基礎(chǔ)生物化學(xué)PPT課件

1、糖類物質(zhì)是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的一類重要有機(jī)物，占植物干重的50%50%以上。第1頁(yè)/共65頁(yè)糖和糖生物化學(xué) 碳水化合物是地球上最豐富的生物分子，每年全球植物和藻類光合作用可轉(zhuǎn)換1000億噸CO2和H2O成為纖維素和其他植物產(chǎn)物。植物體85-90%的干重是糖。第2頁(yè)/共65頁(yè)糖的世界 食用糖（蔗糖） 醫(yī)療用糖（葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸的鈉、鉀、鈣、鋅鹽等） 綠色植物的皮、桿等（纖維素） 糧食及塊根、塊莖中的糖（淀粉） 動(dòng)物體內(nèi)的貯藏多糖（糖元） 昆蟲、蟹、蝦等外骨骼（幾丁質(zhì)） 食用菌中糖（香菇多糖、茯苓多糖、靈芝多糖、昆布多糖等） 細(xì)菌、酵母的細(xì)胞壁 結(jié)締組織中的糖（肝素、透明質(zhì)酸、硫酸

2、軟骨素、硫酸皮膚素等） 核酸、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖 細(xì)胞膜及其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的糖 血型糖第3頁(yè)/共65頁(yè)糖的定義 多羥基醛多羥基酮多羥基醛或多羥基酮的衍生物可以水解為多羥基醛或多羥基酮或它們的衍生物的物質(zhì)第4頁(yè)/共65頁(yè)糖研究的簡(jiǎn)史 I 1843年，Dumas測(cè)定糖的實(shí)驗(yàn)式為（CH2O）n； 1870年，Colley；1883年，Tollens設(shè)想葡萄糖的結(jié)構(gòu)式； 1881年，Emil Fischer對(duì)單糖結(jié)構(gòu)分析，人工合成了當(dāng)時(shí)已知的所有的己糖和戊糖； 1846年，Dubrunfont提出葡萄糖溶液有變旋現(xiàn)象； 1893年，F(xiàn)ischer正式提出葡萄糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)； 1895

3、年，Tanret發(fā)現(xiàn)三種葡萄糖，其旋光性不同； 1 9 2 6 年 ， W N H a w o r t h 提 出 葡 萄 糖 的Haworth投影式； 1928年，Malaprada發(fā)明過(guò)碘酸氧化法測(cè)定糖的結(jié)構(gòu)；1932年，F(xiàn)leury和Lange把這一方法完善化用于糖化學(xué)的研究 ；第5頁(yè)/共65頁(yè)糖研究的簡(jiǎn)史 II 1933年，NAS aeuson提出端基差向異構(gòu)體，以表示還原糖及糖苷的 、 兩種異構(gòu)體； 1950年，REReeves證明己糖的椅式構(gòu)象； 1950s后，把生物化學(xué)最新的理論和方法用于糖生物化學(xué)的研究，尤其在結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究上取得了重要突破，發(fā)展或興起了糖化學(xué)或糖生物化學(xué)

4、的研究時(shí)代，特別是糖復(fù)合物的研究上發(fā)起了生命科學(xué)研究的又一個(gè)熱點(diǎn)。 第6頁(yè)/共65頁(yè)第一節(jié) 生物體內(nèi)的糖類第7頁(yè)/共65頁(yè)糖的組成 主要由C、H、O三種元素組成，有些還有N、S、P等。 單糖多符合結(jié)構(gòu)通式：（CH2O）n，但僅從通式上并不能判斷某分子是否就是糖，即：符合通式的不一定是糖，如CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）；是糖的不一定都符合通式，如C5H10O4（脫氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）。第8頁(yè)/共65頁(yè)糖的分類 I單糖（monosaccharides） 不能水解為其他糖的糖，按碳原子數(shù)分為：丙糖（甘油醛）丁糖（赤蘚糖）戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脫氧

5、核糖等） 己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等;第9頁(yè)/共65頁(yè)寡糖（oligosaccharides） 可以水解為其他糖的糖（2十幾個(gè)單糖），一般包括：二糖（disaccharides） 蔗糖、麥芽糖、乳糖三糖（trisaccharides） 棉籽糖其他寡糖;第10頁(yè)/共65頁(yè)糖的分類 II 多糖（polysaccharides）可水解為多個(gè)其他單糖或其衍生物的糖，包括：同 多 糖 （ h o m o g l y c a n s , homopolysaccharides）水解為同一單糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纖維素、幾丁質(zhì)、糖苷等。異 多 糖 （ h e t e r o g l y c a

