糖類的結(jié)構(gòu)和功能1

1、生物化學(xué)生物化學(xué)楊楊 晶晶生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院北京化工大學(xué)科技大廈西配樓北京化工大學(xué)科技大廈西配樓613613室室010-64427578010-2、生物化學(xué)的涵義：、生物化學(xué)的涵義： 生物化學(xué)是生物化學(xué)是 研究生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的科學(xué)。研究生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的科學(xué)。 它主要是利用化學(xué)的理論和方法研究生命現(xiàn)象。它主要是利用化學(xué)的理論和方法研究生命現(xiàn)象。 3、生物化學(xué)的研究對象和目的、生物化學(xué)的研究對象和目的研究生物體內(nèi)的化學(xué)分子構(gòu)成，分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能研究生物體內(nèi)的化學(xué)分子構(gòu)成，分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能及其在體內(nèi)代謝過程。及其在體內(nèi)代謝過程。糖類的結(jié)構(gòu)及功能糖類的結(jié)構(gòu)及功能一、糖的定

2、義、分類及功能一、糖的定義、分類及功能糖是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和衍生物的總稱，糖是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和衍生物的總稱，它包括多羥醛、多羥酮、它們的縮聚物及其衍生物。它包括多羥醛、多羥酮、它們的縮聚物及其衍生物。 例如：例如：葡萄糖為多羥基醛葡萄糖為多羥基醛醛糖醛糖（aldose）果糖為多羥基酮果糖為多羥基酮酮糖酮糖（ketose）1糖（糖（saccharide）的定義）的定義 糖是自然界存在的一類有機(jī)物，廣泛存在于動、糖是自然界存在的一類有機(jī)物，廣泛存在于動、植物及微生物體內(nèi)，尤其以植物含量最多，約占干植物及微生物體內(nèi)，尤其以植物含量最多，約占干重重80%以上。以上。 一切生物

3、體維持生命活動所需的能量來源；一切生物體維持生命活動所需的能量來源； 生物體合成其它化合物的基本原料生物體合成其它化合物的基本原料C源；源； 參與細(xì)胞識別和信息傳遞；參與細(xì)胞識別和信息傳遞； 與免疫、血型、細(xì)胞間聯(lián)系有關(guān)。與免疫、血型、細(xì)胞間聯(lián)系有關(guān)。2糖的生理功能：糖的生理功能：一、糖的定義、分類及功能一、糖的定義、分類及功能一、糖的定義、分類及功能一、糖的定義、分類及功能3糖的分類糖的分類按組成及水解情況按組成及水解情況能否水解和水解后的產(chǎn)物分為：能否水解和水解后的產(chǎn)物分為： 單糖：不能被水解為更小的單位，具有一個自由的醛單糖：不能被水解為更小的單位，具有一個自由的醛 基基(酮基酮基)以及

4、兩個以上以及兩個以上OH。 寡糖：由寡糖：由2-10個單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖。個單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖。 如：蔗糖、麥芽糖、乳糖等。如：蔗糖、麥芽糖、乳糖等。 多糖：由多個單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生多個單糖。多糖：由多個單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生多個單糖。 如：如： 淀粉、纖維素、糖原等。淀粉、纖維素、糖原等。 二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)1、單糖的定義及分類、單糖的定義及分類 具有一個自由的醛基具有一個自由的醛基(或酮基或酮基)以及兩個以上羥以及兩個以上羥基的糖類物質(zhì)稱為單糖?；奶穷愇镔|(zhì)稱為單糖。 按含有羰基官能團(tuán)的種類分為：醛糖和酮糖按含有羰基官能團(tuán)的種類分為：醛糖和

