生物化學(xué) 第一章 藥糖化學(xué)課件

1、第一篇 生命的分子基礎(chǔ)第一章 糖的化學(xué)（一）糖的概念、分布 由C、H、O組成的，多羥基醛或多羥基酮及其聚合物和衍生物的總稱。 糖在生物界分布廣、含量多； 可與蛋白質(zhì)、脂類結(jié)合之復(fù)合糖形式存在。（二）糖的主要生物學(xué)作用 1.能源利用、儲(chǔ)存形式。糖原，葡萄糖 2.細(xì)胞結(jié)構(gòu)。纖維素，糖胺聚糖等 3.生物活性物質(zhì)及藥物作用物質(zhì)。 第一節(jié) 概述一、糖的概念、分布及主要生物學(xué)作用 1.單糖(monosaccharide)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單 （1）丙糖:甘油醛 二羥丙酮 （2）丁糖：D-赤蘚糖 D-赤蘚酮糖 （3）戊糖：D-核糖，D-木糖 （4）己糖：數(shù)量最多，機(jī)體代謝最密切 D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖；D

2、-果糖（酮糖） 除葡萄糖外，多以多糖形式存在 （5）庚糖: D-景天庚酮糖，以磷酸酯形式存在二、糖的分類4 蔗糖(sucrose) G+F麥芽糖(maltose)GG乳糖(lactose)G+Gal 2.寡糖(oligosaccharide) 單糖縮合的單鏈結(jié)構(gòu)（26單糖分子）(1)二糖:兩分子單糖以糖苷鍵連接而成7還原性糖種類： 還原性糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖等。 非還原性糖有蔗糖、淀粉、纖維素等，但它們都可以通過水解生成相應(yīng)的還原性單糖。還原性糖概念： 指具有還原性的糖類。 在糖類中，分子中含有游離醛基或酮基的單糖和含有游離醛基的二糖都具有還原性。 葡萄糖分子中含有游離醛基

3、，果糖分子中含有游離酮基，乳糖和麥芽糖分子中含有游離的醛基，故它們都是還原糖。 斐林試劑和班氏試劑都是檢驗(yàn)還原性糖的試劑，二者的使用方法及原理、成分有區(qū)別，與還原糖均生成磚紅色（沉淀）。 第二節(jié) 多糖的化學(xué)一、多糖的分類（一）多糖（按來源）分類 1.植物多糖:水溶性多糖：（如當(dāng)歸、枸杞、大黃、艾葉等）多糖。水不溶性多糖：淀粉、纖維素等 2.動(dòng)物多糖：為水溶性粘多糖。 肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、豬胎盤脂多糖等 3.微生物多糖： 香菇、茯苓、銀耳等的多糖 4.海洋生物多糖： 甲殼素、螺旋藻多糖等。 1.均一多糖：同聚多糖，單一單糖組成。homopolysaccharide 淀粉、糖原、糖膠類、幾

4、丁質(zhì)等。 2.不均一多糖：雜聚多糖，由不同類型單糖縮合而成 heterpolysaccharide 肝素、透明質(zhì)酸、植物中的多糖 3.粘多糖(糖胺聚糖) mucopolysaccharide,glycosaminoglycan 含氮的不均一多糖，通常為糖醛酸及氨基己糖或其衍生物，有的含有硫酸。 透明質(zhì)酸，肝素，硫酸軟骨素（三）多糖（組成成分）分類 （1）糖蛋白glycoproteins 糖與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合的復(fù)合分子,糖少于Pr連接方式： 1）O連接：與AA(ser,thr,Hlys）OH連接為糖苷 2）N連接：與Aln的酰胺基連接，多為糖胺鏈連接（2）蛋白聚糖proteoglycan 糖胺聚糖

5、鏈共價(jià)連接于核心蛋白組成，多、復(fù)雜。 軟骨蛋白聚糖、動(dòng)脈蛋白聚糖、角膜蛋白聚糖4.結(jié)合糖：糖復(fù)合物glycoconjugate（3）糖脂：glycolipids 糖類通過其還原端以糖苷鍵與脂類連接的化合物 各種衍生糖脂（鞘糖脂、甘油糖脂、磷酸多萜醇衍生的糖脂、類固醇衍生的糖脂）（4）脂多糖Lipopolysaccharide； 糖為主體的糖脂復(fù)合物。胎盤脂多糖等淀粉的性質(zhì)： 冷水中不溶解，加熱淀粉膨脹成糊狀 碘反應(yīng)： 直鏈淀粉遇碘產(chǎn)生蘭色 支鏈淀粉遇碘產(chǎn)生紫紅色淀粉水解與碘反應(yīng)： 淀粉 大小不一多糖（糊精） 淀粉糊精 紅糊精 無色糊精 麥芽糖 G 碘反應(yīng)： 蘭色 紅色 無色 班氏試劑： 陽性