6、 n s , heteropolysaccharides）水解產(chǎn)物不止一種單糖或單糖衍生物，透明質(zhì)酸、肝素、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等； 糖的衍生物 指糖的氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物、氨基取代物及糖苷化合物等，如，D-氨基葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等； 多糖復(fù)合物（polysaccharides complex）糖與脂、蛋白等共價(jià)相連組成蛋白多糖（protein polysaccharides）、糖蛋白（glycanproteins）、糖脂（glycanlipids）。 第11頁(yè)/共65頁(yè)差向異構(gòu)體（Epimers)葡萄糖與甘露糖、葡萄糖與半乳糖，兩兩之間除一個(gè)不對(duì)稱C（分別是C2和C4上的

7、-OH位置）有所不同外，其余部分的結(jié)構(gòu)完全相同，這種僅有一個(gè)不對(duì)稱C原子構(gòu)型不同，兩鏡像非對(duì)映體異構(gòu)物稱為差向異構(gòu)體（epimers）。 第12頁(yè)/共65頁(yè)差向異構(gòu)體第13頁(yè)/共65頁(yè)甘油醛（醛糖）和二羥丙酮（酮糖）三碳糖：第14頁(yè)/共65頁(yè)四碳糖（赤蘚糖）第15頁(yè)/共65頁(yè)五碳糖第16頁(yè)/共65頁(yè)葡萄糖（醛糖）和果糖（酮糖）第17頁(yè)/共65頁(yè)吡喃葡萄糖和呋喃果糖第18頁(yè)/共65頁(yè)縮醛（醛縮醇）和縮酮（酮縮醇）半縮醛縮醛半縮酮縮酮第19頁(yè)/共65頁(yè)葡萄糖成環(huán)第20頁(yè)/共65頁(yè)吡喃葡萄糖的構(gòu)象第21頁(yè)/共65頁(yè)第22頁(yè)/共65頁(yè)寡糖（Oligosaccharides, oligose） 由2-1

8、0個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接而成，一般易溶于水、具甜味，最簡(jiǎn)單的是二糖。 第23頁(yè)/共65頁(yè)麥芽糖（Maltose)第24頁(yè)/共65頁(yè)麥芽糖（Maltose） 又稱飴糖，分子式：C12H22O11，有變旋（存在 、 形式），能還原Tollens和Fehling試劑（具還原性），與笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一個(gè)半縮醛羥基），被溴水氧化為一元羧酸（一個(gè)半縮醛羥基），稀酸、麥芽糖酶水解，產(chǎn)物為D-(+)-Glc，結(jié)構(gòu)為4-O-( -D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖 -1，4 。第25頁(yè)/共65頁(yè)第26頁(yè)/共65頁(yè)第27頁(yè)/共65頁(yè)異麥芽糖第28頁(yè)/共65頁(yè)蔗糖（Sucrose）

9、常用食糖，甜度大，易結(jié)晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中豐富， 分子式C12H22O11， 不能還原Tollens或Fehling試劑（無(wú)還原性）， 不能成脎（無(wú)異頭物形式）， 不變旋， 由一分子 -D-Glc和一分子 -D-Fru組成，既使葡萄糖苷，又是果糖苷，結(jié)構(gòu)為： -D-Glc基 -D-Fru -1，2， 蔗糖水解反應(yīng)中伴隨有從+到-的旋光符號(hào)的變化，這種水解稱為（+）蔗糖的轉(zhuǎn)化。 第29頁(yè)/共65頁(yè)蔗糖(Sucrose)第30頁(yè)/共65頁(yè)乳糖(Lactose)第31頁(yè)/共65頁(yè)乳糖（Lactose） 存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中， 分子式C12H22O11， 還原糖， 能成一個(gè)脎，