5、酮糖甘油醛甘油醛二羥基丙酮二羥基丙酮二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)按所含碳原子的數(shù)目分類按所含碳原子的數(shù)目分類 醛糖醛糖酮糖酮糖丙糖丙糖丁糖丁糖赤蘚糖赤蘚糖 戊糖戊糖木酮糖木酮糖 核酮糖核酮糖己糖己糖半乳糖半乳糖 甘露糖甘露糖 庚糖庚糖 景天庚酮糖景天庚酮糖辛糖辛糖 辛酮糖辛酮糖1、單糖的定義及分類、單糖的定義及分類二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2、單糖的結(jié)構(gòu)、單糖的結(jié)構(gòu)（1）單糖的直鏈結(jié)構(gòu)及）單糖的直鏈結(jié)構(gòu)及D、L構(gòu)型構(gòu)型 例如：甘油醛分子（最簡單的單糖）例如：甘油醛分子（最簡單的單糖） * *二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2、單糖的結(jié)構(gòu)、單糖的結(jié)構(gòu)其他單糖都以

6、甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)比較。其他單糖都以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)比較。3C以上的糖有以上的糖有2個以上不對稱碳個以上不對稱碳C*，故構(gòu)型的確定以距醛基，故構(gòu)型的確定以距醛基（或酮基）最遠(yuǎn)的（或酮基）最遠(yuǎn)的C*為準(zhǔn)：在該為準(zhǔn)：在該C*上的上的OH在右邊為在右邊為D-型糖，型糖， 在在C*上的上的OH在左邊為在左邊為L-型糖。型糖。二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2、單糖的結(jié)構(gòu)、單糖的結(jié)構(gòu)（2）單糖的旋光性）單糖的旋光性 由于單糖分子中含有不對稱碳原子，且分子本身內(nèi)部不由于單糖分子中含有不對稱碳原子，且分子本身內(nèi)部不對稱，因此單糖具有可使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性對稱，因此單糖具有可使平面偏振光的偏振面發(fā)生

7、旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，此性質(zhì)稱為旋光性。旋光物質(zhì)在一定條件下都可使偏振質(zhì)，此性質(zhì)稱為旋光性。旋光物質(zhì)在一定條件下都可使偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)到一定的角度，此角度稱為比旋光度或旋光光的偏振面旋轉(zhuǎn)到一定的角度，此角度稱為比旋光度或旋光率，表示為率，表示為 tD。常用。常用d或（或（+）表示物質(zhì)的右旋性，）表示物質(zhì)的右旋性，l或（或（-）表示物質(zhì)的左旋性。表示物質(zhì)的左旋性。 二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2、單糖的結(jié)構(gòu)、單糖的結(jié)構(gòu)（3）單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與）單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與-構(gòu)型構(gòu)型 五個碳以上單糖除直鏈結(jié)構(gòu)外還可通過醛（酮）基與其它碳五個碳以上單糖除直鏈結(jié)構(gòu)外還可通過醛（酮）基與其它碳原子上的羥基成環(huán)生成

8、半縮醛形式，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。如葡萄糖原子上的羥基成環(huán)生成半縮醛形式，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。如葡萄糖分子分子C1-C5成六元環(huán)成六元環(huán) C1-C4成五元環(huán)成五元環(huán)吡喃糖吡喃糖 呋喃糖呋喃糖HCOHCCOHCCCH2OHHHOOHHHHO123456HCHCOCHCHH2C吡吡喃喃(Pyran)a-D-吡吡喃喃葡葡萄萄糖糖(a-D-Glucopyranose)HCOHCCOHCCCH2OHHHOHHHO123456OHHCCHCHHCO呋呋喃喃(Furan)a-D-呋呋喃喃葡葡萄萄糖糖(a-D-Glucofuranose)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2、單糖的結(jié)構(gòu)、單糖的結(jié)構(gòu)成環(huán)后，成環(huán)后，C1

9、也成為不對稱也成為不對稱C*原子，半縮醛羥基可有兩種不同的原子，半縮醛羥基可有兩種不同的排列方式，由此產(chǎn)生排列方式，由此產(chǎn)生和和兩種異構(gòu)體。兩種異構(gòu)體。、-的確定：的確定： -型：半縮醛羥基與決定型：半縮醛羥基與決定DL構(gòu)型的羥基同側(cè)為構(gòu)型的羥基同側(cè)為 -型；型； -型：半縮醛羥基與決定型：半縮醛羥基與決定DL構(gòu)型的羥基不同側(cè)為構(gòu)型的羥基不同側(cè)為-型。型。 *環(huán)狀結(jié)構(gòu)采用另一種書寫法，即環(huán)狀結(jié)構(gòu)采用另一種書寫法，即Haworth氏透視式結(jié)構(gòu)氏透視式結(jié)構(gòu) 二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2、單糖的結(jié)構(gòu)、單糖的結(jié)構(gòu)Fischer式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)123456123456二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單

