生物化學第三章糖類

生物化學第三章糖類第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)通論

一、糖類的組成及化學本質糖類物質主要是由碳、氫、氧組成，其分子式通常以Cn(H2O)n表示。由于一些糖分子中氫和氧原子數(shù)之比往往是21，剛好與水分子中氫、氧原子數(shù)的比例相同，過去誤認為此類物質是碳與水的化合物，故有“碳水化合物”之稱。實際上，有些糖如鼠李糖（C6H12O5）和脫氧核糖（C5H10O4）等，它們分子中氫、氧原子數(shù)之比并非21。而一些非糖物質，如甲醛（CH2O）、乳酸（C3H6O3）和乙酸（C2H4O2）,它們分子中氫、氧原子數(shù)之比卻都是21。因此稱糖為碳水化合物并不恰當。只是人們已習慣這樣稱呼了。第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一

糖類物質是含多羥基的醛類或酮類化合物。葡萄糖和果糖是最為典型的例子。它們的鏈狀結構是：

葡萄糖含有一個醛基，六個碳原子，稱己醛糖；而果糖含有一個酮基，六個碳原子，稱己酮糖。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一二、糖的命名與分類1.通俗名稱個別糖的命名，多數(shù)是根據糖的來源給予一個通俗名稱，如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、棉子糖和殼多糖等。2.根據結構醛糖或酮糖3.根據聚合度（1）單糖單糖是不能被水解成更小分子的糖類，也稱簡單糖，如葡萄糖、果糖、核糖等。（2）寡糖能水解成少數(shù)（2-6個）單分子的糖，以雙糖存在最為廣泛。蔗糖、麥芽糖和乳糖是其中的代表。（3）多糖水解時產生20個以上單糖分子的糖類。其中以淀粉、糖原和纖維素最為重要。第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一三、糖類的生物學作用作為生物體的結構成分植物的根、莖、葉含有大量的纖維素、半纖維素和果膠物質等，這些物質構成植物細胞壁的主要成分。屬于雜多糖的肽聚糖是細菌細胞壁的結構多糖。昆蟲和甲殼類的外骨骼也是一種糖類物質，稱殼多糖。作為生物體內的能源物質糖在生物體內（或細胞內）通過生物氧化釋放出能量，供生命活動的需要。生物體內作為能量貯存的糖類有淀粉、糖原等。在生物體內轉變?yōu)槠渌镔|有些糖是重要的中間代謝物，糖類物質通過這些中間物為合成其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一作為細胞識別的信息分子糖蛋白是一類在生物體內分布極廣的復合糖，它們的糖鏈可能起著信息分子的作用，并因此出現(xiàn)了一門新的學科，稱糖生物學。四、旋光異構異構現(xiàn)象同分異構或稱異構（isomerism）,是指存在兩個或多個具有相同分子量的化合物的現(xiàn)象。（1）結構異構由于分子中原子連接的次序不同造成的。（2）立體異構具有相同的結構式，但原子在空間的分布不同。分為幾何異構（順反）和光學異構。第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一旋光性（opticalactivity）當光通過尼科爾棱鏡時，由于棱鏡的結構只允許沿某一平面振動的光波通過，其他光波都被阻斷，這種光稱平面偏振光。當偏振光通過旋光物質的溶液后，光的偏振面會向右（順時針，+）或向左（逆時針，-）旋轉，使偏振面向右旋的物質稱右旋光物質，如（+）-甘油醛；左旋的稱左旋光物質，如（-）-甘油醛。不對稱碳原子是指與四個不同的原子或原子基團共價連接因而失去對稱性的四面體碳，也稱手性碳原子、不對稱中心或手性中心。第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、單糖單糖的種類很多，其中以葡萄糖（游離的、結合形式的）數(shù)量最多，在自然界分布也廣。葡萄糖可以游離存在于水果、谷類、蔬菜和血液中，也可以結合形式存在于麥芽糖、蔗糖、淀粉、糖原、纖維素及其他葡萄糖衍生物中。一、葡萄糖的結構1.葡萄糖的鏈狀結構葡萄糖的分子式為C6H12O6。葡萄糖+Fehling試劑含醛基葡萄糖+乙酸酐→五乙酸酯含5個羥基葡萄糖+鈉汞齊→山梨醇（含六個羥基直鏈醇）直鏈醇第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一由此可知葡萄糖的鏈狀結構是：葡萄糖的構型一個碳原子和四個不同的原子或基團相連時，形成兩種不同的空間排布，構成兩類不同的構型。單糖的構型是以甘油醛為基準進行比較而確定的。第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一D、L是指構型，“+”、“-”指旋光方向。D與“+”、L與“-”并無必然聯(lián)系。D-葡萄糖和D-果糖旋光方向分別為“+”和“-”，而L-葡萄糖和L-果糖旋光方向卻均為“-”。構型與旋光方向是兩種概念。葡萄糖的構象前已證明葡萄糖的鏈狀結構，隨后發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某些物理、化學性質不能用葡萄糖的鏈狀結構來解釋，從而提出葡萄糖具有存在環(huán)狀結構的可能。（1）不能與Schiff(品紅-亞硫酸)發(fā)生紫紅色反應。（2）醛類能與NaHSO3起加成反應，而葡萄糖不能。第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一

