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关于糖生物化学关于糖生物化学现在学习的是第1页，共39页引言引言糖（糖（saccharide）也称碳水化合物）也称碳水化合物（carbohydrate），用），用Cm(H2O)n表示，其中表示，其中m大大于等于于等于3。来源：光合作用来源：光合作用分布：分布：植物：含糖量占其干重的植物：含糖量占其干重的85-90%动物：含糖量不超过其干重的动物：含糖量不超过其干重的2%微生物：含糖量占其菌体干重的微生物：含糖量占其菌体干重的10-30%现在学习的是第2页，共39页糖类的主要生物学作用糖类的主要生物学作用作为生物体的结构成分，如纤维素，几丁质等作为生物体的结构成分，如纤维素，几丁质等是生物体内主要的能源物质是生物体内主要的能源物质可转变为生物体内的其它物质可转变为生物体内的其它物质糖是几乎所有生物分子的碳骨架前体糖是几乎所有生物分子的碳骨架前体具有复杂的多方面的生物活性功能，如糖蛋白的糖具有复杂的多方面的生物活性功能，如糖蛋白的糖链作为细胞识别的信息分子等链作为细胞识别的信息分子等现在学习的是第3页，共39页糖的概念和分类糖的概念和分类化学定义：糖是多羟基醛或多羟基酮，及其缩聚化学定义：糖是多羟基醛或多羟基酮，及其缩聚物和某些衍生物的总称物和某些衍生物的总称根据聚合度分类根据聚合度分类单糖（单糖（monosaccharide）寡糖（寡糖（oligosaccharide）多糖（多糖（20个单体，个单体，polysaccharide）现在学习的是第4页，共39页单糖单糖化学结构：多羟基醛或多羟基酮化学结构：多羟基醛或多羟基酮 不能被水解成更小分子的糖不能被水解成更小分子的糖简单糖简单糖现在学习的是第5页，共39页单糖的分类单糖的分类根据碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等根据碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等（也可以称为（也可以称为3碳糖，碳糖，4碳糖，碳糖，5碳糖，碳糖，6碳糖，碳糖，7碳碳糖等）糖等）根据是醛还是酮：醛糖、酮糖根据是醛还是酮：醛糖、酮糖根据构型：根据构型：D-，L-具有具有3个或以上碳原子的醛糖以及个或以上碳原子的醛糖以及4个或以上碳原子的酮糖个或以上碳原子的酮糖都有不对称碳原子都有不对称碳原子现在学习的是第6页，共39页单糖的构型（单糖的构型（configuration）构型：手性碳原子的四个取代基在空间的相对取向构型：手性碳原子的四个取代基在空间的相对取向甘油醛的构型甘油醛的构型-OH 在左：在左：L -OH 在右：在右：D现在学习的是第7页，共39页甘油醛的构型甘油醛的构型球棍模型球棍模型Fischer投影式投影式透视式透视式现在学习的是第8页，共39页单糖的构型单糖的构型其它单糖的构型是以甘油醛为标准来确定的其它单糖的构型是以甘油醛为标准来确定的以单糖以单糖离羰基最远的（或者说碳原子编号最大的）离羰基最远的（或者说碳原子编号最大的）那个不对称碳的羟基那个不对称碳的羟基在空间上的排布与甘油醛的不对在空间上的排布与甘油醛的不对称碳原子上的羟基在空间上的排布相比较而确定称碳原子上的羟基在空间上的排布相比较而确定-OH 在左：在左：L；-OH 在右：在右：D 天然单糖大多数是天然单糖大多数是 D-型糖型糖现在学习的是第9页，共39页D-核糖核糖32145123D-甘油醛甘油醛现在学习的是第10页，共39页D-葡萄糖葡萄糖(Glucose)D-果糖果糖(fructose)123456123456现在学习的是第11页，共39页D，L型指的是和甘油醛比较的那个不对称碳原子的位型指的是和甘油醛比较的那个不对称碳原子的位置，置，糖的构型不和旋光性对应糖的构型不和旋光性对应，旋光方向和程度由，旋光方向和程度由整个分子的立体结构决定整个分子的立体结构决定糖的旋光异构体：糖的旋光异构体：对映异构体（如对映异构体（如D-葡萄糖和葡萄糖和L-葡萄糖，互为镜像）葡萄糖，互为镜像）非对映异构体（一个或多个手性碳的构型不同）非对映异构体（一个或多个手性碳的构型不同）差向异构体（只有一个手性碳的构型不同的非对映差向异构体（只有一个手性碳的构型不同的非对映异构体）异构体）现在学习的是第12页，共39页几种重要的单糖几种重要的单糖:己糖：葡萄糖（己糖：葡萄糖（Glc）、果