简明生物化学原理 课件 第1章 糖类

第1章

糖

类

Carbohydrates简明生物化学原理1.糖类的功能与分类

2.单糖

3.寡糖

4.多糖

5.糖缀合物本章主要内容1.掌握糖类的功能和分类；掌握糖类、单糖、寡糖、多糖以及单糖衍生物的概念，掌握异构现象、旋光性、不对称碳原子、构型、构象的概念；2.掌握几种重要糖类的特点、结构及表示法，尤其是葡萄糖、果糖、核糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、糖原、纤维素3.了解其它糖类的结构特点4.掌握淀粉的主要特性、水解、呈色反应、糊化及老化问题教学大纲§2-1糖类的功能与分类一、概述

糖类（Saccharides）是自然界分布最广泛、数量最多的有机化合物。植物体内含量最丰，多者达85～90％。

植物：占干重85%，主要是纤维素动物：占干重2%，主要以糖原形式存在于血液、肝脏中微生物：占干重20-30%，多以糖脂、糖蛋白的形式存在于外壳中原始概念：又称碳水化合物原因问题：鼠李糖（C6H12O5）；脱氧核糖（C5H10O4）现代概念：多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物（糖胺、糖酸、糖酯）的总称一、糖类的分类

1.单糖：不能再水解的最简单糖类。有：丙糖、丁糖、……，也叫三碳糖、四碳糖、……

2.寡糖、低聚糖：少量单糖脱水缩合而成的聚合物。有双糖（二糖）、三糖、四糖、……

3.多糖：几十乃至上千个单糖脱水缩合而成的多聚物。有均一多糖、非均一多糖等

4.糖缀合物：糖类和其他非糖类物质缩合而成的多聚物。如糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等大约20种单糖H醛糖酮糖医学书籍指明是3~9＞102~10二、糖类的功能三、生物学功能

3.转变为其他物质：如转变为氨基酸、核苷酸、脂肪酸等。

4.与信号传递、细胞识别、生长分化、免疫等众多功能有关。与蛋白质、核酸并列为生命现象中三大重要生物高分子化合物。

1.作为生物体的结构成分：碳骨架

2.作为生物体的主要能源物质：供能、贮能植物细胞壁中

结构糖DNA、RNA

结构糖储备能源糖昆虫外骨骼－结构糖伸屈肌－糖原韧带－结构糖结缔组织－结构糖

屈肌含糖原－能源伸肌－能源动物细胞识别的信息分子GlycoproteinGlycolipidProteoglycan§2-2单糖（Monosaccharide）一、结构与分子构型结构通式醛糖酮糖

与羰基相连的碳原子是不对称的，单糖具有旋光(＋)(－)异构现象，以及对映体D、L型（Dex，Levo）醛糖的判断依据是D型、L型甘油醛L-甘油醛D-甘油醛123456L－葡萄糖D－葡萄糖L－甘油醛D－甘油醛D、L型醛糖可以看成是：通过D、L型甘油醛增碳形成的。丙糖+CHOH丁糖+CHOH戊糖+CHOH己糖+CHOH庚糖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

D-葡萄糖

D-甘露糖？L-甘露糖讨论一种单糖的构型次序：

确定D、L型确定醛或酮确定名称确定对映体碳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

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，且它们的天然构型大多为D型相关链接：分子的手性和对称性对称因素

1.对称面假如有一个平面可以把分子分割成两部分，而一部分正好是另一部分的镜像，这个平面就是分子的对称面。2.对称中心若分子中有一点，通过该点画任何直线，如果在离此点等距离的两端有相同的原子，则该点称为分子的对称中心。3.对称轴以设想直线为轴旋转360。/n，得到与原分子相同的分子，该直线称为n重对称轴(又称n阶对称轴)。4.四重交替对称轴(旋转反映轴)

如果一个分子沿轴旋转90

，再用一面垂直于该轴的镜子将分子反射，所得的镜像如能与原物重合，此轴即为该分子的四重交替对称轴(用S4表示)。结论：A.有对称面、对称中心、交替对称轴的分子均可与其镜象重叠，是非手性分子；反之，为手性分子。