葡萄糖以兩種具有不同旋光率的形式存在，這兩種旋光率反映葡萄糖以環(huán)狀糖苷形式存在。將兩種葡萄糖分別溶于水后，不同結構形式的葡萄糖互變，最后達平衡。第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一α-D-(+)-葡萄糖和β-D-(+)-葡萄糖分別占總糖含量的36%和63%，而鏈式結構的葡萄糖僅占總糖含量的1%以下。二、單糖的物理性質與化學性質物理性質（1）旋光性糖類都具有旋光性，這是鑒定糖的一個重要指標，許多單糖在水中都有變旋現(xiàn)象。（2）甜度各種糖的甜度不等，常以蔗糖的甜度為標準（100）進行比較。（3）溶解度單糖分子有多個羥基，具有水溶性，尤其在熱水中溶解度極大，不溶于乙醚、丙醇等有機溶劑。第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一某些糖、糖醇及其他增甜劑的相對甜度第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一2.化學性質（1）異構化（弱堿作用）第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一（2）單糖的氧化

醛基具有還原性，此反應常用于檢驗還原糖，臨床上用于尿糖（葡萄糖）的定性及半定量測定。第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一單糖氧化成糖二酸并測定其旋光性，推測單糖的手性構型。第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一（3）單糖的還原第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一（4）形成糖月殺

糖月殺為黃色結晶，難溶于水。各種糖生成的糖月殺結晶形狀與熔點都不相同，因此常用糖月殺的生成鑒定各種不同的糖。第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一（5）形成糖苷單糖的半縮醛羥基很容易與醇及酚的羥基反應，失水而生成縮醛式衍生物，統(tǒng)稱糖苷。

糖苷與糖的性質很不相同。糖是半縮醛，容易變成游離醛，從而給出醛的各種反應。糖苷屬縮醛，一般不顯示醛的性質。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一（6）形成糖酯與糖醚第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)寡糖寡糖是由2-20個單糖通過糖苷鍵連接而成的糖類物質。一、雙糖1.麥芽糖第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一

麥芽糖大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中。淀粉、糖原被淀粉酶水解也可產生少量麥芽糖。它是由兩個葡萄糖分子縮合失水而成，糖苷鍵型為α（1→4）。麥芽糖分子內有一個游離的苷羥基，具有還原性。且能成月殺，極易被酵母發(fā)酵。如兩分子葡萄糖按α（1→6）糖苷鍵型縮合、失水，則生成異麥芽糖。它存在于分枝淀粉和糖原中。第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一2.蔗糖日常食用的糖主要是蔗糖。甘蔗、甜菜、胡蘿卜和有甜味的果實里面都富含有蔗糖。甘蔗含蔗糖約20%。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖按α

、β（1→2）鍵型縮合、失水形成的。它是植物機體糖的運輸形式。蔗糖很甜，易結晶，易溶于水，較難溶于乙醇。它沒有游離的醛基，因此沒有還原性。第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一纖維二糖它是纖維素的基本結構單位。水解纖維素可得到纖維二糖。它是由兩個分子β-D-葡萄糖按β（1→4）鍵型相連而成。與麥芽糖不同，它是β-葡萄糖苷。二、三糖棉子糖第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一三、環(huán)糊精環(huán)糊精是酶作用于淀粉生成，一般由6、7或8個葡萄糖單位通過α（1→4）糖苷鍵連接而成。第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)多糖多糖也稱聚糖，是由很多個單糖單位構成的糖類物質。自然界中糖類主要以多糖形式存在。多糖是高分子化合物，相對分子量極大，從30000到400000000。它們大多不溶于水，雖然酸或堿能使之轉變?yōu)榭扇苄缘?，但分子會遭受降解，因此多糖的純化是十分困難的。多糖屬于非還原糖，不呈現(xiàn)變旋現(xiàn)象，無甜味，一般