糖（）、果糖（Fru）、半乳糖（）、半乳糖（Gal）戊糖：核糖（戊糖：核糖（Rib）、脱氧核糖）、脱氧核糖在代谢中涉及的单糖：丙糖（甘油醛，二羟丙酮），丁在代谢中涉及的单糖：丙糖（甘油醛，二羟丙酮），丁糖（赤藓糖），戊糖（木糖，木酮糖，核糖，核酮糖），糖（赤藓糖），戊糖（木糖，木酮糖，核糖，核酮糖），己糖（葡萄糖，果糖，半乳糖），庚糖（景天庚酮糖）己糖（葡萄糖，果糖，半乳糖），庚糖（景天庚酮糖）现在学习的是第13页，共39页Glc的链状结构式的链状结构式现在学习的是第14页，共39页Glc的环状结构的环状结构单糖的链状结构不能解释一些性质单糖的链状结构不能解释一些性质葡萄糖的醛基不能和葡萄糖的醛基不能和NaHSO3反应，也不能和反应，也不能和Schiff试剂反应。只能与一分子甲醇反应。试剂反应。只能与一分子甲醇反应。CH3OH无水HCl半缩醛缩醛CH3OH无水HClC6H12O6+CH3OH(C6H11O5)OCH3甲基葡萄糖葡萄糖的变旋现象：新配置的葡萄糖溶液会发生旋光度的葡萄糖的变旋现象：新配置的葡萄糖溶液会发生旋光度的改变。改变。现在学习的是第15页，共39页Glc的环状结构的环状结构Glc可以形成环状的半缩醛结构可以形成环状的半缩醛结构Glc分子内的羟基和醛基发生羟醛缩合分子内的羟基和醛基发生羟醛缩合现在学习的是第16页，共39页FischerFischer式式出现新的不对称碳原子出现新的不对称碳原子C1，形成，形成 、异头物（差异头物（差向异构体），羟基在右为向异构体），羟基在右为 型，羟基在左为型，羟基在左为 型型现在学习的是第17页，共39页Fru现在学习的是第18页，共39页水溶液中水溶液中Glc主要以环状结构存在主要以环状结构存在五元环：呋喃型（五元环：呋喃型（C1与与C4羟醛缩合），称为呋喃糖羟醛缩合），称为呋喃糖六元环：吡喃型（六元环：吡喃型（C1与与C5羟醛缩合），是羟醛缩合），是Glc环状结构的环状结构的主要形式，称为吡喃糖主要形式，称为吡喃糖其他单糖也同样有环状结构，比如果糖主要形成其他单糖也同样有环状结构，比如果糖主要形成呋喃型环状结构呋喃型环状结构吡喃吡喃吡喃糖吡喃糖呋喃呋喃呋喃糖呋喃糖现在学习的是第19页，共39页Haworth式式由由Fischer式写成式写成Haworth式：式：按碳原子顺序顺时针画平面，羟基左上右下，最后的羟按碳原子顺序顺时针画平面，羟基左上右下，最后的羟甲基在环平面上方的为甲基在环平面上方的为D型糖，在下方的为型糖，在下方的为L型糖型糖1926年，年，W.H.Haworth提出环状结构的透视式（提出环状结构的透视式（Fischer式的过长氧桥不合理）式的过长氧桥不合理）现在学习的是第20页，共39页对对D型糖，型糖，羟基在下为羟基在下为 型型，羟基在上为，羟基在上为 型型现在学习的是第21页，共39页单糖的链状和环状结构可以互变单糖的链状和环状结构可以互变从乙醇中结晶的晶体葡萄糖是从乙醇中结晶的晶体葡萄糖是 -D-吡喃葡萄糖，比旋值为吡喃葡萄糖，比旋值为+112.2从吡啶中结晶的是从吡啶中结晶的是 型，比旋值为型，比旋值为+18.7 平衡后，比旋值达到恒定值平衡后，比旋值达到恒定值+52.6异头物在水溶液中通过直链形式可以互变，经一段异头物在水溶液中通过直链形式可以互变，经一段时间后达到平衡，是产生糖的变旋现象的原因时间后达到平衡，是产生糖的变旋现象的原因现在学习的是第22页，共39页单糖的构象单糖的构象构像：分子在空间里采取的特定形态构像：分子在空间里采取的特定形态葡萄糖吡喃糖的构象：糖分子中的葡萄糖吡喃糖的构象：糖分子中的C-C键不在一个平键不在一个平面上，有椅式和船式两种，主要以椅式构象存在。面上，有椅式和船式两种，主要以椅式构象存在。现在学习的是第23页，共39页物理性质物理性质（1）旋光性（）旋光性（opticity）：比旋光度）：比旋光度 单糖的物理性质与化学性质单糖的物理性质与化学性质（2）变旋现象（）变旋现象（mutarotation）一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改变的现象称变旋。一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改变的现象称变旋。