生物化学课件：生物化学-糖类

第二章糖类

(SACCHARIDES)

第一节糖类概述第二节单糖第三节寡糖第四节多糖2第一节概述一、定义与组成三、功能二、分类31．分布韧带肌糖原结缔组织绿色植物动物肌肉韧带等42．糖的化学组成和定义

基本元素组成：

CHO

最初通式：

Cn(H2O)m

不符合上述通式：鼠李糖（C6H12O5）

脱氧核糖(C5H10O4)

52．糖的化学组成和定义定义：多羟基醛或多羟基酮，以及能够水解生成它们的有机化合物及其衍生物。6二、分类（水解）单糖：据所含碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、己糖;

寡糖：2-10个分子单糖缩合而成,如蔗糖、乳糖等；多糖：据单糖基相同否：纯多糖与杂多糖；

据有无支链：直链多糖与支链多糖；

据功能：结构多糖、贮存多糖、抗原多糖；据分布：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖；

结合糖（糖缀合物）：糖肽、糖脂、糖蛋白；

糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷；

71．糖的生理功能（1）提供能量；（2）作为物质代谢的碳骨架；（3）构成细胞和组织的骨架；（4）细胞间识别和生物分子间的识别；82．糖类在工业生产中的应用①食品工业生产啤酒9①食品工业烘烤食品10②造纸、纺织、化工等工业11②造纸、纺织、化工等工业亚麻凉席12③制药工业抗生素发酵的原料13第二节单糖一、单糖的结构、构型与构象二、自然界存在的重要单糖及其衍生物三、单糖的重要物理化学性质14一、单糖的结构、构型与构象1．葡萄糖的链式结构2．单糖的空间构型与旋光性3．单糖的环状结构与构象151．葡萄糖的链式结构被誉为“糖化学之父”的H.E.Fischer推断出葡萄糖、果糖等一系列单糖的化学结构。葡萄糖的分子式为C6H12O6，为2，3，4，5，6-五羟基己醛的基本结构。果糖为1，3，4，5，6-五羟基己酮的基本结构。16（1）手性化合物（2）旋光性（3）单糖的空间构型2．单糖的空间构型与旋光性17（1）手性化合物构型：是指一个有机分子中各个原子特有的固定的空间排列。碳原子是不对称原子：当碳原子连接的四个基团各不相同时18碳原子常称为手性碳原子、不对称中心或手性中心，常用C*表示。含有不对称性（或手性）碳原子的化合物称为手性化合物。构成手性关系的分子之间，互称“对映异构体”。除二羟丙酮外，所有的单糖分子中都含有一个或多个不对称性（或手性）碳原子。19平面偏振光（偏振光）：当普通光通过Nicol棱镜时，只有振动方向和棱镜晶轴平行的光才能通过，所得到的光就只在一个平面上振动。偏振面:偏振光的振动面。（2）旋光性20当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋转了一个角度。这种性能称为旋光性。旋光异构体：分子的化学组成相同，但旋光不同的异构体。21（3）单糖的空间构型通过测定大量单糖结构，证明单糖均具有同样的链式结构特征。除二羟丙酮外，所有的单糖分子中都含有一个或多个不对称性（或手性）碳原子。如己醛糖分子中有四个手性碳原子，有24=16个旋光异构体，葡萄糖是其中的一种;己酮糖分子中有三个手性碳原子，有23=8个旋光异构体，果糖是其中的一种。22糖类的构型习惯用D/L进行标记。糖分子中的多个手性C原子，离C=O最远的C原子，即编号最大的手性碳原子，为决定构型的C原子。23以甘油醛作为标准，和手性碳原子相连的-OH在右边的为D构型，在左边的为L构型。D-甘油醛L-甘油醛透视式24以分子中倒数第二个碳原子上羟基在空间的左右来判别构型。25D型L型26

其他的醛糖可以定义为D、L型甘油醛通过增碳反应,分子中增加C(H20)形成的糖。273．单糖的环状结构与构象（1）单糖环式结构（2）单糖环状结构的表示方法（3）单糖的构象28（1）单糖环式结构D-葡萄糖主要是C5上的羟基与醛基作用，生成六元环的半缩醛(称氧环式)。29O半缩醛羟基30氧环式比开链式多一个手性碳原子，所以得到α构型和β构型两种异构体。C1(异头碳）上新形成的羟基(半缩醛羟基)与末端羟甲基处于异侧的，称为α-型；反之称为β-型。这种结构也称为端基异构体或异头物。31（2）单糖环状结构的表示方法Haworth透视式：迄今为止表示单糖、双糖或多糖所含单糖环形结构的最常用方法。α-D-吡喃糖β-D-吡喃糖32变旋现象：实质是环状单糖的比旋光度由于其两种端基差向异构体达到平衡而发生变化，最终达到一个稳定的值。葡萄糖的α、β-构型和开链式的平衡33（3）单糖的构象构象:是指在一个有机化合物中，一切原子沿着共价键转动而形成不同的空间结构。34船式椅式势能最低，相对稳定35二、自然界重要单糖及其衍生物36D-葡萄糖山梨醇甘露醇

