生物化學 第一章 藥糖化學

第一篇生命的分子基礎第一章糖的化學（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、脂類結合之復合糖形式存在。（二）糖的主要生物學作用

1.能源利用、儲存形式。糖原，葡萄糖

2.細胞結構。纖維素，糖胺聚糖等

3.生物活性物質及藥物作用物質。

第一節(jié)概述一、糖的概念、分布及主要生物學作用

1.單糖(monosaccharide)結構最簡單

（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，機體代謝最密切

D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖；D-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)G＋G乳糖(lactose)G+Gal

2.寡糖(oligosaccharide)

單糖縮合的單鏈結構（2~6單糖分子）(1)二糖:兩分子單糖以糖苷鍵連接而成（2）三糖:

棉子糖（半乳糖、葡萄糖、果糖組成）棉子、桉樹，甜菜中存在3.多糖(polysaccharide)

多個單糖分子縮合而成的長鏈結構，分子量很大，均無甜味和還原性。有旋光性。

淀粉(starch)、糖原(glycogen)、纖維素(cellulose)

復合糖（非糖物質結合的）：

糖蛋白、糖脂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，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：（如當歸、枸杞、大黃、艾葉等）多糖。水不溶性多糖：淀粉、纖維素等

2.動物多糖：為水溶性粘多糖。肝素、硫酸軟骨素、透明質酸、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。（二）多糖（生理功能）分類

1.儲能多糖：淀粉、糖原（供能用）

2.結構多糖：

具有硬性和韌性，支撐組織。幾丁質（甲殼素）、纖維素1.均一多糖：同聚多糖，單一單糖組成。homopolysaccharide

淀粉、糖原、糖膠類、幾丁質等。

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

糖與蛋白質共價結合的復合分子,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

糖胺聚糖鏈共價連接于核心蛋白組成，多、復雜。軟骨蛋白聚糖、動脈蛋白聚糖、角膜蛋白聚糖4.結合糖：糖復合物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；

糖為主體的糖脂復合物。胎盤脂多糖等二、重要多糖的化學結構與生理功能（一）淀粉starch

植物多糖，存在于種子、塊根與果實中，大米淀粉達70%~80%。天然淀粉：

均為α-D-葡萄糖縮合的同聚多糖

直鏈淀粉：

α-1，4糖苷鍵直鏈結構，空間結構為空心螺旋狀，6個葡萄糖單位/圈螺旋

支鏈淀粉：

α-1，4糖苷鍵形成多個較短的分子，其之間連接鍵為

α-1，6糖苷鍵（糯米含支鏈淀粉比例高（幾乎達100%），粘稠）

淀粉的性質：冷水中不溶解，加熱淀粉膨脹成糊狀碘反應：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：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：蘭色紅色無色

班氏試劑：陽性（二）糖原glycogen

動物淀粉（肝、肌肉）

α-D-葡萄糖構成的同聚多糖

與支鏈淀粉相似，為帶有α1，6分支點的

α-1，4-葡萄糖多聚物。但分支多（短鏈約含8~10個葡萄糖單位）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

酵母菌及其某些細菌的儲存多糖

為α-1，6-葡萄糖同聚多糖（偶有α-1，2，

α-1，3，α-1，4連接）（四）纖維素cellulose

植物胞壁成分。

結構：

D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵連接的直鏈同聚多糖

不溶于水、稀酸及稀堿（β-1,4鍵對酸較強抵抗力），強酸水解產(chǎn)生D-葡萄糖及纖維二糖。哺乳動物無β-1，4糖苷鍵的水解酶，反芻動物（牛羊）消化道細菌存在水解纖維素的酶。17反應：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。不易被細菌分解，所以作細菌培養(yǎng)基的凝固劑.

D-半乳糖（9個D-半乳糖單位以α-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結合一硫酸基.結構：（五）瓊膠agar瓊脂（海藻多糖）(六)幾丁質chitin

甲殼素或殼多糖

蝦蟹昆蟲夾殼的主要成分、植物、菌類藻類植物細胞壁亦含有。其量僅次于纖維素組成：

N-乙酰氨基葡萄糖通過β-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，透明質酸hyaluronicacid

存在于動物的結締組織、眼球的玻璃體、角膜、關節(jié)液中。具強吸水性，形成粘度很大膠狀液，具黏結與保護細胞的作用。透明質酸酶（細菌、蜂毒）水解透明質酸（異物侵入或藥物擴散）組成：

D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖交替組成線性結構(以β1,3糖苷鍵連接成二糖單位,再以β1,4糖苷鍵同另一二糖單位連接）.2.硫酸軟骨素chondroitinsulfate

體內最多的黏多糖,為軟骨主要成分結構: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、血管壁、腸粘膜中天然抗凝血物質組成:

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α

型，糖醛酸糖苷為β型。肝素中為四糖重復單位。粘多糖的組成成分及分布

名稱主要組成成分分布透明質酸乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸眼球玻璃體臍帶關節(jié)硫酸軟骨素A乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸軟骨、骨硫酸軟骨素B乙酰葡萄糖胺，L-艾杜糖醛酸，硫酸皮膚腱心瓣膜硫酸軟骨素C乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸皮膚臍帶腱軟骨素乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸皮膚硫酸角質素乙酰葡萄糖胺，D-半乳糖，硫酸角膜，肋骨肝素磺酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸肝肺腎、腸粘膜硫酸類肝素乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸肝肺等硫酸軟骨素硫酸角質素硫酸軟骨素B透明質酸（八）細菌多糖

