中山大學生物化學第四章聚糖的化學課件

第四章，聚糖的化學糖類物質是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物；糖類物質可以根據其水解情況分為：單糖、寡糖和多糖；在生物體內，糖類物質主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。4.1糖生物學1988年，牛津大學生化系的德韋克（R.Dwek）在《生化年評》(AnnualReviewofBiochemistry)上,發(fā)表了題為“glycobiology”的綜述，提出了糖生物學這一名稱

糖鏈的多樣性和復雜性由4個核苷酸組成的寡核苷酸，可能的序列僅有24種；而由4個己糖組成的寡糖鏈，可能的序列則多達3萬多種。正是由于糖鏈結構的復雜性，使其可能包含的信息量比核酸和蛋白質大了幾個數量級。美籍華裔科學家王啟輝首先用酶法合成了SLex，當時該四糖的推算價格為20億美元/千克，經他合成后，價格降低了3～4個數量級，并已由Cytel公司生產。Glycomed公司則從中藥甘草中，找到了SLex的類似物甘草素，可用于封閉血管內皮細胞表面的E選擇蛋白，從而達到抗炎的目的。糖的多樣性糖苷4.2均一多糖

多糖可以由一種單糖縮合而成，如戊糖膠(pentosan)，木糖膠(xylan),阿拉伯糖膠(arabinan)、己糖膠(淀粉、糖原、纖維素等)，稱為均一多糖(homopolysacchaide)，也可以由不同類型的單體縮合而成,如結締組織中的透明質酸，稱為不均一多糖(heteropolysaccharide)。多糖在水溶液中不形成真溶液，只能形成膠體，漢有甜味，也無還原性，有旋光性，但無變旋現象。1，淀粉

-淀粉酶可將淀粉水解為麥芽糖。乙酰溴化物與淀粉作用也生成乙酰麥芽糖，由此可見淀粉的組成單位是麥芽糖。用熱水處理淀粉或用極性溶劑處理淀粉都可以將淀粉分為兩種成分；一,種為可溶部分，稱為直鏈淀粉；另一種為不溶部分，稱為支鏈淀粉。淀粉的特性直鏈淀粉分子量約1萬-200萬，250-260個葡萄糖分子，以（14）糖苷鍵聚合而成。呈螺旋結構，遇碘顯紫藍色。支鏈淀粉中除了（14）糖苷鍵構成糖鏈以外，在支點處存在（16）糖苷鍵，分子量較高。遇碘顯紫紅色。直鏈淀粉的結構支鏈淀粉在天然淀粉中約有70-80%的淀粉為支鏈淀粉。支鏈淀粉的分子較直鏈淀粉大得多，一般平均由6000個D-葡萄糖殘基組成。其分子量約為1000,000左右。文獻中也有報導支鏈淀粉的分子量為10,000的情況，但此較低的分子量不可靠。支鏈淀粉的分子甚大，一般應由數千個葡萄糖殘基組成。結構支鏈淀粉中的一些D-葡萄糖也可同樣通過-1,4-糖苷鍵連接成一條長鏈。但是支鏈淀粉在此主鏈上尚可通過-1,6-糖苷鍵形成分支的例鏈。此側鏈一般含有25個D-葡萄糖殘基。側鏈內部的D-葡萄糖殘基仍是通過-1,4—糖苷鍵而相互連接。側鏈上每隔6-7個D-葡萄糖殘基又能再度形成另一分支鏈結構。于是促使支鏈淀粉分子呈現復雜的樹狀分支結構。支鏈淀粉的分支點應具有-1,6-糖苷鍵的結構。2，糖原

糖原為動物體內貯存的主要多糖，此多糖相當于植物體內貯存的淀粉，所以糖原也稱為動物淀粉；高等動物的肝臟和肌肉組織中含有較多的糖原。人類肝臟中的糖原含量可達肝臟于重的百分之—十左右。軟體動物也含有糖原，甚至于在玉米和一些細菌中也曾發(fā)現能合成類似糖原的多糖成分。糖原的結構借助于甲基化作用已證明糖原的主鏈骨架由1-4糖苷鍵聯(lián)接的．-D吡喃葡糖殘基構成，由甲基化作用也同時發(fā)現糖原的甲基化產物中含有較多的1，4，6—三甲基化的-D-吡喃葡萄糖。因此搪原分子具有鉸多的分支結構。支鏈淀粉的分支結構是以24個葡萄糖殘基為其分支的長度，但糖原的分支結構則是平均以12個葡萄糖殘基為其分支的長度。糖原3，纖維素

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖。無論一年生或多年生植物，尤其是各種木材都含布大量的纖維素。植物體內約有50％的碳存在于纖維素的形式。估計地球上綠色植物每年大約凈產有機物15-20×1010。噸，其中纖維素占三分之一至二分之一。棉花、亞麻、芋麻和黃麻部含有大量優(yōu)質的纖維素。木材中的纖維素則常與半纖維素和木質素共同存在。纖維素的結構由葡萄糖以（14）糖苷鍵連接而成的直鏈，天然纖維素為無臭、無味的白色絲狀物。纖維素不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑。不溶于水。植物中纖維素的存在形態(tài)幾丁質的結構幾丁質的水解產物為2-氨基-D-葡萄糖(簡稱為葡糖胺)。目前認為幾丁質是由乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖。因此幾丁質(甲殼質)也可稱為聚乙酰氨基葡糖(或殼多糖)。由幾丁質的提純和部分水解作用可鑒出幾丁質中的寡糖成分，從而證明幾丁質分子為2-乙酰氨基-2-脫氧--D-吡喃葡糖的同聚物；各個殘基都是通過-l，4-糖苷鍵的形式聯(lián)接成不分支的長鏈結構。幾丁質也可視為纖維素的類似物。相當于纖維素的C-2位置上的輕基由乙酰氨基團置換。幾丁質難得單獨存在于自然界，一殷都與蛋白質絡合或呈現共價的結合。