电解电压5-6V电流1.0-1.2A/dm2（1）糖醇37（2）脱氧糖38（3）糖醛酸葡糖酸葡糖醛酸葡糖二酸39（4）氨基糖N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺N-乙酰神经氨酸（唾液酸）乙酰胞壁（糖）酸40（5）糖苷糖的半缩醛羟基与其它含羟基的化合物失水而生成的缩醛（或缩酮）化合物叫糖苷（也称糖甙）。主要存在于植物的种子、叶子等部位。大多极毒，但微量糖苷可作药物。重要的糖苷如能引起溶血的皂角苷，有强心剂作用的毛地黄苷等。41（6）糖酯常见糖的磷酸酯糖的磷酸酯是糖在代谢中的活化形式糖的硫酸酯存在于糖胺聚糖中42三、单糖的重要物理化学性质1．物理性质2．化学性质431．物理性质（1）旋光性:除二羟丙酮外，所有的糖都有旋光性。（2）甜度:常以蔗糖的甜度为标准进行比较。若蔗糖的甜度计为100，则各种糖的甜度比约为：90%果糖糖浆为160~173；42%果糖糖浆为100；葡萄糖为64；蜂蜜为97；麦芽糖为46；蔗糖蜜为74；乳糖为30等。（3）溶解度:单糖分子中的羟基，增加了它的水溶性，在热水中溶解度极大，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。

醛、酮基

羟基

（1）氧化（2）还原（3）成脎作用（4）异构作用（5）发酵作用（1）成脂（2）成苷（3）脱水（4）脱氧（5）氨基化2．化学性质44（1）醛、酮基产生的性质45

①氧化原理：在碱性溶液中，醛基、酮基变为非常活泼的烯二醇，具有还原性，能还原如Cu2+、Ag+、Hg2+、Bi3+等离子，同时糖本身被氧化成糖酸及其它产物。应用：糖类在碱性溶液中的还原作用常被用来作为还原糖的定性及定量分析的依据，常用的试剂为含Cu2+的碱性溶液。46

3，5-二硝基水杨酸法：测定还原糖，即在碱性溶液中将还原糖变为烯二醇（1，2-烯二醇），然后以3，5-二硝基水杨酸氧化其变为糖酸，还原糖和碱性二硝基水杨酸试剂共热，产生一种棕红色的氨基化合物。47D-甘露糖D-葡萄糖D-葡萄糖醇D-果糖[H]D-甘露糖醇[H][H]D-葡萄糖醇D-甘露糖醇②还原48③成脎作用原理：醛基或酮基与苯肼等起加合作用成脎作用：单糖的第1，2碳与苯肼结合后，成晶体糖脎；举例：葡萄糖与苯肼的成脎作用；糖脎特点：黄色晶体，不溶于水；应用：可用来鉴别单糖，因不同的单糖产生不同的糖脎，故可根据糖脎的晶形、溶点鉴别糖的种类。49D-葡萄糖葡萄糖苯腙酮苯腙葡萄糖脎50

④异构化作用

原理：弱碱或稀强碱引起单糖的分子重排。举例：D-葡萄糖与D-果糖及D-甘露糖可在Ba(OH)2的溶液中互相转变。51D-葡萄糖D-甘露糖D-果糖52⑤发酵作用

单糖经酵母的酿酶作用产生乙醇和CO2，这一过程较复杂，在今后糖代谢章中详细介绍。

53

酶α-葡萄糖α-葡萄糖-6-磷酸磷酸①成脂作用（2）由羟基产生的性质54α-型糖β-型糖α-糖苷β-糖苷醇HClHCl醇②成苷作用55HCl,加热，

-3H2OD-葡萄糖5-羟甲基糠醛③脱水作用56脱氧核糖脱氧核糖④脱氧作用57④氨基化原理：OH基（C-2,C-3上为主）被NH2基取代而产生氨基糖，也叫糖胺。

举例：N-乙酰-D-葡萄糖胺(NAG)、N-乙酰胞壁酸（NAM）。58N-乙酰D-葡萄糖胺（NAG）59N-乙酰胞壁酸（NAM）60N-乙酰神经氨酸（NAN）61第三节寡糖一、定义二、功能三、结构和性质四、自然界存在的重要寡糖62一、定义寡糖又称低聚糖，一般由两个或两个以上（通常指2～10）糖单元以糖苷键相连。最简单的寡糖是双糖，如乳糖、蔗糖、麦芽糖等。寡糖常常与蛋白质或脂类共价结合，以糖蛋白或糖脂的形式存在。63二、功能1．寡糖是生物体内重要的信息物质。2．寡糖具有营养保健功能。3．某些寡糖具有很强的抗病毒、抗炎症活性。64三、结构和性质醛糖C-1上的半缩醛羟基（酮糖C-2上）和其它单糖的羟基经脱水，通过缩醛形式结合成寡糖。寡糖的性质与组成寡糖的单糖单元、糖苷键连接类型有密切关系。一分子单糖的半缩醛羟基和另一分子的醇羟基失水，后者仍然保留它的半缩醛（酮）羟基，因此能发生醛（或酮）的反应，称为还原糖。两个单糖的半缩醛羟基都参与了缩醛（或缩酮）反应，不能直接发生还原反应，称为非还原糖。65四、自然界存在的重要寡糖1．双糖2．三糖3．其他低聚糖661．双糖(蔗糖)

