生物化學(xué)第4章糖類

1、第第4章章 糖類糖類4.1 4.1 單糖單糖 4.1.1 4.1.1 單糖的構(gòu)型單糖的構(gòu)型 4.1.2 4.1.2 單糖的結(jié)構(gòu)單糖的結(jié)構(gòu) 4.1.3 4.1.3 單糖的構(gòu)象單糖的構(gòu)象4.2 4.2 重要單糖及其衍生物重要單糖及其衍生物 4.3 4.3 寡糖寡糖 4.4 4.4 多糖多糖4.5 4.5 多糖代表物多糖代表物 4.5.1 4.5.1 淀粉淀粉 4.5.2 4.5.2 糖原糖原 4.5.3 4.5.3 纖維素纖維素 4.5.4 4.5.4 半纖維素半纖維素 4.5.5 4.5.5 瓊脂瓊脂 4.5.6 4.5.6 殼多糖殼多糖 4.5.7 4.5.7 右旋糖苷右旋糖苷 4.5.8 4

2、.5.8 糖胺聚糖糖胺聚糖4.6 4.6 糖復(fù)合物糖復(fù)合物 4.6.1 4.6.1 糖蛋白糖蛋白 4.6.2 4.6.2 糖脂與脂多糖糖脂與脂多糖 糖的概念糖的概念與分類與分類 P103v糖類是多羥醛、多羥酮或其衍生物，或水解時(shí)能產(chǎn)生這糖類是多羥醛、多羥酮或其衍生物，或水解時(shí)能產(chǎn)生這些化合物的物質(zhì)；些化合物的物質(zhì)；v大多數(shù)糖類物質(zhì)：由碳、氫、氧碳、氫、氧三種主要元素和N、S、P等組成；v葡萄糖葡萄糖和果糖果糖是它們的典型例子；糖和碳水化合物糖和碳水化合物v多數(shù)糖中氫和氧的原子數(shù)比例是2:1，故曾稱碳的水合物(hydrate)。碳水化合物(carbohydrate)因此得名；v后發(fā)現(xiàn)有些糖，如鼠

3、李糖(C6H1 2O5)、脫氧核糖(C5H10O4)等，其分子中H、O原子數(shù)之比并非2:1，而一些非糖物質(zhì)，如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)等，其分子中H、O之比卻是2:1，所以“碳水化合物”這一名稱并不恰當(dāng)； 糖的分布糖的分布v糖類廣泛存在于生物界，是地球上數(shù)量最多的一類有機(jī)化合物，特別是植物界。地球生物干重的50以上由葡萄糖的聚合物構(gòu)成；v糖類物質(zhì)按干重計(jì)：占植物的85-90，占細(xì)菌的 1030，動(dòng)物小于2；v地球上糖類物質(zhì)及其所含能量的來(lái)源是綠色細(xì)胞進(jìn)行的光合作用； 糖的命名糖的命名1. 俗名俗名： 個(gè)別糖的命名根據(jù)糖的來(lái)源給予一個(gè)通俗名稱，如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、棉子糖和殼

4、多糖等；2. 學(xué)名：學(xué)名： 同有機(jī)物； 糖的分類糖的分類v糖類物質(zhì)根據(jù)它們的聚合度分類如下：1. 單糖單糖（monosaccharide）v不能被水解成更小分子的糖類；不能被水解成更小分子的糖類； 如葡萄糖、果糖、核糖等；v單糖根據(jù)分子中含醛基或酮基分醛糖醛糖(aldose)、酮糖酮糖(ketose) ；v依據(jù)分子中所含碳原子數(shù)目n(37)分別稱三碳碳糖或稱丙糖(triose)； 自然界中最小的單糖：n3，最大的單糖：n7；v有時(shí)碳原子數(shù)目和含羰基的類型結(jié)合起來(lái)命名，如已醛糖、庚酮糖等； 2. 寡糖（寡糖（oligosaccharide）v由210個(gè)左右分子的單糖結(jié)合而成：（1）雙糖（ dis

5、accharide，二糖）： 水解時(shí)生成2分子單糖，如麥芽糖、蔗糖等；（2）三糖（trisaccharide）： 水解時(shí)產(chǎn)生3分子單糖，如棉子糖；（3）四糖（tetrasaccharide）；五糖 （pentasaccharide）；六糖（hexasaccharide）等。 3. 多糖（多糖（polysaccharidepolysaccharide）v水解時(shí)產(chǎn)生約20個(gè)左右以上單糖分子的糖類，包括：（1）同多糖）同多糖（homopolysaccharide）： 水解時(shí)只產(chǎn)生一種單糖或單糖衍生物，如糖原、淀粉、殼多糖等；（2）雜多糖）雜多糖(heteropolysaccharide)：v水解時(shí)產(chǎn)