对称轴并不能作为分子是否具有手性的判据。

B.大多数非手性分子都有对称轴或对称中心，只有交替对称轴而无对称面或对称中心的化合物很少。

所以，既无对称面也没有对称中心的，一般可判定为是手性分子。二、戊糖、己糖的环状结构与构象自然界中糖以戊糖、己糖数量最大，结构分多羟基醛、酮的开链、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吡喃葡萄糖？开链空间结构吡喃环O半缩醛羟基仍具有醛基还原性环状分子的αβ构型吡喃糖OHOOHOHH＝新异构型αβ异头碳原子、异头中心命名时为α（β）—D（L）—糖名椅式构象与糖命名名？α-D-葡萄糖名？β-D-葡萄糖平面结构空间构象戊糖，多为五元环呋喃糖，如核糖脱氧核糖oo三、单糖的物理性质旋光性——变旋作用熔点——固液状态甜度——以蔗糖为基准溶解度——羟基的极性四、单糖的化学性质???：单糖可发生哪些化学反应？异构化反应——果葡糖浆氧化——糖酸、糖醛酸还原——糖醇聚合——寡糖、多糖成酯成醚反应—乙酰化和甲基化脂化——糖脂如葡萄糖(G)(Fructose）

葡萄糖异构酶(Glucose）1.异构化反应D-葡萄糖D-果糖2.氧化反应溴水(弱）[O]酶硝酸(较强)D-葡萄糖D-葡萄糖酸D-葡萄糖醛酸1,6-葡萄糖二酸3.还原反应ShijinWu,

CBB,ZJUTH2O

麦芽糖【葡萄糖-α（1→4）葡萄糖苷】α—葡萄糖糖苷键14COC糖苷4.聚合反应

糖的羟基可以和酸酐反应被酯化。P.195.成酯成醚反应

糖的羟基也可以成醚，被甲基化。P.19

糖的乙酰化和甲基化在糖的结构分析中起着重要作用。

糖通过其半缩醛羟基以糖苷键的方式与脂类连结成糖脂。6.脂化形成糖脂

如鞘糖脂。P.108

甘油糖脂。P.110

（1）形成糖脎糖类中的醛或酮基与苯肼反应形成糖脎，可用于鉴别糖类，也可以用于提纯还原糖。P.187.其他

（2）单糖脱水无机酸的作用，形成糠醛。P.19

（3）高碘酸氧化在多糖结构测定时常用。P.20五、重要的单糖及其衍生物丙糖——甘油醛、二羟丙酮（Dihydroxyacetone,DHA）丁糖——赤藓糖戊糖——核糖、脱氧核糖、木糖、阿拉伯糖己糖——葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、山梨糖庚糖——景天庚酮糖辛糖——甘露辛酮糖糖醇——木糖醇和山梨糖醇单糖磷酸酯——其中一个羟基被磷酸化，代谢中起重要作用氨基糖——其中一个羟基被氨基取代，糖缀合物的组成成分§2-3寡糖（Oligosaccharide）

寡糖也叫低聚糖，关于其含糖基的数量各种书籍有较大差异；自然界最常见的寡糖是二糖。14麦芽糖

[葡萄糖-α(1→4)-葡萄糖苷]

[葡萄糖-α,β(1→2)-果糖苷]211蔗糖14乳糖

[半乳糖-α(1→4)-葡萄糖苷]低聚糖（寡糖）

低聚糖主要有：低聚乳糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、棉子糖、水苏糖、低聚半乳糖、低聚果糖、帕拉金糖、低聚龙胆糖等。主要存在于人乳、大豆、棉籽、桉树、甜菜、龙胆属植物根及淀粉的酶水解物中。

因此，低聚糖作为一种食物配料被广泛应用于乳制品、乳酸菌饮料、双歧杆菌酸奶、谷物食品和保健食品中，尤其是应用于婴幼儿和老年人的食品中。在保健食品系列中，也有单独以低聚糖为原料而制成的保健品，直接用来调节肠道菌群、润肠通便、调节血脂、提高免疫力等。低聚糖（寡糖）的保健作用1、改善人体内微生态环境，有利于双歧杆菌和其它有益菌的增殖，调节胃肠功能，抑制肠内腐败物质，增加维生素合成，提高人体免疫功能；