10、糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)3、單糖的性質(zhì)、單糖的性質(zhì) 單糖分子除了具有上述的旋光性和變旋性外，由于其分子單糖分子除了具有上述的旋光性和變旋性外，由于其分子結(jié)構(gòu)上存在醛基，酮基，羥基等官能團(tuán)，因此在特定條件下可結(jié)構(gòu)上存在醛基，酮基，羥基等官能團(tuán)，因此在特定條件下可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，酯化反應(yīng)，形成糖苷等反應(yīng)。以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，酯化反應(yīng)，形成糖苷等反應(yīng)。 （1）氧化反應(yīng)）氧化反應(yīng)RCHO2Ag(NH3)2+2OH-RCOO-2Ag3NH3NH4+H2ORCHO2Cu2+5OH-RCOO-Cu2O3H2O斐林氏反應(yīng)斐林氏反應(yīng)杜倫氏反應(yīng)杜倫氏反應(yīng)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)3、單糖的反應(yīng)、單糖的反應(yīng)

11、單糖的醛基和伯醇基都易被氧化單糖的醛基和伯醇基都易被氧化 二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)3、單糖的反應(yīng)、單糖的反應(yīng)（2）酯化反應(yīng)）酯化反應(yīng) 單糖具有多個醇性羥基，故具有醇的性質(zhì)。尤其是半縮單糖具有多個醇性羥基，故具有醇的性質(zhì)。尤其是半縮醛羥基更活潑，容易與酸反應(yīng)生成酯。醛羥基更活潑，容易與酸反應(yīng)生成酯。 二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)3、單糖的反應(yīng)、單糖的反應(yīng)（3）形成糖苷）形成糖苷環(huán)狀單糖是一種半縮醛，它的半縮醛羥基與另一含羥基化合物環(huán)狀單糖是一種半縮醛，它的半縮醛羥基與另一含羥基化合物（或其他非羥基化合物）縮合生成的縮醛類物質(zhì)，稱為糖苷。（或其他非羥基化合物）縮合生成的

12、縮醛類物質(zhì)，稱為糖苷。+二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)二、單糖的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)（1）掌握）掌握D- /L-型和型和 -/ -型的定義，明確兩者的關(guān)系與區(qū)別型的定義，明確兩者的關(guān)系與區(qū)別 單糖的直鏈結(jié)構(gòu)以距醛基最遠(yuǎn)的不對稱碳原子為準(zhǔn)，人單糖的直鏈結(jié)構(gòu)以距醛基最遠(yuǎn)的不對稱碳原子為準(zhǔn)，人 為規(guī)定為規(guī)定D-型和型和L-型。單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)則以半縮醛碳上的型。單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)則以半縮醛碳上的 羥基與決定直鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)型的碳上的羥基處于碳鏈的同一羥基與決定直鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)型的碳上的羥基處于碳鏈的同一 邊者為邊者為 -型；不同邊者為型；不同邊者為 -型。型。（2）單糖具有氧化還原，成酯，成糖苷的能力。）單糖具有氧化還原，成酯，成糖苷的

13、能力。三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖1、寡糖、寡糖若干個單糖間若都以糖苷鍵相連接，單糖基數(shù)為若干個單糖間若都以糖苷鍵相連接，單糖基數(shù)為210個構(gòu)成個構(gòu)成的糖類物質(zhì)，稱為寡糖或低聚糖。的糖類物質(zhì)，稱為寡糖或低聚糖。常見的寡糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖等常見的寡糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖等（1）蔗糖）蔗糖： 葡萄糖葡萄糖果糖果糖。 廣泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。廣泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。因?yàn)槠咸烟桥c果糖結(jié)合成蔗糖后其醛基和酮基都完全喪失，因此，因?yàn)槠咸烟桥c果糖結(jié)合成蔗糖后其醛基和酮基都完全喪失，因此，蔗糖沒有還原性。蔗糖沒有還原性。 OHOHHHOHHOHCH2OHHCH2OHHCH2OHOHHHHO