α-D葡萄糖

β-D-果糖α-D-吡喃葡萄糖基-（1→2）-β-D-呋喃果糖非还原糖67双糖(麦芽糖)

α-D葡萄糖

α-D葡萄糖α-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）α-D-吡喃葡萄糖还原糖68双糖(纤维二糖)β

-D葡萄糖β-D葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-β-D-吡喃葡萄糖还原糖69β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-α-D-吡喃葡萄糖双糖(乳糖)还原糖702．三糖

β-D-果糖β-半乳糖α-D葡萄糖蜜二糖蔗糖非还原糖713．其他低聚糖常见的低聚糖还有:低聚果糖α-寡聚葡萄糖（α-异麦芽寡糖）低聚半乳糖（半乳寡糖）甘露低聚糖（甘露寡糖）低聚木糖（木寡糖）等。72第四节多糖一、概述二、淀粉与糖原三、纤维素与半纤维素73一、概述多糖是由很多个单糖分子缩合而成的高聚物。自然界中，植物、动物及微生物体内都含有多种多糖。从多糖的形状上看，可分为直链和支链两种。根据单糖的组成来区分，由一种单糖构成的多糖叫同多糖（纯多糖），由两种以上单糖构成的多糖叫杂多糖。74（一）直链多糖和支链多糖（二）同多糖和杂多糖75（一）直链多糖和支链多糖直链淀粉:由200～300个α-D-葡萄糖以α（1→4）糖苷键相连形成；其基本的二糖单位是“麦芽糖”。1．直链多糖7677纤维素:由上千个（平均含有3000个）葡萄糖以β（1→4）-糖苷键相连结形成；基本的二糖单位是“纤维二糖”。782．支链多糖α（1→4）糖苷键α（1→6）糖苷键支链淀粉79（二）同多糖和杂多糖葡聚糖是最重要的同多糖，只由葡萄糖一种结构单位组成。常见的淀粉、纤维素、右旋糖酐等都是一些来源不同或糖苷键不同的葡聚糖。1．同多糖80杂多糖可以分成动物粘多糖、植物杂多糖及微生物杂多糖等。在动物体内的粘多糖通常是以一定的方式与蛋白质相连，而蛋白质中肽链上的氨基又可与另外的多糖结合，这就构成了在水介质中具有弹性的凝胶状网络。（透明质酸）植物杂多糖有琼脂、半纤维素、果胶。81二、淀粉与糖原1．淀粉2．糖原821．淀粉

①分布

几乎存在于所有绿色植物的多数组织中。

②降解

淀粉→红色糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄糖

遇碘成

红色

不显色

紫蓝色

③直链淀粉与支链淀粉

用热水溶解淀粉时，可溶的一部分为"直链淀粉"，另一部分不能溶解的为"支链淀粉"831．淀粉

定义：多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物

分布：分布很广，各类生物中均有分布

均一多糖与不均一多糖

特性：水溶液中形成形成胶体，无甜味，无还原性，有旋光性，但无变旋现象

④分子量

直链淀粉的分子量约在1.0×104--2.0×106

⑤连接键直链淀粉:以α-1，4糖苷键；支链淀粉:以α-1，4糖苷键及α-1，6糖苷键⑥作用

食用工业上：如发酵制酒、水解制糖等。84α（1→4）糖苷键α（1→6）糖苷键支链淀粉1852．糖原①分布

高等动物的肝脏与肌肉、软体动物、谷物和细菌中也发现了糖原类似物。。

②连接键

α-1，4糖苷键及α-1，6糖苷键。

③特点

糖原较易分散在水中，与碘反应是红紫色。86支链淀粉：分支少而长

11-12/24-32糖原：分支多而短

3-5/10-1487三、纤维素与半纤维素三、纤维素与半纤维素1．纤维素2．半纤维素881．纤维素纤维素的分子式为（C6H10O5）n。是由D-葡萄糖以β-1，4糖苷键组成的直链同多糖。是世界上储量最丰富的天然有机物。植物细胞壁的主要成分。纤维素无色、无味，不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，也不具有还原性。纤维素及其衍生物有许多重要的应用。89纤维素的分子结构902．半纤维素半纤维素是一些与纤维素一同存在于植物细胞壁中的多糖的总称，也就是它是指除纤维素以外的全部碳水化合物。