6、（二）糖原glycogen 動(dòng)物淀粉（肝、肌肉） -D-葡萄糖構(gòu)成的同聚多糖 與支鏈淀粉相似，為帶有1，6分支點(diǎn)的 -1，4-葡萄糖多聚物。但分支多（短鏈約含810個(gè)葡萄糖單位） 遇碘產(chǎn)生紅色，徹底水解產(chǎn)生 D-葡萄糖（三）葡聚糖dextran 右旋糖酐 酵母菌及其某些細(xì)菌的儲(chǔ)存多糖 為-1，6-葡萄糖同聚多糖 （偶有-1，2， -1，3， -1，4連接）17反應(yīng)： 成酯：纖維素中葡萄糖的自由羥基與酸成酯 纖維素與濃硝酸-硝化纖維素（酯） 醫(yī)藥化學(xué)工業(yè)原料（火棉膠，炸藥原料） 纖維素與醋酸成醋酸纖維素： 多種塑料的原料 ，生化試劑等。 瓊膠能吸水膨脹，不溶于冷水，但可熱水成溶膠，冷卻后成凝膠。

7、不易被細(xì)菌分解，所以作細(xì)菌培養(yǎng)基的凝固劑. D-半乳糖（ 9個(gè)D-半乳糖單位以-1，3-糖苷鍵連接）與L-半乳糖以1,4-糖苷鍵相連,L-半乳糖C6結(jié)合一硫酸基.結(jié)構(gòu)：（五）瓊膠agar 瓊脂（海藻多糖）(六)幾丁質(zhì)chitin 甲殼素或殼多糖 蝦蟹昆蟲夾殼的主要成分、 植物、菌類藻類植物細(xì)胞壁亦含有。 其量?jī)H次于纖維素組成： N-乙酰氨基葡萄糖通過-1，4糖苷鍵連接起來的同聚多糖。 為醫(yī)藥、化工及食品行業(yè)輔料 （七）黏多糖 1，透明質(zhì)酸hyaluronic acid 存在于動(dòng)物的結(jié)締組織、眼球的玻璃體、角膜、關(guān)節(jié)液中。 具強(qiáng)吸水性，形成粘度很大膠狀液，具黏結(jié)與保護(hù)細(xì)胞的作用。 透明質(zhì)酸酶（細(xì)

8、菌、蜂毒）水解透明質(zhì)酸（異物侵入或藥物擴(kuò)散）組成： D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖交替組成線性結(jié)構(gòu)(以1,3糖苷鍵連接成二糖單位,再以1,4糖苷鍵同另一二糖單位連接）.2.硫酸軟骨素chondroitin sulfate 體內(nèi)最多的黏多糖,為軟骨主要成分結(jié)構(gòu): 二糖的聚合物(ABC三種) A:葡萄糖醛酸-1,3-N-乙酰氨基半乳糖？ -4-硫酸酯 B:艾杜糖醛酸-1,3-N-乙酰氨基半乳糖？ -4-硫酸酯 C:葡萄糖醛酸-1,3-N-乙酰氨基半乳糖？ -6-硫酸酯 硫酸軟骨素B-硫酸皮膚素(存在于皮膚的黏多糖) 半乳？葡萄糖 降血脂和緩和的抗凝血作用。3.肝素heparin 存在于肝、肺、

9、血管壁、腸粘膜中天然抗凝血物質(zhì)組成: 硫酸氨基葡萄糖、葡萄糖醛酸和艾杜糖醛酸的硫酸酯。 氨基葡萄糖苷為 型，糖醛酸糖苷為型。 肝素中為四糖重復(fù)單位。硫酸軟骨素硫酸角質(zhì)素硫酸軟骨素B透明質(zhì)酸（八）細(xì)菌多糖 1，肽聚糖peptidoglycan 又稱胞壁質(zhì)murein 構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁基本骨架的主要成分 結(jié)構(gòu)：多糖與氨基酸鏈相連的多糖復(fù)合物 結(jié)構(gòu)中糖以-1,4鍵連接成二糖重復(fù)單位. AA為D-AA。 形成的聚合物肽聚糖 DAA肽有抵抗肽水解酶的作用，故對(duì)細(xì)菌細(xì)胞有保護(hù)作用。 溶菌酶水解肽聚糖結(jié)構(gòu)中1,4糖苷鍵，而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膨脹破裂。（該酶溶解革蘭氏陽性菌機(jī)制） 青霉素抗菌作用： 抑制肽聚糖的生物合