2、低聚糖类似水溶性植物纤维，能改善血脂代谢，降低血液中胆固醇和甘油三酯的含量；

3、低聚糖不依赖或较少依赖胰岛素，不会或较少使血糖升高，适合于高血糖人群和糖尿病人食用；

4、由于难被唾液酶和小肠消化酶水解，发热量低，较少转化为脂肪；

5、不被龋齿菌所用，也没有凝结菌体作用，可防龋齿。ShijinWu,

CBB,ZJUTPeilongSun,

CBE,ZJUT多糖：几十乃至上千个单糖脱水缩合而成的多聚物。有均一多糖、非均一多糖等，在植物体中占有很大部分，是自然界糖类主要的存在形式。多糖的含量及种类因物种而差异性很大：多糖可以分为两大类：一类是构成植物骨架结构的不溶性的多糖，如纤维素、半纤维素等，是构成细胞壁的主要成分；另一类是贮藏的营养物质，如淀粉、菊糖等。

§2-4多糖（Polysaccharide）均一糖：由一种单糖聚合而成的多糖A.淀粉是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65％65％75％20％16％一、均多糖

事实上每种作物本身因品种不同含淀粉的差异也很大，尤其基因工程的应用导致差异性更大。A淀粉（Starch）淀粉几乎存在于所有绿色植物的多数组织中。是植物中最重要的贮存多糖，是禾谷类、豆类、薯类的主要成分，是人类及动物能量的重要来源。在植物体中，淀粉以淀粉粒状态存在，形状为球形、卵形，随植物种类不同差异较大。即使是同种作物，淀粉含量也因品种、气候、土壤等条件变化而有所不同。淀粉通常分为直链淀粉和支链淀粉两种。淀粉在酸和体内淀粉酶的作用下被降解，其最终水解产物为葡萄糖。这种降解过程是逐步进行的：淀粉

红色糊精

无色糊精

麦芽糖

葡萄糖紫蓝色

红色不显色不显色不显色

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。A淀粉（Starch）直链淀粉（Amylose）

一级结构α（1→4）葡萄糖苷键

溶于热水。相对分子量在1~5万之间含50~300个糖分子。遇碘呈紫蓝色。在620~680nm间呈最大光吸收。每个分子只含有一个还原性端基和一个非还原性端基。空间结构支链淀粉（amylopectin）

α（1→4）糖苷键

α（1→6）糖苷键空间结构

不溶于热水。相对分子量在50～100万，含3000~6000个糖分子。遇碘呈紫色或紫红色。在530~555nm间呈最大光吸收。每24~30个葡萄糖单位含一个端基。工业上应用：提问：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），为什么？酸催化水解温度提高，则时间可大大缩短，此即淀粉的酸法水解。淀粉糊精糖浆麦芽低聚糖葡萄糖酸法、酸酶法或双酶法水解ShijinWu,

CBB,ZJUT淀粉糊化与老化淀粉在常温下不溶于水，但当水温至53℃以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化（Gelatinization）或α化。糊化了的淀粉也被称为α化淀粉。糊化了的淀粉在室温或低于室温的条件下慢慢地冷却，经过一段时间，变得不透明，甚至凝结沉淀，这种现象称为淀粉的老化（RetrogradationorAging），即俗称的“返生或回生”，或β化。“老化”是“糊化”的逆过程，“老化”过程的实质是：在糊化过程中，已经溶解膨胀的淀粉分子重新排列组合，形成一种类似天然淀粉结构的物质。

