糖類的結(jié)構(gòu)與功能解析課件

1、第三章 糖類的結(jié)構(gòu)與功能主要內(nèi)容主要介紹糖類的概念、分類以及單糖、二糖和多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能。一、糖類的概念與分類糖是自然界分布廣泛，數(shù)量最多的有機化合物。幾乎所有的動物、植物和微生物體內(nèi)都含有糖類。糖也稱碳水化合物（carbohydrate），用Cm(H2O)n表示。碳水化合物這個名稱并不確切。 糖是多羥醛或多羥酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱。 糖類的主要生物學(xué)作用是生物體主要的能量來源（糖酵解）。 可轉(zhuǎn)變?yōu)樯匦璧钠渌镔|(zhì)，如脂類、蛋白質(zhì)等。 可作為生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如纖維素。 是細胞識別和信號傳遞的重要參與者。 分 類1.按組成：單糖（ monosaccharide）、寡糖（o

2、ligosaccharide）、多糖（polysaccharide）。 單糖（monosaccharide）：是多羥醛或多羥酮 （1）碳原子數(shù)目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。 （2）醛糖、酮糖：如葡萄糖、果糖。 寡糖（oligosaccharide）：又稱低聚糖，由210分子單糖結(jié)合而成。可分為二糖、三糖、四糖、五糖等。多糖（polysaccharide）：由多分子單糖或單糖 的衍生物聚合而成。 （1）同多糖（homopolysaccharide）：由同一種單 糖聚合而成，如淀粉、糖原、纖維素等。 （2）雜多糖（heteropolysaccharide）：由不同種 單糖或單糖的衍生物聚合而

3、成，如透明質(zhì)酸等。 3.按有無支鏈：直鏈糖、支鏈糖4.按功能：結(jié)構(gòu)多糖、貯存多糖、抗原多糖等5.按分布：胞內(nèi)、胞外、胞壁多糖4.1、單糖4.1.1單糖的構(gòu)型單糖是多羥基醛或酮?？筛鶕?jù)C原子的數(shù)目或羰基的類型進行分類。最簡單的單糖是甘油醛和二羥丙酮。D-、L-構(gòu)型距醛基最遠的不對稱C上的羥基在左邊的為L-型糖，在右邊的為D-型糖。單糖的構(gòu)型（configuration）：D型和L型以甘油醛作標準 旋光異構(gòu)旋光性：使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)。旋光度：任何一種具有旋光性的物質(zhì)在一定條件下均可使偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)一定角度稱為旋光度。它是一個物理常數(shù)。為比旋光度,是指在1g/ml的溶液中,旋光管

4、為1dm時的旋光度。a為旋光度，c為溶質(zhì)濃度（g/ml），l為旋光管長（dm），為入射波長，t為溫度。變旋現(xiàn)象（mutarotation）一個有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改變的現(xiàn)象稱為變旋。變旋的原因：-Glc鏈式Glc -Glc（旋光異構(gòu)體間的相互轉(zhuǎn)化）。How many stereoisomers does an aldohexose contain ?4.1.2單糖的結(jié)構(gòu)自然界中戊糖和已糖有兩種不同的結(jié)構(gòu)：多羥基醛的開鏈形式和半縮醛形式。葡萄糖多以吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)存在（1-5縮合），而戊糖多以呋喃環(huán)形式存在。+鏈狀環(huán)狀互變 -D-吡喃葡萄糖（37）醛式（鏈式）葡萄糖-D-吡喃葡萄糖(63%

5、)-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖The chair form is more stable because of less steric hindrance as the axial positions are occupied by hydrogen atoms. b-D-glucopyranose steric hindrance(predominated form)4.1.3單糖的構(gòu)象C11C-型吡喃葡萄的半縮醛羥基是直立鍵，而-型吡喃葡萄的半縮醛羥基是平伏鍵，所以-構(gòu)型更為穩(wěn)定。4.2自然界存在的重要單糖及其衍生物自然界中存在的單糖數(shù)目要低于其光學(xué)異構(gòu)體的理論數(shù)目。常見的單糖有醛糖、