10、脎水解產(chǎn)物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎， 有變旋（有 、 形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解 連接糖苷鍵）水解得到D(+)-Glc及Gal， 結(jié)構(gòu)為4-O-（ -D-吡喃半乳糖基）D-吡喃葡萄糖 -1，4， 乳糖酶缺乏，小腸乳糖升高引起滲透性腹瀉，腸道細(xì)菌使乳糖發(fā)酵產(chǎn)生大量氣體。第32頁(yè)/共65頁(yè)纖維二糖（Cellobiose） 纖維素的結(jié)構(gòu)單位， 分子式C12H22O11， 還原糖， 能成脎， 有變旋， 水解為2分子 -D-（+）-葡萄糖， 可為苦杏仁酶水解（ 連接）， 結(jié)構(gòu)為4-O-（ -吡喃葡萄糖基）-D-吡喃葡萄糖 -1，4。第33頁(yè)/共65頁(yè)纖維二糖（Cellobiose)第34頁(yè)/

11、共65頁(yè)三糖（Trisaccharide） 棉子糖(raffinose)，分子式C18H32O16，許多植物中存在，棉 籽 與 桉 樹 分 泌 物 中 尤 多 。 t= 1 0 5 . 2 ， 不 能 還 原Fehling試劑，與酸共熱水解生成Glc、Fru及Gal，結(jié)構(gòu)為： 第35頁(yè)/共65頁(yè)棉子糖(Raffinose)蔗糖酶 -半乳糖苷酶第36頁(yè)/共65頁(yè)多糖（Polysaccharides）由許多單糖或單糖衍生物聚合而成，縮合時(shí)單糖分子以糖苷鍵相連，一般無(wú)甜味、無(wú)還原性、酸或酶的作用下可水解為雙糖、寡糖或多糖，重要的有淀粉、糖元、纖維素、幾丁質(zhì)、粘多糖等。可分為同多糖和雜多糖。 第37頁(yè)

12、/共65頁(yè)同多糖(Homopolysaccharides)和雜多糖（Heteropolysaccharides)第38頁(yè)/共65頁(yè)第39頁(yè)/共65頁(yè)淀粉（Starch)第40頁(yè)/共65頁(yè)第41頁(yè)/共65頁(yè)幾種主要農(nóng)作物的淀粉含量第42頁(yè)/共65頁(yè)糖元（Glycogen）有動(dòng)物淀粉之稱，細(xì)菌細(xì)胞中也有存在，動(dòng)物組織內(nèi)主要的貯藏多糖。肝臟、肌肉中含量多，分別稱為肝糖元、肌糖元。結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉相似，但分支長(zhǎng)度較短，一般由8-12個(gè)Glc殘基組成，分支多，分子量高達(dá)106-108。與KI-I2呈紅褐色或棕紅色。水解終產(chǎn)物是葡萄糖。 第43頁(yè)/共65頁(yè)糖原（Glycogen)第44頁(yè)/共65頁(yè)糖原示意圖

13、第45頁(yè)/共65頁(yè)第46頁(yè)/共65頁(yè)纖維素（Cellulose）自然界中分布最廣的糖，以纖維二糖（cellobiose）為基本單位縮合而成，纖維狀、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，約由10000-15000個(gè) -D-Glc殘基組成。水解需高溫、高壓和酸，人體消化酶不能水解纖維素，食草動(dòng)物利用腸道寄生菌分泌的纖維素酶（cellulase）將部分纖維素水解為葡萄糖。 第47頁(yè)/共65頁(yè)纖維素（Cellulose)個(gè)體鏈第48頁(yè)/共65頁(yè)幾丁質(zhì)（殼多糖）（Chitin） 存在于節(jié)肢動(dòng)物昆蟲、甲殼類動(dòng)物外骨骼及真菌細(xì)胞壁，地球上僅次于纖維素的第二大類糖。由N-乙酰-D-葡萄糖胺以 （14）糖苷鍵縮合

14、而成，分子線狀不分支。幾丁質(zhì)系列開發(fā)在保健及醫(yī)療上的應(yīng)用。第49頁(yè)/共65頁(yè)幾丁質(zhì)（Chitin）第50頁(yè)/共65頁(yè)香菇多糖、茯苓多糖和昆布素均為 -1，3葡聚糖。香菇多糖存在于香菇中，對(duì)動(dòng)物肉瘤180有明顯抑制作用；茯苓多糖是茯苓中的多糖，也被用于抗腫瘤治療；昆布素是昆布中的葡聚糖，用于治療動(dòng)脈粥樣硬化。 第51頁(yè)/共65頁(yè)右旋糖酐（dextran）利用微生物制造的右旋糖酐，由許多Glc通過(guò) -1，6、 -1，4、 -1，3糖 苷 鍵 組 合 的 多 糖 ， 分 子 量 平 均 在75000左右的為高分子右旋糖酐，是一種血漿代用品，用于提高血漿膠體滲透壓，能將組織的水分吸到血中，維持血容量，