幾丁質的結構4.3不均一多糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan)，又稱為糖胺多糖、粘多糖(mucopolysaccharides)、氨基多糖、酸性糖胺聚糖等。糖胺聚糖通過共價鍵與蛋白質相連接構成蛋白聚糖(proteoglycans)。這類物質存在于軟骨、腔等結締組織中，構成組織間質。各種腺體分泌的潤滑粘液，多富有粘多糖。它在組織成長和再生過程中，在受精過程中以及機體與許多傳染病原(細菌、病毒)的相互作用上都起著重要作用。其代表性物質有透明質酸(hyaluronicacid)、軟骨素4-或6-硫酸(chondroitin4-or6-sulfate)、硫酸皮膚素(dermatansulfate)、硫酸角質素(keratansuIfate)、肝素(heparin)及硫酸乙酰肝素等。細胞壁多糖細胞壁多糖細胞壁多糖粘多糖的結構細胞壁多糖與蛋白的連接透明質酸(hyaluronicacid)透明質酸是糖胺聚糖中結構最簡單的一種，它的結構中含有重復的二糖結構單位如下：功能在高等動物組織中發(fā)現的粘多糖唯有透明質酸同時存在于某些細菌中，如A型鏈球菌。其主要功能是在組織中吸著水，具有潤滑劑的作用。它廣泛分布于哺乳動物體內，特別是滑液、玻璃樣體液中，也存在于關節(jié)液、疏松結締組織、臍帶、皮膚、動脈管壁心臟瓣膜、角膜以及雄雞冠中。軟骨素4-或6-硫酸(chondroitin4-or6-sulfate)分為軟骨素-4-硫酸與軟骨素-6-硫酸兩類。兩者間，除硫酸基位置不同，紅外光譜差別較明顯外，其他許多物理、化學性質都較接近。硫酸軟骨素也含有重復的二糖單位，以軟骨素-6-硫酸為例其結構單位如下：硫酸皮膚素(dermatansulfate)硫酸皮膚素最初是從豬皮中分離出來，后發(fā)現它存在于許多動物組織，如豬胃粘膜、臍帶、肌腱、脾、腦、心瓣膜、鞏膜、腸粘膜、關節(jié)囊、纖維性軟骨等中。它的結構與性質都與硫酸軟骨素的相似，其二精單位結構如下：硫酸角質素(keratansuIfate)

首先從角膜的蛋白水解液中分離出來，后證明它也存在于人的主動脈和人、牛的髓核中。嬰兒幾乎不合硫酸角質索，隨著年齡的增大逐漸增加，直到20—30歲時，它的含量約占肋軟骨中粘多糖總量的50%。硫酸角質素的重復二糖單位結構如下：肝素(heparin)肝中肝素含量最為豐富，因此得名。實際上，它廣泛分布于哺乳動物組織和體液中。豬胃粘膜中含量十分豐富，肺、脾、肌肉和動脈壁肥大細胞中肝素含量也很高。肝索的二糖結構單位如下。除二糖重復單位外還含有糖醛酸分子。肝素的生物意義在于它具有阻止血液凝固的特性。目前輸血時，廣泛以肝素為抗凝劑，臨床上也常用于防止血栓形成。4.4糖蛋白多糖以共價鍵形式與蛋白質連接形成的生物大分子。多糖中多為糖的衍生物，如N-乙酰氨基多糖等（常見的糖是半乳糖或甘露糖）寡糖鏈多是分支的，一般僅含有15個以下的單糖，分子量在540-3200。但糖鏈數目變化很大糖蛋白中糖的組成糖蛋白多肽鏈常攜帶許多短的雜糖鏈。它們通常包括N-乙酰己糠胺和己糖(常是半乳糖和／或甘露糖，而葡萄糖竟較少)。該鏈末端成員常常是唾液酸(sialicacid)或L-巖藻糖(L-fucose)。這種寡糖鏈常分支，很少含多于15個單體的，一般含2—10個單體，分子量相當于540—3,200。糖鏈數目也變化很大。連接方式寡糖鏈與多肽鏈(蛋白質)中的氨基酸以多種形式共價連接，構成糖蛋白的糖肽連接健，簡稱糖肽鍵，糖肽連接鍵的類型可概括如下：1．以絲氨酸、蘇氨酸和羥賴氨酸的羥基為連接點，形成-0-糖苷鍵型；2．以天冬酰胺的酰胺基、N-末端氨基酸的氨基以及賴氨酸或精氨酸的氨基為連接點，形成-N-糖苷鍵型；3．以天冬氨酸或谷氨酸的游離羧基為連接點，形成酯糖苷鍵型；