6、酮糖、脫氧糖、分枝糖、氨基糖等。重要衍生物有糖醇、糖醛酸、氨基糖及糖苷、糖酯。重要的單糖糖醇：較穩(wěn)定，有甜味。如甘露醇、山梨醇。糖醛酸：由單糖的伯醇基氧化而得到，如葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸。氨基糖：糖中的羥基為氨基所取代。糖苷：單糖的半縮醛上羥基與非糖物質(zhì)的羥基形成的縮醛結(jié)構(gòu)。4.3、寡糖（oligosaccharide）寡糖是少數(shù)單糖（2-10個）縮合的聚合物。自然界中最常見的寡糖是雙糖（disaccharide ）。重要的雙糖有麥芽糖、蔗糖、乳糖等。麥芽糖（maltose） 麥芽糖是由2分子D-葡萄糖通過-1，4糖苷鍵連接而成。蔗糖（Sucrose）的結(jié)構(gòu)乳糖（lactose） 乳糖由1分子

7、D-半乳糖和1分子D-葡萄糖通過-1，4糖苷鍵連接而成。 糖的甜度（sweetness） 糖 甜度 糖 甜度果糖 轉(zhuǎn)化糖 蔗糖 葡萄糖 木糖 173.3 130 100 74.3 40鼠李糖 麥芽糖 半乳糖 棉子糖 乳糖 32.5 32.5 32.1 22.6 16.1二糖總結(jié) 蔗糖 麥芽糖 乳糖 組成（均為D型） 苷鍵 旋光 變旋 還原性 成脎 1Glc,1Fru ,-1,2 + - - -2Glc -1,4 + + + + 1Glc,1Gal -1,4 + + + +脎 s :含兩個相鄰腙基的一類堿性化合物 osazone。由同一個分子內(nèi)的兩個羰基和兩個分子的苯肼縮合而成4.4、多糖（ p

8、olysaccharide ）多糖是由多個單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物。多糖完全水解時，糖苷鍵斷裂而形成單糖。多糖的功能：纖維素、淀粉、糖原、甲殼素、植物粘液、樹膠、果膠等。性質(zhì)分子量大，沒有還原性和變旋現(xiàn)象，無甜味，大多不溶于水，可形成膠體溶液。多糖的結(jié)構(gòu)主要由單糖組成、糖苷鍵類型以及單糖的排列順序決定。同多糖、雜多糖。Differences between homopolysaccharides and heteropolysaccharidesPolysaccharides (glycans) 分子量高達 2 x 107 D 葡萄糖的儲存形式 淀粉 (植物) amylose (un-

9、branched) amylopection (branched) 糖原 (動物) 結(jié)構(gòu)功能 纖維素 (eg. cotton) 甲殼素 (Arthropods) 粘多糖 (animals)4.5、多糖的代表物簡要介紹（一）淀粉與糖原1.淀粉存在于植物種子與根莖中，是貯存多糖。天然淀粉由直鏈淀粉（內(nèi)層，15-25%）和支鏈淀粉（外層，75-85%）組成。Nonreducing end （NRE）Reducing end （RE）直鏈淀粉（amylose） 直鏈淀粉的空間結(jié)構(gòu)封閉型螺旋線 由D-Glc通過-（1,4）糖苷鍵連接的多糖鏈，空間構(gòu)象是卷曲成螺旋形的，每一回轉(zhuǎn)有6個Glc殘基水溶性較差。

10、支鏈淀粉（amylopectin）支鏈淀粉的空間結(jié)構(gòu)淀粉粒中的直鏈和支鏈淀粉支鏈淀粉形成雙螺旋結(jié)構(gòu)與支鏈或直鏈淀粉形成淀粉粒 非還原端的葡萄糖殘基在能量動員的過程中被酶水解。淀粉水解用酶或酸水解淀粉紅糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖淀粉與碘的反應(yīng)直鏈淀粉呈藍色，支鏈淀粉呈紫紅色，顏色跟糖苷鍵長度有關(guān)。 2.糖原（glycogen）結(jié)構(gòu)與淀粉相似又稱動物淀粉，存于動物的肌肉和肝臟中。與支鏈淀粉的不同在于糖原分子分支多、鏈短結(jié)構(gòu)緊密。 （二）纖維素和半纖維素1.纖維素（Cellulose）自然界中最豐富的有機化合物。植物中含量很高，是植物細胞壁的主要組成成分。是由D-吡喃葡萄糖通過-(1,4) 糖苷鍵連接

