糖類(lèi)的結(jié)構(gòu)與功能

關(guān)于糖類(lèi)的結(jié)構(gòu)與功能第1頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、糖的概念與分類(lèi)二、單糖的構(gòu)型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)象（一）單糖的構(gòu)型（二）單糖的結(jié)構(gòu)（三）單糖的構(gòu)象三、自然界存在的重要單糖及其衍生物第2頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、寡糖五、多糖六、多糖代表物七、糖復(fù)合物第3頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、糖的概念與分類(lèi)P67糖類(lèi)是多羥醛、多羥酮或其衍生物，或水解時(shí)能產(chǎn)生這些化合物的物質(zhì)；大多數(shù)糖類(lèi)物質(zhì)：由碳、氫、氧三種元素組成；實(shí)驗(yàn)式（CH2O）n或Cn（H2O）m；葡萄糖和果糖是它們的典型例子；第4頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月糖和碳水化合物多數(shù)糖中氫和氧的原子數(shù)比例是2:1，故曾稱(chēng)碳的水合物(hydrate)。碳水化合物(carbohydrate)因此得名；后發(fā)現(xiàn)有些糖，如鼠李糖(C6H12O5)、脫氧核糖(C5H10O4)等，其分子中H、O原子數(shù)之比并非2:1，而一些非糖物質(zhì)，如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)等，其分子中H、O之比卻是2:1，所以“碳水化合物”這一名稱(chēng)并不恰當(dāng)；第5頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖和果糖結(jié)構(gòu)式淀粉和纖維素也屬糖類(lèi)，它們是由多個(gè)葡萄糖分子縮合而成的聚合物；己醛糖己酮糖第6頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月糖的分布P67糖類(lèi)廣泛存在于生物界，是地球上數(shù)量最多的一類(lèi)有機(jī)化合物，特別是植物界。地球生物干重的50％以上由葡萄糖的聚合物構(gòu)成；糖類(lèi)物質(zhì)按干重計(jì)：占植物的85％-90％，占細(xì)菌的

10％～30％，動(dòng)物小于2％；地球上糖類(lèi)物質(zhì)及其所含能量的來(lái)源是綠色細(xì)胞進(jìn)行的光合作用；

第7頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月糖的命名P671.俗名：個(gè)別糖的命名根據(jù)糖的來(lái)源給予一個(gè)通俗名稱(chēng)，如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、棉子糖和殼多糖等；2.學(xué)名：

同有機(jī)物；第8頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月糖的分類(lèi)P67糖類(lèi)物質(zhì)根據(jù)它們的聚合度分類(lèi)如下：第9頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.單糖（monosaccharide）

P67不能被水解成更小分子的糖類(lèi)；如葡萄糖、果糖、核糖等；單糖根據(jù)分子中含醛基或酮基分醛糖(aldose)、酮糖(ketose)；依據(jù)分子中所含碳原子數(shù)目n(3～7)分別稱(chēng)三碳糖或稱(chēng)丙糖(triose)…；自然界中最小的單糖：n＝3，最大的單糖：n＝7；有時(shí)碳原子數(shù)目和含羰基的類(lèi)型結(jié)合起來(lái)命名，如已醛糖、庚酮糖等；

第10頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.寡糖（oligosaccharide）由2～20個(gè)左右分子的單糖結(jié)合而成：（1）雙糖（disaccharide，二糖）：水解時(shí)生成2分子單糖，如麥芽糖、蔗糖等；（2）三糖（trisaccharide）：水解時(shí)產(chǎn)生3分子單糖，如棉子糖；（3）四糖（tetrasaccharide）；五糖（pentasaccharide）；六糖（hexasaccharide）等。第11頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.多糖（polysaccharide）水解時(shí)產(chǎn)生約20個(gè)左右以上單糖分子的糖類(lèi)，包括：（1）同多糖(homopolysaccharide)：水解時(shí)只產(chǎn)生一種單糖或單糖衍生物，如糖原、淀粉、殼多糖等；第12頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）雜多糖(heteropolysaccharide)：水解時(shí)產(chǎn)生一種以上的單糖或／和單糖衍生物，如透明質(zhì)酸、半纖維素等；復(fù)合糖或糖復(fù)合物(glycoconijugate)：糖類(lèi)與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物分子形成的共價(jià)結(jié)合物，如糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等；第13頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）糖類(lèi)物質(zhì)的生物學(xué)作用P671.通過(guò)氧化放出大量的能量，以滿足生命活動(dòng)需要；2.轉(zhuǎn)化為生命必需的其他物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等；3.作為生物體的結(jié)構(gòu)，如纖維素是植物的結(jié)構(gòu)糖；4.

