王镜岩 生物化学 第三版 考研笔记-修订编选

1、1 第 二章 糖 类 提 要 一、定义 糖、单糖、寡糖、多糖、结合糖、呋喃糖、吡喃糖、糖苷、 手性 二、结构 1.链式：Glc、Man、Gal、Fru、Rib、dRib 2.环式：顺时针编号，D 型末端羟甲基向下，型半缩醛羟基与 末端羟甲基在两侧。 3.构象：椅式稳定，稳定，因其较大基团均为平键。 三、反应 1.与酸：莫里斯试剂、西里万诺夫试剂。 2.与碱：弱碱互变，强碱分解。 3.氧化：三种产物。 4.还原：葡萄糖生成山梨醇。 5.酯化 6.成苷：有和两种糖苷键。 7.成沙：可根据其形状与熔点鉴定糖。 四、衍生物 氨基糖、糖醛酸、糖苷 五、寡糖 蔗糖、乳糖、麦芽糖和纤维二糖的结构 六、多糖 淀粉、糖原、纤维素的结构 粘多糖、糖蛋白、蛋白多糖一般了解 七、计算 比旋计算，注意单位。 第一节第一节 概概 述述 一、糖的命名 糖类是含多羟基的醛或酮类化合物，由碳氢氧三种元素组成的， 其分子式通常以 Cn(H2O)n 表示。 由于一些糖分子中氢和氧原子数之比往往是 2:1，与水相 同，过去误认为此类物质是碳与水的化合物，所以称为碳水化 合物(Carbohydrate)。 实际上这一名称并不确

2、切，如脱氧核糖、鼠李糖等糖类不 符合通式，而甲醛、乙酸等虽符合这个通式但并不是糖。只是 碳水化合物沿用已久，一些较老的书仍采用。我国将此类化合 物统称为糖，而在英语中只将具有甜味的单糖和简单的寡糖称 为糖(sugar)。 二、糖的分类 根据分子的聚合度分，糖可分为单糖、寡糖、多糖。 也可分 为：结合糖和衍生糖。 1.单糖 单糖是不能水解为更小分子的糖。葡萄糖，果糖都是常 见单糖。根据羰基在分子中的位置，单糖可分为醛糖和酮糖。 根据碳原子数目，可分为丙糖，丁糖，戊糖，己糖和庚糖。 2.寡糖 寡糖由 2-20 个单糖分子构成，其中以双糖最普遍。寡 糖和单糖都可溶于水，多数有甜味。 3.多糖 多糖由多个单糖 （水解是产生 20 个以上单糖分子） 聚合 而成，又可分为同聚多糖和杂聚多糖。同聚多糖由同一种单糖 构成，杂聚多糖由两种以上单糖构成。 4.结合糖 糖链与蛋白质或脂类物质构成的复合分子称为结合 糖。其中的糖链一般是杂聚寡糖或杂聚多糖。如糖蛋白，糖脂， 蛋白聚糖等。 5.衍生糖 由单糖衍生而来，如糖胺、糖醛酸等。 三、糖的分布与功能 1.分布 糖在生物界中分布很广，几乎所有的动物，植物，微

3、生 物体内都含有糖。糖占植物干重的 80%，微生物干重的 10-30%， 动物干重的 2%。糖在植物体内起着重要的结构作用，而动物则 用蛋白质和脂类代替，所以行动更灵活，适应性强。动物中只 有昆虫等少数采用多糖构成外骨胳，其形体大小受到很大限制。 在人体中， 糖主要的存在形式:(1)以糖原形式贮藏在肝和肌肉中。 糖原代谢速度很快，对维持血糖浓度衡定，满足机体对糖的需 求有重要意义。(2)以葡萄糖形式存在于体液中。细胞外液中的 葡萄糖是糖的运输形式，它作为细胞的内环境条件之一，浓度 相当衡定。(3)存在于多种含糖生物分子中。糖作为组成成分直 接参与多种生物分子的构成。如:DNA 分子中含脱氧核糖，RNA 和各种活性核苷酸(ATP、许多辅酶)含有核糖，糖蛋白和糖脂中 有各种复杂的糖结构。 2.功能 糖在生物体内的主要功能是构成细胞的结构和作为储藏 物质。植物细胞壁是由纤维素，半纤维素或胞壁质组成的，它 们都是糖类物质。作为储藏物质的主要有植物中的淀粉和动物 中的糖原。此外，糖脂和糖蛋白在生物膜中占有重要位置，担 负着细胞和生物分子相互识别的作用。 糖在人体中的主要作用:(1)作为能源物质。