1，肽聚糖peptidoglycan

又稱胞壁質murein

構成細菌細胞壁基本骨架的主要成分

結構：多糖與氨基酸鏈相連的多糖復合物結構中糖以β-1,4鍵連接成二糖重復單位.AA為D-AA。形成的聚合物－－肽聚糖

D－AA肽有抵抗肽水解酶的作用，故對細菌細胞有保護作用。溶菌酶水解肽聚糖結構中β－1,4糖苷鍵，而導致細菌細胞膨脹破裂。（該酶溶解革蘭氏陽性菌機制）青霉素抗菌作用：抑制肽聚糖的生物合成，使得細胞壁不完整，從而導致細菌死亡。2.脂多糖

革蘭氏陰性菌除含有<10%肽聚糖外，含有十分復雜的脂多糖。組成：

外層低聚糖鏈；核心多糖；及脂質。細菌脂多糖的外層低聚糖是使人致病的部分（單糖組分隨菌株而不相同），各種菌核心多糖鏈均相似。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70～80Co熱水抽提，提取液用氯仿：正丁醇（4:1)混合去蛋白質，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?。ńM織中黏多糖與蛋白質共價結合）用蛋白酶水解蛋白或用堿處理，使之間共價鍵斷裂，促使粘多糖釋放，以便于提取。(1)堿液抽提法：原料經(jīng)預處理后，用0.5mol/LNaOH溶液于4Co提取，酸中和。蛋白質用調節(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)條件適當選擇，多種方法同時使用以達到理想的分離結果

1.分級沉淀法：乙醇分級沉淀分離各種硫酸軟骨素。

2.季銨鹽絡合法：表面活化劑與粘多糖聚陰離子形成絡合物，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.固定化凝集素的親和層析法：特異結合單糖和寡糖（可逆）如刀豆凝集素ConA專一與甘露糖基結合。（半乳糖干擾素等）31（三）多糖的降解

制備低聚糖

1.化學降解法：常用亞硝酸控制降解法。污染

2.酶法降解：特異性強。產(chǎn)量低，成本高

3.輻射降解法：使分子電離或激發(fā)，分子間形成化學鍵－輻射交聯(lián)，導致分子鏈斷裂－輻射降解。四、多糖理化性質測定（一）多糖的含量測定：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）多糖純度測定

1.電泳法（高壓電泳）

2.凝膠柱層析法：呈現(xiàn)一個峰為標準

3.紫外掃描法：多糖200nm。純度

4.其它方法：特殊基團，紙層析等33（三）多糖分子量測定（物理方法）

1.凝膠柱層析法：已知分子量的多糖作標準

2.特性黏度法相似結構多糖決定K值，測出粘數(shù)，計算分子量。性質分析：比旋度測定、溶解度測定。五、多糖的結構分析

復雜（結構與種類多有關），但迄今無一種方法可單獨完成結構分析，需結合應用。

物理方法：紅外光譜、核磁共振譜、質譜、X－射線衍射；化學降解法、酶解法、免疫化學法和放射免疫法（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）

1~3mol/L硫酸或2mol/L三氟乙酸，80~100Co密閉加熱6~8小時完全水解得到單糖；0Co或室溫下水解得到較低分子量的寡聚糖。水解產(chǎn)物用層析法（紙層析、薄層層析、氣相層析）鑒定。水解測出多糖中單糖的組成，并計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。（為酸水解的補充，特異水解1→6糖苷鍵）生成乙?；瘑翁呛鸵阴；烟恰Ｓ脤游龇ㄨb定，從另一角度獲得糖鏈結構信息。3.甲醇解

多糖鏈80~100Co與無水甲醇氯化氫反應，使糖鏈變成單糖的甲基糖苷。將其轉化為三甲基硅醚衍生物或乙?；苌?，氣相層析分子（與標準對照），可得到多糖中單糖成分的定量數(shù)據(jù)（二）多糖結構的甲基化分析

為結構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：單糖（多糖中）（－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）多糖結構的過碘酸氧化及Smith降解過碘酸氧化反應：一種選擇性的氧化降解反應，作用于多糖分子中1,2二羥基和1,2,3-三羥基生成相應的醛或甲醛、甲酸。定量反應：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)物進行還原，進行酸水解或部分酸水解。（改良過碘酸氧化）（室溫下用稀無機酸水解還原產(chǎn)物）結果得到具有特征性的糖鏈的重復單元，獲取多糖結構信息。（四）多糖結構的酶降解測定法

不同性質的糖苷酶或稱多糖酶能作用于不同性質的糖苷鍵，通過順序降解，闡明多糖鏈的一級結構。酶的來源不同，作用有差異。糖苷酶：外切糖苷酶，內切糖苷酶411.外切糖苷酶：只能切下多糖非還原末端的一個單糖。對單糖組成和糖苷鍵有專一性。

(1)β-D-半乳糖苷酶(β-D-galactosidase）

(2)α-D-半乳糖苷酶(α-D-galactosidase）

(3)β-D-甘露糖苷酶(β-D-mannosidase）

(4)α-D-甘露糖苷酶(α-Dmannosidase)(5)α-L-巖藻糖苷酶（α-L-fucosidase)

(6)N-乙酰-β-D-氨基己糖酶（N-acetyl-β-D-hexosaminidase)(7)N-乙酰-α-D-氨基半乳糖苷酶（N-acetyl-α-D-galactosaminidase)2.內切糖苷酶

水解糖鏈內部的糖苷鍵，釋放多糖鏈片段常見內切糖苷酶：(1)內切-N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖酶(endo-N-acetyl-β-D-glucosaminidase)(2)內切-β-D-半乳糖苷酶(endo-β-D-galactosidase)(3)內切-N-乙酰-α-D-氨基半乳糖苷酶

(endo-β-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，釋放完整的糖鏈結構。(1,4)43六、糖鏈與糖蛋白的生物學活性

1.糖鏈與酶活性: