生物化学课件chapter-2--糖类的化学

第二章 糖类的化学,§2.1 糖类的概述 §2.2 单糖的结构与性质 §2.3 寡糖的结构与性质 §2.4 多糖的结构与性质,2019/4/21,1,1,1,2019/4/21,2,2,§4.1 糖类的概述,一、糖类的概念 二、糖类的类别 三、糖类的功能,2,糖的概念,定义：糖是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。 元素组成：主要由C、H、O构成，绿色植物经光合作用形成。 俗称碳水化合物，即Cn(H2O)m，有些糖并不符合这一通式，而符合这一通式的不一定是糖。,2019/4/21,3,糖的类别,根据分子大小和成分： 单糖 氨基酸 寡糖(低聚糖) 类似 多肽 多糖 蛋白质 复合糖(结合糖) 结合蛋白,2019/4/21,4,糖类物质的分类,根据其水解情况：单糖、寡糖和多糖。 按碳原子个数：丙糖（3C）、丁糖（4C）、戊糖（5C）、已糖（6C）、庚糖（7C）。 按羰基特点：醛糖（含醛基）、酮糖（含酮基）。 根据组成：糖类、复合糖类（含蛋白、脂等非糖成分）。,2019/4/21,5,糖类的功能,能源物质和结构物质：糖类降解时通过氧化磷酸化作用形成ATP；植物细胞壁，虾、蟹、昆虫等外骨骼的结构物质由糖类转化物聚合而成。 生物体的碳源和前体 物：糖代谢形成许多中间产物或前体，被生物细胞利用并合成一系列其它重要的物质。 生物活性物质：参与分子和细胞特异性识别，如抗体与抗原、激素与受体、病原体与宿主细胞、蛋白质与抑制剂等通过糖链识别后再结合。,2019/4/21,6,§4.2 单糖的结构与性质,一、单糖的概念与种类 二、单糖的结构 三、单糖的性质,2019/4/21,7,单糖的概念,单糖（monosaccharides）：简单的多羟基醛或多羟基酮化合物，不能被水解成更简单的糖类物质，是构成寡糖和多糖的基本单位。 重要的单糖： 醛糖：葡萄糖(6C)、半乳糖(6C)、核糖(5C)、甘油醛(3C) 酮糖类：果糖(6C) 、核酮糖(6C) 、二羟丙酮(3C),2019/4/21,8,手性分子与对映体,2019/4/21,9,旋光性,2019/4/21,10,物理常数与生理特性,2019/4/21,11,历史教训,2019/4/21,12,手性碳与DL构型,2019/4/21,13,D型醛糖的立体结构,D(+)-阿洛糖,D(+)-阿浊糖,D(+)-葡萄糖,D(+)-甘露糖,D(+)-古洛糖,D(-)-艾杜糖,D(+)-半乳糖,D(+)-太洛糖,(allose),(altrose),(glucose),(mannose),(gulose),(idose),(galactose),(talose),D(-)-赤鲜糖,(erythrose),D(-)-苏阿糖,(threose),D(+)-甘油醛,(allose),D(-)-核糖,(ribose),D(-)-阿拉伯糖,(arabinose),D(+)-木糖,(xylose),D(-)-来苏糖,(lysose),2019/4/21,14,D型酮糖的立体结构,D(-)-赤藓酮糖,(erythrulose),D(-)-核酮糖,(ribulose),D(+)-木酮糖,(xylulose),D(+)-阿洛酮糖,(psicose,allulose),D(-)-果糖,(fructose),D(+)-山梨糖,(sorbose),D(-)-太洛酮糖,(tagalose),二羟丙酮,(dihytroasetone),2019/4/21,15,D-甘油醛,3-磷酸甘油醛,甘油醛丙醛糖,2019/4/21,16,二羟丙酮,磷酸二羟丙酮,二羟丙酮丙酮糖,2019/4/21,17,核糖（ribose ） 