4、一般情况下，人体所 需能量的 70%来自糖的氧化。(2)作为结构成分。糖蛋白和糖脂 是细胞膜的重要成分，蛋白聚糖是结缔组织如软骨，骨的结构 成分。(3)参与构成生物活性物质。核酸中含有糖，有运输作用 的血浆蛋白，有免疫作用的抗体，有识别，转运作用的膜蛋白 等绝大多数都是糖蛋白，许多酶和激素也是糖蛋白。(4)作为合 成其它生物分子的碳源。糖可用来合成脂类物质和氨基酸等物 质。 第二节 单 糖 一、单糖的结构 (一)单糖的链式结构 单糖的种类虽多，但其结构和性质都有很多相似之处，因此我 们以葡萄糖为例来阐述单糖的结构。 葡萄糖的分子式为 C6H12O6，具有一个醛基和 5 个羟基，我们 用费歇尔投影式表示它的链式结构: 以上结构可以简化: (二)葡萄糖的构型 葡萄糖分子中含有 4 个手性碳原子，根据规定，单糖的 D、L 构 型由碳链最下端手性碳的构型决定。人体中的糖绝大多数是 D- 糖。 (三)葡萄糖的环式结构 葡萄糖在水溶液中，只要极小部分(11.3） 下，DNA 发生碱变性。 此外， 尿素、 有机溶剂、 甚至脱盐都可引起 DNA 变性。 除去变性因素后， 互补的单链DNA又可以重新结合

5、为双链DNA， 称为复性或退火。DNA 复性由局部序列配对形成双链核心的慢 速成核反应开始，然后经过快速的所谓拉链反应而完成。 DNA 变性后粘度降低，密度和吸光度升高。 变性后的单链 DNA 与具有同一性序列的 DNA 链或 RNA 分子结 合形成双链的 DNADNA 或 DNARNA 杂交分子的过程称为 杂交或分子杂交。分子杂交技术的发展和应用，对分子生物学 和生物高技术的发展起到了重要的推动作用。 通常将 50%DNA 分子变性时的温度称为熔点（Tm） 。一般 DNA 在生理条件下的熔点在 85-95 度之间。熔点主要取决于碱基组 成，G-C 对含量越高，熔点越高。一般 G-C 对含量 40%时熔点 是 87 度，每增加 1%，熔点增加约 0.4 度。离子强度也有影响， 36 因为离子能与 DNA 结合，使其稳定，所以离子强度越低，熔点 越低， 熔解范围越窄。 因此 DNA 应保存在高盐溶液中。 如果 DNA 不纯，则变性温度范围也会扩大。甲酰胺可以使碱基对之间的 氢键不稳定，降低熔点。所以分子生物实验中经常用甲酰胺使 DNA 变性，以避免高温引起 DNA 断裂。乙醇、丙酮、尿素

6、等 也可促进 DNA 变性。 DNA 的复性速度与其初始浓度 C0 及复杂度有关。当温度、离 子强度等其他条件固定时，一半 DNA 复性时的 C0t 值只与其复 杂度有关，可用来计算基因组的复杂度。 五、限制性内切酶 限制性内切酶 II 识别并切割特定的回文序列，生物体用来防止 外源 DNA 的影响，在基因工程中用于 DNA 的切割，被称为分 子手术刀。如 EcoRI，E 是属名，co 是种名，R 是菌株名，I 是 发现次序。 六、核酸的提纯 提取：一般先破碎细胞，得到 DNP 或 RNP。然后用酚-氯仿除 蛋白，用乙醇或异丙醇将核酸沉淀出来，干燥后再溶解即可。 纯化：常用电泳或层析。PAGE 一般用于分离 1K 以下的核酸， 如测序。较大的要用琼脂糖电泳。纯化 mRNA 常用 oligo-dT 的 层析柱或磁珠。 目前核酸研究的特点 八十年代以后，核酸研究有以下特点： 1. RNA 研究受到重视。以前的研究以 DNA 为重点，现在 RNA 成为研究热点。核糖酶的发现和 RNA 的加工编辑机制是两大发 现。一个基因在不同组织或不同生理状态下，从不同转录起始 位点开始转录，通过不同的剪接