6、生一種以上的單糖或和單糖衍生物，如透明質(zhì)酸、半纖維素等； v復(fù)合糖復(fù)合糖或糖復(fù)合物糖復(fù)合物(glycoconijugate) ： 糖類與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物分子形成的共價(jià)結(jié)合物，如糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等；糖類物質(zhì)的生物學(xué)作用糖類物質(zhì)的生物學(xué)作用1. 通過(guò)氧化放出大量的能量，以滿足生命活動(dòng)需要；2. 轉(zhuǎn)化為生命必需的其他物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂類等；3. 作為生物體的結(jié)構(gòu)，如纖維素是植物的結(jié)構(gòu)糖；4. 糖鏈結(jié)構(gòu)是高密度信息載體； 4.1 單糖單糖 P104v單糖：?jiǎn)翁牵壕哂幸粋€(gè)自由醛基或酮基，或有兩個(gè)以上羥基的糖類物質(zhì)；4.1.1 4.1.1 單糖的構(gòu)型單糖的構(gòu)型v構(gòu)型：構(gòu)型：一個(gè)分子由于各原子特有的

7、固定空間排列，使該 分子具有的特定立體化學(xué)形式；（D，L）單糖的構(gòu)型單糖的構(gòu)型 D-型，型，L-型型v以距醛基最遠(yuǎn)的不對(duì)稱碳原子（分子中離羰基碳最遠(yuǎn)的那個(gè)手性碳原子*）為準(zhǔn)，人為規(guī)定：此碳原子上的-OH與D-甘油醛C2-OH取向相同，為D型糖； 反之為L(zhǎng)型糖； *典型單糖典型單糖 葡萄糖和果糖結(jié)構(gòu)式葡萄糖和果糖結(jié)構(gòu)式 P106P106v淀粉和纖維素也屬糖類，它們是由多個(gè)葡萄糖分子縮合而成的聚合物； 己醛糖己酮糖舉舉 例例 由D-甘油醛衍生的醛單糖圖示 P106 圖圖4-3 醛糖醛糖由D-甘油醛衍生的酮單糖圖示 酮糖酮糖旋光性旋光性v使偏振面向右旋的稱右旋光物質(zhì)右旋光物質(zhì),如()-甘油醛， 左旋

8、的稱左旋光物質(zhì)左旋光物質(zhì)，如()-甘油醛；v旋光度：旋光度：具有旋光性的物質(zhì)在一定條件下使偏振面旋轉(zhuǎn)的角度，用 D Dt t表示； v旋光度是旋光性物質(zhì)的一種物理性質(zhì)，在一定條件下是常數(shù)；變旋現(xiàn)象（閱讀）變旋現(xiàn)象（閱讀） v溶液發(fā)生旋光度改變的現(xiàn)象；v葡萄糖以兩種具有不同旋光率的形式存在: （1）20D=112.20，稱為-D-D-（+ +）型）型； （2）20D=18.70，稱為-D-D-（+ +）型）型； 將兩種葡萄糖分別溶于水后，其旋光率都達(dá)到同一恒定值：52.6o；v變旋是由于分子立體結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化的結(jié)果； 4.1.2 4.1.2 單糖的結(jié)構(gòu)單糖的結(jié)構(gòu) P105v因隨后發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某

9、些理化性質(zhì)不能用糖的鏈狀結(jié)構(gòu)解釋，從而提出葡萄糖存在環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的可能；葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變（葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變（FischerFischer式式） *吡喃糖和呋喃糖吡喃糖和呋喃糖v開(kāi)鏈單糖形成環(huán)狀半縮醛時(shí)，出現(xiàn)五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu);（1）D-葡萄糖C5上的羥基與C1的醛基加成生成六元環(huán)的 吡喃型葡糖（glucopyranose）；（2）D-果糖C5上的羥基與C2的酮基加成形成五元環(huán)的呋 喃型果糖（fructofuranose）；vFischer投影式不能準(zhǔn)確反映糖分子的立體構(gòu)型， Haworth提出了透視式透視式，稱Haworth式，并提出了具體書(shū)寫(xiě)規(guī)定；吡喃型和呋喃型的吡喃型和呋喃

