖蛋白（glycoproteins）

1．糖蛋白的概念

短链寡糖与蛋白质以共价键