7、方式和不同的 3端成熟机制， 可形成不同的蛋白质，这是一种比基因重排更灵活的调控方式。 RNA 的应用也日益广泛，如用 ribozyme 切割病毒核酸，用反义 RNA 阻断有害基因的表达等。因此，有人称 90 年代为 RNA 的 十年。 2.研究材料从原核走向真核。真核生物的复制、转录、翻译都比 原核复杂得多，材料的改变导致了 ribozyme、RNA 的剪接、编 辑等重大发现，大大推动了核酸的研究。 3.研究核酸与核酸、 核酸与其他生物大分子的相互作用。 生物体 内的核酸多数处于各种复合物中，其结构与功能都与复合物相 关。真核基因转录调控的研究主要集中在顺式作用元件（cis- acting elements） 、反式作用因子（trans-acting factor） 、以及它 们之间的相互作用上。 核糖体的结构与功能、 氨酰 tRNA 的合成 一直是研究核酸与蛋白质相互作用的两个重要对象，近来又形 成剪接体（spliceo-some） 、核不均一核糖核蛋白体（hn-RNP） 、 核小分子核糖核蛋白体（snRNP） 、编辑体（editosome）等研 究热点。 研究进入分子水平与整体水

8、平相结合的阶段。比如果蝇的发育 受调控基因网络的控制，一些实验室正在以整体与分子水平相 结合的方式进行研究。 本 章 名 词 解 释 核苷（nucleoside）：是嘌呤或嘧啶碱通过共价键与戊糖连接组 成的化合物。核糖与碱基一般都是由糖的异头碳与嘧啶的 N-1 或嘌呤的 N-9 之间形成的-N-糖键连接。 核苷酸（uncleoside）：核苷的戊糖成分中的羟基磷酸化形成的 化合物。 cAMP(cycle AMP)：3,5-环腺苷酸，是细胞内的第二信使， 由于某部些激素或其它分子信号刺激激活腺苷酸环化酶催化 ATP 环化形成的。 磷酸二脂键（phosphodiester linkage）:一种化学基团，指一分 子磷酸与两个醇（羟基）酯化形成的两个酯键。该酯键成了两 个醇之间的桥梁。 例如一个核苷的 3羟基与别一个核苷的 5 羟基与同一分子磷酸酯化，就形成了一个磷酸二脂键。 脱氧核糖核酸（DNA）：含有特殊脱氧核糖核苷酸序列的聚脱 氧核苷酸，脱氧核苷酸之间是是通过 3,5-磷酸二脂键连接 的。DNA 是遗传信息的载体。 核糖核酸（RNA）：通过 3,5-磷酸二脂键连接形成的特殊 核糖核苷酸

9、序列的聚核糖核苷酸。 核糖体核糖核酸（Rrna,ribonucleic acid）：作为组成成分的一 类 RNA，rRNA 是细胞内最 丰富的 RNA . 信使核糖核酸(mRNA,messenger ribonucleic acid):一类用作蛋白 质合成模板的 RNA . 转移核糖核酸（Trna,transfer ribonucleic acid）:一类携带激活氨 基酸，将它带到蛋白质合成部位并将氨基酸整合到生长着的肽 链上 RNA。 TRNA 含有能识别模板 mRNA 上互补密码的反密码。 转化（作用） （transformation）:一个外源 DNA 通过某种途径 导入一个宿主菌，引起该菌的遗传特性改变的作用。 转导（作用） （transduction）:借助于病毒载体，遗传信息从一 个细胞转移到另一个细胞。 碱基对（base pair）:通过碱基之间氢键配对的核酸链中的两个 核苷酸，例如 A 与 T 或 U , 以及 G 与 C 配对 。 夏格夫法则（Chargaffs rules）：所有 DNA 中腺嘌呤与胸腺嘧 啶的摩尔含量相等（A=T） ，鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等 （G=C） ，既嘌呤的总含量相等（A+G=T+C） 。DNA 的碱基组成 具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。另外，生长和 发育阶段营养状态和环境的改变都不影响 DNA 的碱基组成。 DNA 的双螺旋（DNAdouble helix）：一种核酸的构象，在该构 象中，两条反向平行的多核甘酸链相互缠绕形成一个右手的双 螺旋结构。碱基位于双螺旋内侧，磷酸与糖基在外侧，通过磷 酸二脂键相连，形成核酸的骨架。碱基平面与假象的中心轴垂 直，糖环平面则与轴平行，两条链皆为右手螺旋。双螺旋的直 径为2nm， 碱基堆积距离为0.34nm， 两核甘酸之间的夹角是36 ，每对螺旋由 10 对碱基组成，碱基按 A-T，G-C 配对互补， 彼此以氢键相联系。 维持 DNA 双螺旋结构的稳定的力主要是碱 基堆积力。双螺旋表面有两条宽窄深浅不一的一个大沟和一个 小沟。 大沟（major groove）和小沟（minor groove）:绕 B-DNA 双螺 旋表面上出现的螺旋槽 （沟） ， 宽的沟称为大沟， 窄沟称为小沟。 大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。 DNA

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