糖鏈結(jié)構(gòu)是高密度信息載體；第14頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、單糖的構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象單糖：P68

具有一個(gè)自由醛基或酮基，或有兩個(gè)以上羥基的糖類(lèi)物質(zhì)；第15頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象1.構(gòu)造：原子連接在一起的次序，用結(jié)構(gòu)式表示；2.構(gòu)型：一個(gè)分子由于各原子特有的固定空間排列，使該分子具有的特定立體化學(xué)形式；（D，L）3.構(gòu)象：分子所采取的特定形態(tài)。因單鍵自由旋轉(zhuǎn)及鍵角有一定柔性，具有相同結(jié)構(gòu)和構(gòu)型的分子在空間可采取多種形態(tài)；以葡萄糖為例闡述單糖的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)；第16頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖是由6個(gè)碳原子構(gòu)成的直鏈狀多羥基化合物證明（閱讀）2-1（1）葡萄糖經(jīng)元素組成和相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定，確定其分子式：（CH2O）6，即C6H12O6；（2）葡萄糖能與費(fèi)林氏(Fehling)試劑或其他醛試劑反應(yīng)，證明葡萄糖分子含有醛基；待續(xù)；第17頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖是由6個(gè)碳原子構(gòu)成的直鏈狀多羥基化合物證明（閱讀）2-2（3）葡萄糖能與乙酸酐結(jié)合，并產(chǎn)生具有5個(gè)乙?；难苌铮C明葡萄糖分子含有5個(gè)羥基；（4）葡萄糖經(jīng)鈉汞齊作用，被還原成具有6個(gè)羥基的山梨醇(由6個(gè)碳原子構(gòu)成的直鏈醇)，表明葡萄糖是一直鏈己醛；由此知葡萄糖鏈狀結(jié)構(gòu)式為:第18頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）單糖的構(gòu)型單糖構(gòu)型：D-型，L-型；以距醛基最遠(yuǎn)的不對(duì)稱(chēng)碳原子（分子中離羰基碳最遠(yuǎn)的那個(gè)手性碳原子*）為準(zhǔn)，人為規(guī)定：此碳原子上的-OH與D-甘油醛C2-OH取向相同，為D型糖；反之L型糖；*第19頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月舉例第20頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由D-甘油醛衍生的醛單糖圖示P70表3-2第21頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由D-甘油醛衍生的酮單糖圖示第22頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月旋光度（opticalactivity）使偏振面向右旋的稱(chēng)右旋光物質(zhì),如(＋)-甘油醛，左旋的稱(chēng)左旋光物質(zhì)，如(－)-甘油醛；旋光度：具有旋光性的物質(zhì)在一定條件下使偏振面旋轉(zhuǎn)的角度，用[α]Dt表示；旋光度是旋光性物質(zhì)的一種物理性質(zhì)，在一定條件下是常數(shù)；第23頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）單糖的構(gòu)造P69因隨后發(fā)現(xiàn)葡萄糖的某些理化性質(zhì)不能用糖的鏈狀結(jié)構(gòu)解釋?zhuān)瑥亩岢銎咸烟谴嬖诃h(huán)狀結(jié)構(gòu)的可能；第24頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.葡萄糖不具有典型醛類(lèi)特性（閱讀）（1）缺少Schiff(品紅-亞硫酸)化反應(yīng)（不能使被亞硫酸漂白了的品紅呈現(xiàn)紅色）；（2）難與亞硫酸氫鈉發(fā)生加成反應(yīng)，而醛類(lèi)能；（3）在無(wú)水甲醇中以氯化氫作催化劑時(shí)，得到的是只含一個(gè)甲基的化合物α-甲基葡糖苷，不像簡(jiǎn)單醛類(lèi)那樣得到二甲縮醛，這就意味著半縮醛基的存在：第25頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月半縮醛基第26頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