10、成，使得細(xì)胞壁不完整，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。27三、多糖提取、分離和純化的原理（一）多糖的提取與分離 來源不同，提取方法各異第一類 難溶于水，可溶于稀堿液。 主要是膠類，如木聚糖、半乳聚糖 原料粉碎后用0.5mol/LNaOH水溶液提取，后中和、濃縮，最后加入乙醇，得粗糖沉淀物第二類 易溶于溫水，難溶于冷水的多糖。 可用7080C熱水抽提，提取液用氯仿：正丁醇（4:1)混合去蛋白質(zhì)，經(jīng)透析，濃縮后再加入乙醇即得粗多糖產(chǎn)物第三類黏多糖的提取 （組織中黏多糖與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合） 用蛋白酶水解蛋白或用堿處理，使之間共價(jià)鍵斷裂，促使粘多糖釋放，以便于提取。(1)堿液抽提法： 原料經(jīng)預(yù)處理后，用0.5mol/

11、LNaOH溶液于4C提取，酸中和。蛋白質(zhì)用調(diào)節(jié)pH、加熱或用白陶土吸附去除。最后以乙醇沉淀即可獲成品。軟骨中提取軟骨素即用此法。(2)蛋白水解酶消化法 組織中釋出粘多糖的方法 蛋白水解酶：木瓜蛋白酶及鏈霉蛋白酶 經(jīng)酶消化的提取液用5%三氯醋酸去蛋白（或透析），乙醇沉淀粘多糖。（二）多糖的純化 方法多，根據(jù)條件適當(dāng)選擇，多種方法同時(shí)使用以達(dá)到理想的分離結(jié)果 1.分級(jí)沉淀法：乙醇分級(jí)沉淀分離各種硫酸軟骨素。 2.季銨鹽絡(luò)合法： 表面活化劑與粘多糖聚陰離子形成絡(luò)合物，水不溶。 3.離子交換層析： 利用pH及鹽濃度梯度分離各種多糖 4.制備性區(qū)帶電泳： 利用分子大小、形狀、電荷區(qū)分 5.固定化凝集素的

12、親和層析法： 特異結(jié)合單糖和寡糖（可逆） 如刀豆凝集素ConA專一與甘露糖基結(jié)合。（半乳糖干擾素等）31（三）多糖的降解 制備低聚糖 1.化學(xué)降解法：常用亞硝酸控制降解法。污染 2.酶法降解：特異性強(qiáng)。 產(chǎn)量低，成本高 3.輻射降解法：使分子電離或激發(fā)，分子間形成化學(xué)鍵輻射交聯(lián)，導(dǎo)致分子鏈斷裂輻射降解。四、多糖理化性質(zhì)測(cè)定（一）多糖的含量測(cè)定：方法多種 硫酸蒽酮法，硫酸苯酚法 （己糖基、戊醛糖、己糖醛酸） 硫酸卡唑法（糖醛酸） 乙酰丙酮顯色法（氨基葡萄糖）（二）多糖純度測(cè)定 1.電泳法（高壓電泳） 2.凝膠柱層析法：呈現(xiàn)一個(gè)峰為標(biāo)準(zhǔn) 3.紫外掃描法：多糖200nm。純度 4.其它方法：特殊基團(tuán)

13、，紙層析等33（三）多糖分子量測(cè)定（物理方法） 1.凝膠柱層析法： 已知分子量的多糖作標(biāo)準(zhǔn) 2.特性黏度法 相似結(jié)構(gòu)多糖決定K值，測(cè)出粘數(shù)，計(jì)算分子量。性質(zhì)分析：比旋度測(cè)定、溶解度測(cè)定。五、多糖的結(jié)構(gòu)分析 復(fù)雜（結(jié)構(gòu)與種類多有關(guān)），但迄今無一種方法可單獨(dú)完成結(jié)構(gòu)分析，需結(jié)合應(yīng)用。 物理方法： 紅外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜、X射線衍射；化學(xué)降解法、酶解法、免疫化學(xué)法和放射免疫法（一）多糖組成成分的分析 了解何種單糖組成及之間的比例 以片段為單位分析。1.酸水解（完全酸水解，部分酸水解） 13mol/L硫酸或2mol/L三氟乙酸，80100C密閉加熱68小時(shí)完全水解得到單糖；0 C或室溫下水解得到較

14、低分子量的寡聚糖。 水解產(chǎn)物用層析法（紙層析、薄層層析、氣相層析）鑒定。 水解測(cè)出多糖中單糖的組成，并計(jì)算各單糖成分間分子比。2.乙酰解 乙酐：乙酸：水（10:10:1)混合液中加熱，使一定的糖苷鍵處斷裂。 （為酸水解的補(bǔ)充，特異水解16糖苷鍵） 生成乙?；瘑翁呛鸵阴；烟?。 用層析法鑒定，從另一角度獲得糖鏈結(jié)構(gòu)信息。3.甲醇解 多糖鏈80100C與無水甲醇氯化氫反應(yīng)，使糖鏈變成單糖的甲基糖苷。將其轉(zhuǎn)化為三甲基硅醚衍生物或乙酰基衍生物，氣相層析分子（與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照），可得到多糖中單糖成分的定量數(shù)據(jù)（二）多糖結(jié)構(gòu)的甲基化分析 為結(jié)構(gòu)分析最有力的手段之一 1.部分甲基化的糖醇乙酰衍生物產(chǎn)生：?jiǎn)翁牵ǘ嗵?/p>