戊醛糖,2019/4/21,18,D-核酮糖,5-磷酸核酮糖,核酮糖戊酮糖,2019/4/21,19,重要的戊糖,2019/4/21,20,葡萄糖（glucose）已醛糖,D-葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,2019/4/21,21,半乳糖（galactose）已醛糖,2019/4/21,22,果糖（fructose） 已酮糖,2019/4/21,23,D-葡萄糖的Fischer环状结构,转折,旋转,成环,成环,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,2019/4/21,24,D-葡萄糖和D-果糖的吡喃型和呋喃型（Haworth式）,2019/4/21,25,重要的己糖,2019/4/21,26,单糖磷酸酯,2019/4/21,27,葡萄糖是体内糖代谢的中心,葡萄糖是食物糖类物质（如淀粉）的消化产物； 葡萄糖在生物体内可转变成其它的糖，如核糖、果糖、半乳糖、糖原等； 葡萄糖是哺乳动物及胎儿的主要供能物质； 葡萄糖提供氨基酸和脂肪酸合成的碳骨架。,2019/4/21,28,单糖的性质,单糖具有手性碳原子：DL-构型、异构体、旋光性。 还原性：醛基和酮基的还原性，能还原多种弱氧化剂，也是费林定糖法的原理。 呈色反应：在强酸作用下脱水生成呋喃甲醛类化合物，与酚试剂形成有色物质，常用于定性和定量。,2019/4/21,29,单糖的分析测定,2019/4/21,30,§4.3 寡糖的结构与性质,一、寡糖的概念 二、寡糖的种类和结构 三、寡糖的性质 四、环糊精的结构与工业用途,2019/4/21,31,寡糖的概念,寡糖（oligosaccharides）：由26个相同或不同的单糖分子缩合而成的低分子量糖，水解生成相应数量和种类的单糖分子。 重要的寡糖： 双糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖和异麦芽糖 三糖：棉子糖、龙胆三糖和松三糖,2019/4/21,32,双糖,双糖：由两个相同或不同的单糖组成，常见的有蔗糖、麦芽糖、乳糖等。,2019/4/21,33,麦芽糖与乳糖,2019/4/21,34,重要的双糖,蔗糖, -麦芽糖,-乳糖, -纤维二糖,2019/4/21,35,棉籽糖,2019/4/21,36,寡糖的性质,寡糖具有手性碳原子：DL-构型、异构体、旋光性。 变旋性：蔗糖分子不存在半缩醛羟基，没有变旋性；麦芽糖和乳糖存在半缩醛羟基，具有变旋性。 还原性：保留半缩醛羟基的寡糖具有还原性，如麦芽糖和乳糖；没有半缩醛羟基的寡糖不具有还原性，如蔗糖。,2019/4/21,37,常见寡糖的性质,2019/4/21,38,环糊精的分子结构,2019/4/21,39,环糊精（cyclodextrins）：D-吡喃葡萄糖以（14）糖苷键连接的环状分子，是环糊精糖基转移酶催化淀粉降解的产物。,环糊精的性质与用途,特性： 环糊精的环状分子具有刚性，呈现一定的抗酸、抗 碱和抗 酶作用。 环糊精易与小分子或离子形成包含配合物。 用途： 在色谱和电泳方法中分离异构体和对映体。 食品添加剂、调味剂和香精包结材料。 在环境监测和废水处理中的作用。 对脂溶性药物的增溶作用。,2019/4/21,40,§4.4 多糖的结构与性质,一、多糖的概念与种类 二、多糖的结构与性质 均质多糖的结构与性质 非均质多糖的结构与性质 三、复合糖的结构与性质,2019/4/21,41,多糖的概念,多糖（polysaccharides）：多个单糖分子脱水缩合而成的生物大分子，自然界糖类的主要存在形式。 多糖完全水解产物含有二种以上的单糖或单糖衍生物，以及某些非糖小分子化合物。 根据组成特点可分为均质多糖（homo polysaccharides）和非均质多糖（hetero polysaccharides）。,2019/4/21,42,多糖的分类,均质多糖（homo polysaccharides）：由同种单糖分子缩合而成。如淀粉、糖原、纤维素和几丁质等。 非均质多糖（hetero polysaccharides）：由不同种类的单糖分子缩合而成。