變旋現(xiàn)象（閱讀）溶液發(fā)生旋光度改變的現(xiàn)象；葡萄糖以?xún)煞N具有不同旋光率的形式存在:（1）[α]20D=＋112.20，稱(chēng)為α-D-（+）型；（2）[α]20D=＋18.70，稱(chēng)為β-D-（+）型；將兩種葡萄糖分別溶于水后，其旋光率都達(dá)到同一恒定值：＋52.6o；變旋是由于分子立體結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化的結(jié)果；第27頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

環(huán)狀半縮醛（閱讀）上述性質(zhì)用環(huán)狀結(jié)構(gòu)解釋即可迎刃而解；葡萄糖以環(huán)狀糖苷形式存在，其C1成為不對(duì)稱(chēng)原子，在水溶液中通過(guò)直鏈(開(kāi)鏈)形式可以互變(差向異構(gòu)化)，經(jīng)一定時(shí)間后達(dá)到平衡，這就是產(chǎn)生變旋現(xiàn)象的原因；葡萄糖成環(huán)時(shí)由醛變成半縮醛，因此只能與一分子甲醇反應(yīng)而生成甲基葡糖苷(一種縮醛)，又由于異頭碳上的羥基可以有兩種取向，因而能形成α、β兩種甲基葡糖苷；第28頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月α-型和β-型葡萄糖1893年，F(xiàn)ischerE提出葡萄糖分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)和Fischer式:

羥基和羰基處于同一分子內(nèi)，可以發(fā)生分子內(nèi)親核加成,導(dǎo)致環(huán)狀半縮醛形成；成環(huán)后，C1成為不對(duì)稱(chēng)原子，其上的羥基與最末的手性碳原子的羥基具有相同取向時(shí)稱(chēng)α-型，反之稱(chēng)β-型；二者互為異頭物；第29頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變（Fischer式）**第30頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯原因（閱讀）葡萄糖的鏈狀與環(huán)狀互變平衡后，α-D-葡萄糖約占36％,β-D-葡萄糖占64％,含游離醛基的開(kāi)鏈葡萄糖占不到0.024％，這是為什么葡萄糖的醛基特性表現(xiàn)不明顯的原因；第31頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.

吡喃糖和呋喃糖開(kāi)鏈單糖形成環(huán)狀半縮醛時(shí)，出現(xiàn)五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu);（1）D-葡萄糖C5上的羥基與C1的醛基加成生成六元環(huán)的吡喃［型］葡糖（glucopyranose）；（2）D-果糖C5上的羥基與C2的酮基加成形成五元環(huán)的呋喃［型］果糖（fructofuranose）；Fischer投影式不能準(zhǔn)確反映糖分子的立體構(gòu)型，Haworth提出了透視式，稱(chēng)Haworth式，并提出了具體書(shū)寫(xiě)規(guī)定；第32頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖的Haworth式第33頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)P69第34頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Fischer式中C*的右向羥基在Haworth式中處于含氧環(huán)面的下方,左向羥基在Haworthh式中處于環(huán)面的上方,形成1-5型氧橋時(shí),繞C4-C5之間的鍵將旋轉(zhuǎn)約109o,結(jié)果C5上的羥甲基旋至環(huán)面上方,C5氫轉(zhuǎn)到環(huán)面下方,當(dāng)決定構(gòu)型的C*羥基參與成環(huán)時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)定位(即含氧環(huán)上的碳原子按序數(shù)順時(shí)針排列)Haworth式中羥甲基在環(huán)平面上方的為D型糖,在環(huán)平面下方的為L(zhǎng)型糖；不論是D型糖還是L型糖,異頭碳羥基與末端羥甲基是反式的為α異頭物,順式的為β-異頭物；

D-葡萄糖由Fischer式改寫(xiě)為Haworth式的步驟D-葡萄糖主要以吡喃糖存在，呋喃糖次之；對(duì)葡萄糖來(lái)說(shuō)，吡喃型比呋喃型穩(wěn)定；D-果糖也以?xún)煞N形式存在；第35頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）單糖的構(gòu)象P69己糖的C-C鍵都保持正常四面體價(jià)鍵的方向，不是在一個(gè)平面上，而是折疊成椅式和船式兩種構(gòu)象：