15、中） （OH全部生成甲醚） （甲基化試劑）游離羥基生成甲醚，水解、釋放 （Hakomori法）甲基化單糖 硼氫化鈉還原糖醇 乙?；糠旨谆奶谴家阴Ｑ苌铮庀嗌V質(zhì)譜分析） 闡明單糖種類和比例，及連接方式（鍵型，糖苷鍵位置）。（三）多糖結(jié)構(gòu)的過碘酸氧化及Smith降解過碘酸氧化反應(yīng)： 一種選擇性的氧化降解反應(yīng)，作用于多糖分子中1,2二羥基和1,2,3-三羥基生成相應(yīng)的醛或甲醛、甲酸。定量反應(yīng)：高碘酸的消耗與甲醛甲酸的生成，判斷糖苷鍵位置，直鏈多糖的締合度、支鏈多糖的分支數(shù)目等。 1,2-糖苷鍵1,3糖苷鍵1,4糖苷鍵1,6糖苷鍵高碘酸過程產(chǎn)物氧化后硼氫化鈉（鉀）還原生成多羥基化合物 HCl

16、稀水解甘油甘油醛 還原水解原單糖氧化還原水解赤蘚糖乙醇醛 氧化還原水解甘油 乙醇醛Smith降解： 將過碘酸氧化產(chǎn)物進(jìn)行還原，進(jìn)行酸水解或部分酸水解。（改良過碘酸氧化） （室溫下用稀無機(jī)酸水解還原產(chǎn)物） 結(jié)果得到具有特征性的糖鏈的重復(fù)單元，獲取多糖結(jié)構(gòu)信息。（四）多糖結(jié)構(gòu)的酶降解測(cè)定法 不同性質(zhì)的糖苷酶或稱多糖酶能作用于不同性質(zhì)的糖苷鍵，通過順序降解，闡明多糖鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)。酶的來源不同，作用有差異。糖苷酶：外切糖苷酶，內(nèi)切糖苷酶411.外切糖苷酶：只能切下多糖非還原末端的一個(gè)單糖。對(duì)單糖組成和糖苷鍵有專一性。 (1) -D-半乳糖苷酶( -D-galactosidase） (2) -D-半乳糖

17、苷酶( -D-galactosidase） (3) -D-甘露糖苷酶(-D-mannosidase） (4) -D-甘露糖苷酶(-D mannosidase) (5) -L-巖藻糖苷酶（-L-fucosidase) (6) N-乙酰-D-氨基己糖酶（N-acetyl-D-hexosaminidase) (7) N-乙酰-D-氨基半乳糖苷酶（N-acetyl-D-galactosaminidase) 2.內(nèi)切糖苷酶 水解糖鏈內(nèi)部的糖苷鍵，釋放多糖鏈片段常見內(nèi)切糖苷酶：(1)內(nèi)切-N-乙酰- -D-氨基葡萄糖酶(endo-N-acetyl- -D-glucosaminidase)(2)內(nèi)切- -D

18、-半乳糖苷酶(endo- -D-galactosidase)(3) 內(nèi)切-N-乙酰-D-氨基半乳糖苷酶 (endo-D-galactosaminidase)(4)肽-N-聚糖水解酶分為兩類： 水解糖糖之間連接鍵，釋放片段(2)； 水解單糖氨基酸或單糖多肽之間的連接鍵，釋放完整的糖鏈結(jié)構(gòu)。(1,4)43六、糖鏈與糖蛋白的生物學(xué)活性 1. 糖鏈與酶活性: 糖鏈在酶的新生肽鏈折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)和保護(hù)方面起作用；有些酶活性與糖鏈無關(guān)，有些酶活性依賴糖鏈的存在。 2. 糖鏈與激素: 糖蛋白類激素活性（受體親和力和半衰期）與糖鏈有關(guān)； 3. 糖鏈與IgG活性: IgG結(jié)構(gòu)中糖鏈與其功能有關(guān)；某些位點(diǎn)糖鏈的缺失可導(dǎo)致自身免疫性疾病。 4. 糖鏈與介導(dǎo)的細(xì)胞識(shí)別功能: 膜受體蛋白多為糖蛋白，此類蛋白中糖鏈結(jié)構(gòu)影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而影響其識(shí)別功能。44第三節(jié) 以糖類為基礎(chǔ)的藥物研究一