如糖胺聚糖、琼脂、果胶和细菌多糖等。,2019/4/21,43,多糖的种类与组成,2019/4/21,44,2019/4/21,淀粉是植物养分的储存形式,淀粉颗粒,45,淀粉（starch）,红色: -1,6-糖苷键 蓝色: -1,4-糖苷键,支链淀粉 直链淀粉,2019/4/21,46,直链淀粉的分子结构与特性,（14）葡萄糖苷键 可溶于热水 250300个糖分子 遇碘呈紫蓝色,2019/4/21,47,支链淀粉的分子结构,2019/4/21,48,支链淀粉的特性,主链为（14）葡萄糖苷键，分支点为（16）葡萄糖苷键； 不溶于热水； 单体数6, 000个葡萄糖分子； 遇碘呈紫红色。,2019/4/21,49,2019/4/21,糖原是动物体葡萄糖的储存形式,50,肝细胞的糖原颗粒,糖原颗粒,2019/4/21,51,糖原的分子结构与特性,主链为（14）葡萄糖苷键，分支点为（16）葡萄糖苷键； 溶于水和三氯乙酸，不溶于乙醇和其他有机溶剂； 单体数近30, 000个葡萄糖分子； 遇碘呈红色。,2019/4/21,52,糖原在动物体内的作用,糖原(glycogen) 贮存的主要器官是肝脏和肌肉组织。 肝糖原含量可达肝重的5%，总量为90-100g。 肌糖原含量为肌肉重量的12%，总量为200-400g。 人体内糖原的贮存量有限，一般不超过500g。,2019/4/21,53,纤维素是植物的骨架,氢键,纤维素分子,2019/4/21,55,纤维素的分子结构,2019/4/21,56,纤维素的特性,主链为（14）葡萄糖苷键； 不溶于水、稀酸、稀碱和常用有机溶剂； 单体数8, 000 10000个葡萄糖分子； 自然界的第一大资源，人和高等动物不能利用纤维素，低等动物和某些细菌可利用纤维素。,2019/4/21,57,几丁质（chitin）（甲壳动物、昆虫外壁）,脱乙酰基后为壳聚糖（甲壳胺）,自然界的第二大资源，化学改性(水解、烷基化、磺化、硝化等等）后用途十分广泛（21世纪新材料）,【N-乙酰-2- 氨基-D-葡萄糖（14）糖苷】,2019/4/21,58,壳聚糖的功能与制备,功能：氨基的吸附性 药物(提高免疫力、防治动脉硬化、抗肿瘤、排毒等) 抗菌纤维 工业原料（膜、酶载体） 环保药剂（净水剂、重金属吸附、絮凝剂） 制备方法 原料（虾、蟹壳） 甲壳素,2019/4/21,59,常见均质多糖的组成与来源,2019/4/21,60,非均质多糖 (1),非均质多糖：由几种不同单糖聚合而成。常见： 粘多糖：含氨基己糖的杂多糖总称，由氨基已糖与糖醛酸形成的二糖单位为基本结构单元。如透明质酸（结缔组织）、肝素（抗凝血）和硫酸软骨素等。 琼脂：琼脂糖（聚半乳糖）和琼脂胶（琼脂糖的硫酸酯）的混合物，石花菜科海藻中含量高，造果冻。 果胶：典型的植物多糖，细胞壁间粘连物质，为果胶酸（D-半乳糖醛酸的直链多糖）的甲酯。,2019/4/21,61,非均质多糖(2),细菌多糖：细菌细胞壁的骨架结构，由N-乙酰葡萄糖胺与乙酰胞壁酸通过（14）糖苷键交替形成的多聚体，同时与肽键连接形成肽聚糖。 药物多糖：中草药治病的主要成分就是此类多糖及其衍生物，结构与功能的研究刚刚起步。,2019/4/21,62,结合糖的结构与性质,一、结合糖的概念 二、结合糖的种类,2019/4/21,63,结合糖的概念,结合糖：糖与非糖物质的结合物。 常见的结合糖： 糖蛋白：糖与蛋白质的结合物 糖 脂：糖与脂类的结合物,2019/4/21,64,糖复合物,糖-肽链,糖-核酸,糖-脂质,(Complex Carbohydrates),2019/4/21,65,蛋白聚糖,糖脂,糖蛋白,细胞膜,2019/4/21,66,细胞膜表面的结合糖,作业,1. 含糖食品褐变机理是什么？如何预防？ 2. 某种支链淀粉分子量为1×106，分支点残基占全部葡萄糖残基数的11.8%。问： （1）1分子支链淀粉含多少个葡萄糖残基？ （2）分支点上有