A：椅式C：船式第36頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、自然界存在的重要單糖及其衍生物P70第38頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單糖磷酸酯（sugarphosphateester）單糖磷酸酯廣泛存在于各種細(xì)胞中，是很多代謝途徑中的主要參加者：如：D-葡糖-1-磷酸、D-葡糖-6-磷酸、D-果糖-6-磷酸、D-果糖-1,6－二磷酸、D-甘油醛-3-磷酸、二羥丙酮磷酸等是糖酵解途徑的中間物；待續(xù)；第39頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月續(xù)：?jiǎn)翁橇姿狨-赤蘚糖-4-磷酸、D-核糖-5-磷酸、D-木酮糖-5-磷酸、D-核酮糖-5-磷酸和D-景天庚酮糖-7-磷酸等是戊糖磷酸途徑和光合作用的Calvin循環(huán)中的中間物；核糖糖苷的磷酸酯（核苷酸），如腺苷一磷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP)等，都是代謝中的重要磷酸酯；第40頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物學(xué)中最重要的幾個(gè)單糖磷酸酯的結(jié)構(gòu)式

第41頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用（閱讀）糖的磷酸酯酸性比正磷酸（H3PO4）還強(qiáng)，頭兩步解離的pKa分別約為1～2和6～7，這些化合物在細(xì)胞內(nèi)（pH約7.2）是以1價(jià)陰離子和2價(jià)陰離子的混合物存在的；單糖磷酸酯以荷電形式存在的生物學(xué)作用之一是防止它們擴(kuò)散到細(xì)胞外，因?yàn)楹呻姷姆肿右话悴荒艽┰缴锬?；?2頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其他單糖及衍生物

糖醇糖醛酸糖胺，又稱(chēng)氨基糖糖苷第43頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、寡糖P71寡糖是由2～20個(gè)左右單糖通過(guò)糖苷鍵連接而成的糖類(lèi)物質(zhì)，有的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜；寡糖與多糖之間無(wú)絕對(duì)界線；已知的寡糖不下500種（主要存在于植物中）；第44頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（閱讀）1.參與組成的單糖單位（1）有些寡糖如麥芽糖由同一種單糖（葡萄糖殘基）組成；（2）有些寡糖由兩種或多種不同單糖組成，如蔗糖，含葡萄糖和果糖兩種殘基；第45頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.參與成鍵（糖苷鍵）的碳原子位置兩個(gè)單糖殘基之間的連接有多種方式,有1→1（海藻糖）、1→2（蔗糖）、1→4（纖維二糖）和l→6（龍膽二糖）；1→3和l→5較少見(jiàn)；3.參與成鍵的每一異頭碳羥基的構(gòu)型（異頭走向）構(gòu)型可以是α型如麥芽糖和蔗糖，β型如纖維二糖和乳糖；第46頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（二）二糖重要的二糖包括蔗糖、麥芽糖、乳糖等；1）麥芽糖：由兩分子葡萄糖單體脫水縮合形成；2）蔗糖：由一分子葡萄糖和一分子果糖縮合形成;3）乳糖：由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成；第47頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第48頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）三糖三糖中的棉子糖與人類(lèi)關(guān)系較大，常見(jiàn)于許多植物，尤其是棉子與甜菜中；它不能使Fehling試劑還原；與酸共煮時(shí)，棉子糖即行水解，生成葡萄糖、果糖和半乳糖各一分子；在蔗糖酶作用下，由棉子糖中分解出果糖而留下密二糖；在密二糖酶作用下，密二糖水解成半乳糖和蔗糖。

第49頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、多糖1.由多個(gè)單糖單位構(gòu)成的糖類(lèi)物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量極大：從30000到400000000；2.多不溶于水；3.屬非還原糖（因很大的分子只有一個(gè)還原末端）,不呈變旋現(xiàn)象，無(wú)甜味，一般不能結(jié)晶；根據(jù)生物來(lái)源不同：有植物多糖、動(dòng)物多糖、微生物多糖；重要多糖：淀粉、糖原、纖維素、氨基葡聚糖等；第50頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、多糖代表物第51頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）淀粉P731.由D-葡萄糖組成；2.幾乎存在于所有綠色植物的多數(shù)組織中；3.在酸和淀粉酶作用下被降解：淀粉→紅色糊精→無(wú)色糊精→麥芽糖→葡萄糖；4