14、OO12345612345蔗糖 -葡萄糖（葡萄糖（12）果糖苷）果糖苷 或或 -果糖（果糖（21）葡萄糖苷）葡萄糖苷三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖1、寡糖、寡糖（2）麥芽糖麥芽糖：葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖，谷物發(fā)芽的種子中含有麥芽糖，谷物發(fā)芽的種子中含有麥芽糖 淀粉水解后大多能得到麥芽糖。還原性糖淀粉水解后大多能得到麥芽糖。還原性糖 （3）乳糖乳糖：半乳糖半乳糖葡萄糖葡萄糖， 主要存在于動物乳汁中。主要存在于動物乳汁中。 還原性糖。還原性糖。 三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖1、寡糖、寡糖OOHHHHOHHOHCH2OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHH -半乳糖（半乳糖（14）葡萄糖苷）葡萄

15、糖苷三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖 多糖是由多個單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物，包含多糖是由多個單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物，包含20個以上單糖分子，是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子物質(zhì)，廣泛的存?zhèn)€以上單糖分子，是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子物質(zhì)，廣泛的存在于動物，植物中。在于動物，植物中。多糖的共性：無還原性、無變旋現(xiàn)象，無甜味，大多不溶于水。多糖的共性：無還原性、無變旋現(xiàn)象，無甜味，大多不溶于水。常見的幾種多糖：淀粉、糖原、纖維素等。常見的幾種多糖：淀粉、糖原、纖維素等。（1）淀粉：）淀粉：由多個由多個-D-葡萄糖組成。存在于植物的根莖和種子葡萄糖組成。存在于植物的根莖和種子 中。中。直鏈

16、淀粉：直鏈淀粉：-D-葡萄糖，以葡萄糖，以-1，4糖苷鍵相連。糖苷鍵相連。三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖直鏈淀粉直鏈淀粉三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖直鏈淀粉分子的空間構(gòu)象是卷曲成螺旋形的，每一回轉(zhuǎn)為直鏈淀粉分子的空間構(gòu)象是卷曲成螺旋形的，每一回轉(zhuǎn)為6個個葡萄糖基，淀粉在水溶液中混懸時就形成這種螺旋圈。葡萄糖基，淀粉在水溶液中混懸時就形成這種螺旋圈。 由于由于封閉型螺旋線型結(jié)構(gòu)緊密，利于形成較強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵而不利封閉型螺旋線型結(jié)構(gòu)緊密，利于形成較強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵而不利于與水分子接近，因此，直鏈淀粉水溶性較差。于與水分子接近，因此，直鏈淀粉水溶性較差。直鏈淀粉與碘反應(yīng)顯直鏈

17、淀粉與碘反應(yīng)顯藍(lán)色藍(lán)色三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖支鏈淀粉：支鏈淀粉：-D-葡萄糖，以葡萄糖，以-1，4糖苷鍵相連成主鏈，糖苷鍵相連成主鏈， 分支處以分支處以-1，6糖苷鍵相連。糖苷鍵相連。支鏈淀粉高度分支性，利于與溶劑水分子作氫鍵結(jié)合，有助于支支鏈淀粉高度分支性，利于與溶劑水分子作氫鍵結(jié)合，有助于支鏈淀粉分散在水中。支鏈淀粉與碘反應(yīng)變鏈淀粉分散在水中。支鏈淀粉與碘反應(yīng)變紫紅色紫紅色。三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖 （2）糖原）糖原: 動物淀粉動物淀粉 存在：動物體的肝臟（肝糖原），肌肉（肌糖原）存在：動物體的肝臟（肝糖原），肌肉（肌糖原）, ,腎臟（腎糖原腎臟（腎糖原) 結(jié)構(gòu)：以結(jié)構(gòu)：以-D-葡萄糖為基