15、臨床用于出血性休克和創(chuàng)傷性休克。分子量在20000-40000的為低分子量右旋糖酐，主要用于降低血液粘滯度，防止血栓形成，并有助改善微循環(huán)，兼有利尿作用。第52頁(yè)/共65頁(yè)雜多糖（Heteropolysaccharides） 由不止一種單糖或單糖衍生物組成的多糖，包括糖胺聚（多）糖(glycosaminoglycans)、粘多糖（mucopolysaccharides）、氨基多糖（polyaminoglucose）及酸性糖胺聚糖等名稱，粘多糖就是氨基多糖，主要由氨基己糖與己糖醛酸以及硫酸等脫水縮合而成，溶液粘性較大，分子中的羧基及硫酸等陰離子通過(guò)靜電作用與蛋白等大分子結(jié)合。分布很廣，大多以蛋白

16、多糖（proteoglycan）存在，并進(jìn)一步與膠元蛋白結(jié)合構(gòu)成結(jié)締組織機(jī)質(zhì)的重要成分，如透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等。第53頁(yè)/共65頁(yè)透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid, hyaluronan） 高等動(dòng)物組織中發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌中也有存在，主要存在于結(jié)締組織如眼球玻璃體、雞冠、臍帶、軟骨等組織。主要功能是在組織中吸著水，有潤(rùn)滑劑作用，對(duì)組織起保護(hù)作用。 糖胺聚糖中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，有重復(fù)的二糖結(jié)構(gòu)單位，D-GlcUA與GlcNAc以 -1，3糖苷鍵相連，二糖單位間以 -1，4連接，分子鏈狀、無(wú)分支，分子量很大，可達(dá)1000萬(wàn)以上，分子中不含硫酸取代基，生理pH下為多聚陰離子。 第54頁(yè)

17、/共65頁(yè)透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid)第55頁(yè)/共65頁(yè)肝素（Heparin）最早由肝臟和心臟中分離到，以肝臟中豐富，廣泛存在于哺乳動(dòng)物組織和體液中，豬腸黏膜是較好的材料來(lái)源。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由D-GlcN與L-IduUA或D-GlcUA組成二糖單位，同時(shí)C2上的-NH2和C6上的-OH分別被硫酸酯化。常被用作抗凝劑，防止血栓形成，輸血時(shí)添加肝素作抗凝劑。 第56頁(yè)/共65頁(yè)硫酸軟骨素（Chondroitin sulfate）軟骨的主要成分，廣泛存在于結(jié)締組織、筋腱、皮膚等。分子量一般低于10萬(wàn)（約250個(gè)重復(fù)二糖），個(gè)別可超過(guò)30萬(wàn)，有4-硫酸軟骨素（硫酸軟骨素A）和6-硫酸軟骨素（

18、硫酸軟骨素C）兩種，二糖單位為D-GlcUA與GalNAc以 -1，3相連，糖鏈生成后由專一性酶在4位或6位進(jìn)行硫酸化。 第57頁(yè)/共65頁(yè)6-硫酸軟骨素第58頁(yè)/共65頁(yè)結(jié)合糖（復(fù)合糖，糖復(fù)合物）糖與非糖物質(zhì)如脂類或蛋白共價(jià)結(jié)合，分別形成: 糖脂（Glycolipids）、 糖蛋白(Glycoproteins) 及蛋白多糖（proteoglycans） 等糖復(fù)合物。 第59頁(yè)/共65頁(yè)糖脂（Glycolipids）種類很多，革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁含有十分復(fù)雜的脂多糖，其分子結(jié)構(gòu)一般包括三部分： 外層專一性寡糖鏈中心多糖鏈脂質(zhì) 其中，外層部分的組分隨菌株而異，可使人體致病。脂多糖在細(xì)胞表面與細(xì)胞的各種識(shí)別事件相關(guān)，如鞘糖脂決定人類血型A、B、O。第60頁(yè)/共65頁(yè)糖蛋白（Glycoproteins）自然界中分布最廣的一類復(fù)合糖，幾乎所有的細(xì)胞都能合成糖蛋白，由短鏈寡糖與蛋白質(zhì)共價(jià)連成，連接通過(guò)2種不同類型的糖苷鍵，一種是糖鏈上的半縮醛羥基與肽鏈上的Thr, Ser, HyPr