10、型的D-D-葡萄糖和葡萄糖和D-D-果糖果糖 -型和型和-型葡萄糖型葡萄糖v1893年，F(xiàn)ischer E提出葡萄糖分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)和FischerFischer式: 羥基和羰基處于同一分子內(nèi)，可以發(fā)生分子內(nèi)親核加成,導(dǎo)致環(huán)狀半縮醛形成；v成環(huán)后，C1C1成為不對(duì)稱原子，其上的羥基與最末的手性碳原子的羥基具有相同取向時(shí)稱-型型，反之稱-型；型；二者互為異頭物二者互為異頭物；構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象1. 構(gòu)造：構(gòu)造： 原子連接在一起的次序，用結(jié)構(gòu)式表示；2.構(gòu)象：構(gòu)象：分子所采取的特定形態(tài)。因單鍵自由旋轉(zhuǎn)及鍵角有一定柔性，具有相同結(jié)構(gòu)和構(gòu)型的分子在空間可采取多種形態(tài)；v以葡萄糖葡萄糖為例

11、闡述單糖的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)；葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯原因（閱讀）葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯原因（閱讀）v葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變平衡后，-D-葡萄糖約占36,-D-葡萄糖占64,含游離醛基的開(kāi)鏈葡萄糖占不到0.024，這是為什么葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯的原因； 4.1.3 單糖的構(gòu)象單糖的構(gòu)象 P106v構(gòu)象：構(gòu)象：分子所采取的特定形態(tài)。因單鍵自由旋轉(zhuǎn)及鍵角有一定柔性，具有相同結(jié)構(gòu)和構(gòu)型的分子在空間可采取多種形態(tài)； v己糖的C-C鍵都保持正常四面體價(jià)鍵的方向，不是在一個(gè)平面上，而是折疊成椅式和船式兩種構(gòu)象： A：椅式：椅式 C：船式：船式 P107圖圖4 - 4 4.2 4.2 重要單糖及

12、其衍生物重要單糖及其衍生物vP107，自學(xué)。單糖及衍生物單糖及衍生物 v糖醇 v糖醛酸 v糖胺 ，又稱氨基糖 v糖苷 單糖磷酸酯單糖磷酸酯（sugar phosphate ester）v單糖磷酸酯廣泛存在于各種細(xì)胞中，是很多代謝途徑中的主要參加者： 如：D-D-葡糖葡糖-1-1-磷酸、磷酸、D-D-葡糖葡糖-6-6-磷酸、磷酸、D-D-果糖果糖-6-6-磷酸、磷酸、D-D-果糖果糖-1,6-1,6二磷酸、二磷酸、D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸、二羥丙酮磷磷酸、二羥丙酮磷酸酸等是糖酵解途徑的中間物；v待續(xù)；續(xù)：續(xù)：?jiǎn)翁橇姿狨翁橇姿狨D-D-赤蘚糖赤蘚糖-4-4-磷酸、磷酸、D-D-核糖核

13、糖-5-5-磷酸、磷酸、D-D-木酮糖木酮糖-5-5-磷酸、磷酸、D-D-核酮糖核酮糖-5-5-磷酸和磷酸和D-D-景天庚酮糖景天庚酮糖-7-7-磷酸磷酸等是戊糖磷酸途徑和光合作用的Calvin循環(huán)中的中間物；v核糖糖苷的磷酸酯（核苷酸），如腺苷一磷酸腺苷一磷酸(AMP)(AMP)、腺苷二磷酸腺苷二磷酸(ADP)(ADP)和腺苷三磷酸和腺苷三磷酸(ATP)(ATP)等，都是代謝中的重要磷酸酯； 生物學(xué)中最重要的幾個(gè)單糖磷酸酯的結(jié)構(gòu)式生物學(xué)中最重要的幾個(gè)單糖磷酸酯的結(jié)構(gòu)式 單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用（閱讀）（閱讀）v糖的磷酸酯酸性比正磷酸（H3PO4