问题：淀粉老化好还是不好？

变性淀粉(DenaturalizationStarch)又称改性淀粉。是以淀粉乳为原料，利用物理、化学或生物方法处理，在淀粉分子上引入新的官能团或改变淀粉分子大小和淀粉颗粒性质，从而改变淀粉的天然特性（如：糊化温度、热粘度及其稳定性、冻融稳定性、凝胶力、成膜性、透明性等），使其更适合于一定应用的要求。变性的目的：一是为了适应各种工业应用的要求。如：高温技术（罐头杀菌）要求淀粉高温粘度稳定性好，冷冻食品要求淀粉冻融稳定性好，果冻食品要求透明性好、成膜性好等。二是为了开辟淀粉的新用途，扩大应用范围。如：羟乙基淀粉、羟丙基淀粉代替血浆；高交联淀粉代替外科手套用滑石粉等。抗性淀粉(ResistantStarch,RS)定义：健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物。指不在小肠内吸收，而是进入结肠被生理性细菌发酵，产生短链脂肪酸和气体。其消化吸收率仍然可达一定比例。抗性淀粉为四类：一类是生理上难于接受的，如半熟及未碾碎的谷物；第二类是有一定粒度，能抗淀粉酶的生土豆和青香蕉等；第三类是变性或老化了的淀粉。这三类抗性淀粉可共存于同一种食物中。如生土豆含抗性淀粉75％，而新煮熟的土豆仅含3％，但冷却后又增加到12％。抗性淀粉因有益健康，已被许多科学家研究并大大发展，经特殊工艺加工或基因改造，可使面粉中的抗性淀粉增加到38％，这是第四类抗性淀粉。B糖原（Glycogen）糖原是动物细胞中的主要多糖，是葡萄糖极容易利用的储藏形式。其作用与淀粉在植物中的作用一样，故有“动物淀粉”之称。与支链淀粉非常相似，但有区别。非还原端分支点还原端

糖原贮存的主要器官是肝脏和肌肉组织肝糖原：

含量可达肝重的5%(总量为90~100g)肌糖原：含量为肌肉重量的1~2%(总量为200~400g)

人体内糖原的贮存量有限，一般不超过500克。B糖原（Glycogen）

不溶于热水。相对分子量～500万，含~30000个糖分子。遇碘呈棕红色。在430~490nm间呈最大光吸收。每~10个葡萄糖单位有一个分支，端基含量占9%而支链淀粉为4%。1、分子量更大2、分支更多3、遇碘显色不同糖原与支链淀粉的区别肝细胞中的糖原颗粒小黑点即糖原颗粒纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是植物中最广泛的骨架多糖，植物细胞壁和木材差不多有一半是由纤维素组成的。通常纤维素、半纤维素及木质素总是同时存在于植物细胞壁中。纤维素不能被人体消化，不溶于水，相对分子质量在5万~40万，每分子纤维素含有300~2500个葡萄糖残基。葡萄糖分子以

-l,4-糖苷键连接而成。在酸的作用下完全水解纤维素的产物是

-葡萄糖。纤维素是葡萄糖以β（1→4）糖苷键连接而成的无分支的长链。C纤维素（Cellulose）纤维素：β--吡喃葡萄糖通过β-1、4糖苷键连

接起来的化合物（直链）纤维素：空间立体结构氢键纤维素分子提问：我国农林废弃物（主要是纤维素、半纤维素、木质素）7000万吨/年，利用率只有2％，原因？缺乏酶、难消化、结构致密、分离难、成分复杂1.

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）2.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3.含有复杂的生物成分，如针叶树含较多萜烯类物质，很难被食用菌利用。PeilongSun,

CBE,ZJUTNH2脱乙酰基后为壳聚糖（甲壳胺）

化学改性(水解、烷基化、磺化、硝化等等）后用途十分广泛（21世纪新材料）[2—N—乙酰—D—氨基葡萄糖β（1→4）糖苷]C甲壳素（Chitin）甲壳素主要来自于甲壳动物、昆虫外壁，是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键结合成的链状高聚物。结构中不存在分支，实际上可看成是纤维素的衍生物。

NH2功能简介药物（提高免疫力、防治动脉硬化、抗肿瘤、排毒等等）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）提问：为什么其具有如此功能呢？答案：氨基的存在制备方法简单原料（虾、蟹壳）酸、碱蛋白质、Ca2+等漂洗烘干脱乙酰壳聚糖甲壳素A.半纤维素除纤维素以外的，与纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖物质的总称。构成半纤维素单体的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸等。有的可消化有的不可消化。B.粘多糖

含氨基己糖的杂多糖总称。

透明质酸