11、而成的沒有分支的同多糖。纖維素分子以氫鍵構(gòu)成平行的微晶束，氫鍵很多，故相當牢固2.半纖維素存在于植物的木質(zhì)化部位，如秸稈、種皮、堅果殼、玉米穗軸等，含量各異。半纖維素是植物細胞壁中除纖維素以外其他多糖的總稱。構(gòu)成半纖維素的單糖主要有、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。瓊脂瓊脂由瓊脂糖（Agarose）和瓊脂膠兩多糖（Agaropectin）兩部分組成， 作為膠凝劑的瓊脂糖是不含硫酸酯（鹽）的非離子型多糖，是形成凝膠的組分，其大分子鏈鏈節(jié)在1，3苷鍵交替地相連的-D-吡喃半乳糖殘基和3, 6-L-吡喃半乳糖殘基。而瓊脂果膠是非凝膠部分，是帶有硫酸酯（鹽）、葡萄糖醛酸

12、和丙酮酸醛的復(fù)雜多糖，也是商業(yè)提取中力圖去掉的部分。在工業(yè)上的瓊脂 色澤由白到微黃，具有膠質(zhì)感，無氣味或有輕微的特征性氣味，瓊脂不溶于冷水，易溶于沸水，緩溶于熱水。 （三）殼多糖（幾丁質(zhì)，Chitin）Chitin 由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-(1,4) 糖苷鍵縮合成的同多糖。（四）葡聚糖D-葡萄糖以-（1,6）糖苷鍵縮合為主鏈骨架，以-（1,3）糖苷鍵-（1,4）糖苷鍵構(gòu)成支鏈。葡聚糖凝膠可以制成分子篩，用于柱層析。（五）糖胺聚糖是一種酸性雜多糖，有較大粘性，也稱粘多糖。透明質(zhì)酸（hyaluronic acid） 硫酸軟骨素（動物結(jié)締組織）肝素（heparin） 4.6、糖復(fù)合物是糖類的還

13、原端和其他非糖組分以共價鍵結(jié)合形成的產(chǎn)物，主要有糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖。4.6.1糖蛋白與蛋白多糖糖蛋白（glycoprotein）：以蛋白質(zhì)為主，糖作為輔基，如卵清蛋白（含糖基1）。蛋白多糖：以多糖為主，蛋白或肽類所占比例較少，如粘蛋白（含糖基80）。糖蛋白中糖鏈與肽鏈的連接方式（1）O-糖苷鍵（2）N-糖苷鍵 蛋白聚糖由蛋白質(zhì)和糖胺聚糖通過共價鍵連接而成的大分子復(fù)合物。 生理功能蛋白聚糖主要存在于軟骨、肌腱等結(jié)締組織，構(gòu)成細胞間質(zhì)。由于糖胺聚糖有密集的負電荷，在組織中可吸收大量的水而賦予粘性和彈性，具有穩(wěn)定、支持和保護細胞的作用。 4.6.2糖脂（Glycolipid）與脂多糖（

14、Lipopolysaccharide）是廣泛存在于動物、植物和微生物中的脂類與糖結(jié)合的一類復(fù)合糖。糖脂分為甘油醇糖脂和N-酰基神經(jīng)醇糖脂。甘油醇糖脂由甘油二酯與已糖（主要是Gal、Man、deoxy-Glc等）結(jié)合而成。甘油醇糖脂N-?；拾贝继侵ㄉ窠?jīng)酰胺糖脂）組成：醇（鞘氨醇）、脂酸、糖 根據(jù)糖基的不同，可分為兩大類 （1）腦苷脂：糖基為中性糖 （2）神經(jīng)節(jié)苷脂：糖基中除中性糖基外，還含唾液酸。腦苷脂（腦糖脂，cerebroside） 脂多糖革蘭氏陰性菌細胞壁所具有的復(fù)合多糖。一般由三部分組成：外層低聚糖鏈、中心多糖鏈和脂質(zhì)。Lipopolysaccharides: dominant surface feature