14、）還強(qiáng)，頭兩步解離的pKa分別約為12和67，這些化合物在細(xì)胞內(nèi)（pH約7.2）是以1價(jià)陰離子和2價(jià)陰離子的混合物存在的；v單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用之一是防止它們擴(kuò)散到細(xì)胞外，因?yàn)楹呻姷姆肿右话悴荒艽┰缴锬ぃ?4.3 4.3 寡糖寡糖 P109v寡糖是由210個(gè)左右單糖通過(guò)糖苷鍵糖苷鍵連接而成的糖類物質(zhì)，有的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；v寡糖與多糖之間無(wú)絕對(duì)界線；v已知的寡糖不下500種（主要存在于植物中）；糖苷和糖苷鍵糖苷和糖苷鍵 寡糖結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（閱讀）寡糖結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（閱讀）1. 參與組成的單糖單位參與組成的單糖單位（1）有些寡糖如麥芽糖麥芽糖由同一種單糖（葡萄糖殘基）組 成；（2）有）有些

15、寡糖由兩種或多種不同單糖組成，如蔗糖蔗糖，含 葡萄糖和果糖兩種殘基；2. 參與成鍵（糖苷鍵）的碳原子位置參與成鍵（糖苷鍵）的碳原子位置v兩個(gè)單糖殘基之間的連接有多種方式, 有11（海藻糖）、12（蔗糖）、14（纖維二糖）和l6（龍膽二糖）；v13和l5較少見(jiàn)；3. 參與成鍵的每一異頭碳羥基的構(gòu)型（異頭走向）參與成鍵的每一異頭碳羥基的構(gòu)型（異頭走向）v構(gòu)型可以是型如麥芽糖和蔗糖，型如纖維二糖和乳糖； 二糖二糖 P110圖圖4-8v重要的二糖包括蔗糖、麥蔗糖、麥芽糖、乳糖芽糖、乳糖等；等；（1 1）麥芽糖）麥芽糖：由兩分子葡萄糖單體脫水縮合形成；（2 2）蔗糖）蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖縮合

16、形成;（3 3）乳糖）乳糖：由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成； 三三 糖糖v三糖中的棉子糖與人類關(guān)系較大，常見(jiàn)于許多植物，尤其是棉子與甜菜中；v它不能使Fehling試劑還原；v與酸共煮時(shí)，棉子糖即行水解，生成葡萄糖、果糖和半乳糖各一分子；v在蔗糖酶作用下，由棉子糖中分解出果糖而留下密二糖；在密二糖酶作用下，密二糖水解成半乳糖和蔗糖。 4.4 多多 糖糖1. 由多個(gè)單糖單位構(gòu)成的糖類物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量極大：從30 000到400 000 000；2. 多不溶于水；3. 屬非還原糖（因很大的分子只有一個(gè)還原末端）,不呈變旋現(xiàn)象，無(wú)甜味，一般不能結(jié)晶；v根據(jù)生物來(lái)源不同：有植物多糖、動(dòng)物多糖、

17、微生物多糖；v重要多糖：淀粉、糖原、纖維素、氨基葡聚糖等；4.5 多糖代表物多糖代表物 4.5.1 淀粉淀粉 P1121.由D-葡萄糖組成；2.幾乎存在于所有綠色植物的多數(shù)組織中； 3.在酸和淀粉酶作用下被降解：淀粉淀粉紅色糊精紅色糊精無(wú)色糊精無(wú)色糊精麥芽糖麥芽糖葡萄糖葡萄糖；4.用熱水溶解淀粉時(shí)，可溶部分為“直鏈淀粉”，不溶部分為 “支鏈淀粉” ；（1）直鏈淀粉：-D-葡萄糖以1,4苷鍵連接；（2）支鏈淀粉：-D-葡萄糖以1,6糖苷鍵連接， 具有很多分支； 4.5.2 糖原糖原 P1121.是動(dòng)物和細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)糖及其能源的貯存形式；2.作用：與淀粉在植物中作用一樣，故有“動(dòng)物淀粉”之稱； 3.與支鏈淀粉相似，分支較支鏈淀粉更多。每個(gè)分支平均長(zhǎng)度相當(dāng)于1218個(gè)葡萄糖殘基；4.在生物體內(nèi)能酶促合成和降解；5.糖原較易分散在水中，與碘反應(yīng)呈紅紫色； 4.5.3 纖維素纖維素 P P1131. 由許多-D-葡萄糖分子以 (1-4)糖苷鍵連接，直鏈， 鏈間彼此平行，鍵間葡萄糖的羥基之間極易形成氫鍵；2. 與淀粉一樣，是一種復(fù)雜多糖，不溶于水；3. 在酸作用下水解，經(jīng)過(guò)一系列中間產(chǎn)物，形成葡萄糖： 纖維素纖維素纖維素糊精纖維素糊精纖維二糖纖維二糖葡萄糖葡萄糖4.5.4 半