变旋的原因：分子立体结构发生某种变化的结果，单糖的两种异头物通变旋的原因：分子立体结构发生某种变化的结果，单糖的两种异头物通过链式结构过链式结构 可以互变可以互变现在学习的是第24页，共39页单糖的氧化（即单糖的还原性）单糖的氧化（即单糖的还原性）弱氧化剂：常用的为含弱氧化剂：常用的为含Cu2+的碱性溶液的碱性溶液 Fehling试剂：试剂：CuSO4、NaOH、酒石酸钾钠、酒石酸钾钠用于还原糖（能使氧化剂还原的糖）的定量定性检测用于还原糖（能使氧化剂还原的糖）的定量定性检测 现在学习的是第25页，共39页单糖与碱的反应异构化单糖与碱的反应异构化弱碱条件下，糖发弱碱条件下，糖发生烯醇化，产生互生烯醇化，产生互变异构变异构醛糖具有还原性，醛糖具有还原性，酮糖在弱碱条件下酮糖在弱碱条件下异构化为醛糖也具异构化为醛糖也具有还原性，所以单有还原性，所以单糖大多都是还原糖糖大多都是还原糖现在学习的是第26页，共39页形成糖苷（缩醛）形成糖苷（缩醛）糖苷（糖苷（glycoside）：环状单糖的半缩醛羟基与另）：环状单糖的半缩醛羟基与另一化合物羟基反应形成的缩醛式化合物一化合物羟基反应形成的缩醛式化合物糖基：提供半缩醛羟基的糖部分糖基：提供半缩醛羟基的糖部分配糖体：提供羟基的分子称为配糖体。配糖体可配糖体：提供羟基的分子称为配糖体。配糖体可以是糖或非糖以是糖或非糖糖苷键：糖基与配糖体的连接方式，有糖苷键：糖基与配糖体的连接方式，有、两种形两种形式式现在学习的是第27页，共39页现在学习的是第28页，共39页重要的单糖衍生物重要的单糖衍生物糖苷糖苷、磷酸糖、氨基糖、磷酸糖、氨基糖糖苷：花色素苷，皂苷等糖苷：花色素苷，皂苷等乌本苷乌本苷现在学习的是第29页，共39页磷酸糖（单糖磷酸酯）：是体内糖代谢的主要参磷酸糖（单糖磷酸酯）：是体内糖代谢的主要参加者加者现在学习的是第30页，共39页（NAG）（NAM）氨基糖氨基糖现在学习的是第31页，共39页寡糖（寡糖（oligosaccharide）是由单糖缩合而成的短链结构（一般含是由单糖缩合而成的短链结构（一般含22020个个个个单糖分子）单糖分子）单糖分子）单糖分子）寡糖里的单糖分子此时称为糖残基寡糖里的单糖分子此时称为糖残基学会判断还原端和非还原端学会判断还原端和非还原端非还原端的糖残基没有游离的半缩醛羟基非还原端的糖残基没有游离的半缩醛羟基还原端的糖残基有游离的半缩醛羟基还原端的糖残基有游离的半缩醛羟基书写时，非还原端在左，还原端在右书写时，非还原端在左，还原端在右了解其糖苷键类型了解其糖苷键类型现在学习的是第32页，共39页二糖（双糖，二糖（双糖，disaccharide）由两个相同或不同的单糖组成由两个相同或不同的单糖组成由两个相同或不同的单糖组成由两个相同或不同的单糖组成,常见的有乳糖、蔗糖、常见的有乳糖、蔗糖、常见的有乳糖、蔗糖、常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等麦芽糖等麦芽糖等麦芽糖等了解其糖苷键类型和单糖单位了解其糖苷键类型和单糖单位了解其是否是还原糖了解其是否是还原糖现在学习的是第33页，共39页蔗糖（蔗糖（sucrose）由由1分子分子-D-葡萄糖与葡萄糖与1分子分子-D-果糖通过（果糖通过（1-2）糖苷键）糖苷键连接而成，没有还原性（两个半缩醛羟基都用于成苷）连接而成，没有还原性（两个半缩醛羟基都用于成苷）-D-葡萄糖葡萄糖苷苷-（12）-D-D-果糖果糖现在学习的是第34页，共39页麦芽糖是由麦芽糖是由2分子分子D-葡萄糖通过葡萄糖通过-1，4糖苷键连接而成。糖苷键连接而成。麦芽糖（麦芽糖（maltose）-D-D-葡萄糖葡萄糖苷苷-（1414）-D-葡萄糖葡萄糖现在学习的是第35页，共39页 乳糖由乳糖由1分子分子D-半乳糖和半乳糖和1分子分子D-葡萄糖通过葡萄糖通过-1，4糖苷键连接而成。糖苷键连接而成。乳糖（乳糖（lactose）-D-D-半乳糖半乳糖苷苷-（1414）-D-葡萄糖葡萄糖现在学习的是第36页，共39页异麦芽糖（异麦芽糖（isomaltose）现在学习的是第37页，共39页 Sucrose Maltose Lactose 组成（均为组成（均为D型）型）糖苷键糖苷键 旋光旋光 变旋变旋 还原性还原性 1Glc,1Fru，-1，2+-2Glc-1,4+1Glc,1Gal-1,4+二糖总结二糖总结有游离的半缩醛羟基的二糖具有还原性有游离的半缩醛羟基的二糖具有还原性现在学习的是第38页，共39页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第39页，共39页