第二章糖类学习.pptx

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1、Contentl糖的简介l糖的组成和结构l单糖及其衍生物l低聚糖l多糖生物化学 第二章糖第1页/共68页请你说说看请你说说看你所知道的糖有哪些糖有什么功能如何鉴定糖类物质第2页/共68页1、Reface of Saccharidel存在形式：单糖、低聚糖和高聚糖，整个生物界，地球上数量最多的有机物，最终来自光合作用，整个生物圈的第一营养级。植物（85%）细菌（1030%）、动物（20，能水解成单糖；均一多糖（同多糖）：纤维素、壳多糖、淀粉、糖原；不均一多糖（杂多糖）：糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂生物化学 第二章糖第4页/共68页附1：多糖的生物功能示意图生物化学 第二章糖大陆癌症病人600万，肝炎病

2、人约1亿，按5%使用率10g/M.a 计算，年需多糖产品约 53 吨。我国多糖的总产量不足 4 吨，市场缺口大。第5页/共68页附2：多糖的市场及价格类别类别品名品名 厂家厂家价格价格（元（元/g）药品药品50%香菇多糖香菇多糖湖北迪晨药业湖北迪晨药业76香菇多糖注射液香菇多糖注射液日本味之素公司日本味之素公司430保健品保健品真菌多糖真菌多糖中科院南京地理所中科院南京地理所30云芝多糖云芝多糖江苏金湖制药厂江苏金湖制药厂4.825%灰树花多糖灰树花多糖杭州华东医药杭州华东医药药用原料药用原料香菇多糖香菇多糖江苏金湖制药厂江苏金湖制药厂3.0虫草多糖虫草多糖枸杞多糖枸杞多糖猴头多糖猴头多糖生物

3、化学 第二章糖第6页/共68页2、糖的组成和结构l元素组成：C、H:O=2:1l结构：（基本概念）构型和构象：是否涉及化学键的断裂与重组；同分异构：结构异构（碳架异构+位置异构+功能异构），立体异构（几何/顺反异构+旋光异构）；手性和旋光异构：尼科尔棱镜和偏振光，对映体；碳骨架的编号原则和基团优先顺序：一般按电负性大小（原子序数高低）。生物化学 第二章糖第7页/共68页l区分和掌握以下概念：Cis/trans（顺反）；D/L；R/S；+/-/pyran/furan;axial bond(a)/equatorial bond(e)l结构表示方式：结构式，立体模型、透视式和投影式（Fischer，

4、Newman，Haworth）；生物化学 第二章糖第8页/共68页3、Monosaccharide and deriversl重要的单糖l单糖的结构l单糖的理化性质l典型的单糖衍生物生物化学 第二章糖第9页/共68页3.1重要的单糖 三糖：甘油醛、二羟丙酮四糖：赤藓糖、赤藓酮糖Pentose：DXylose;L Arabinose DRibose 等。Hexose：DGlucose，自然界最多的醛糖类；DFructose，自然界最大的酮糖类；D/L GalactoseD Mannose L SorboseHeptose：D景天庚酮糖Octose 生物化学 第二章糖第10页/共68页3.2单糖的

5、结构单糖的结构A、开链结构开链结构（Fischer投影式）投影式）D型：型：位号最大的手性碳原子的构型与位号最大的手性碳原子的构型与D-(+)-D-(+)-甘油醛甘油醛中中C-2C-2构型一致构型一致。L型：型：位号最大的手性碳原子的构型与位号最大的手性碳原子的构型与L-(-)-L-(-)-甘油醛甘油醛中中C-2C-2构型一致。构型一致。生物化学 第二章糖第11页/共68页 附附1：典型单糖的开链结构：典型单糖的开链结构 C-2差向差向 异构体异构体C-4差向差向 异构体异构体生物化学 第二章糖第12页/共68页-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖（37%）-D-吡喃葡萄糖，吡喃葡萄糖，63%B、链式与

6、环式结构、链式与环式结构Haworth式结构式结构 CHOCH2OHOHHOOHOHCHOHOCH2CH2OHCHO生物化学 第二章糖第13页/共68页3.3 单糖的理化性质物理性质：旋光性、甜度（应用）和溶解性？化学性质：差向异构化、氧化反应、还原反应、糖脎形成糖酯和醚、形成苷：苷键类型杂合物与无机酸反应：高温分子内脱水，检测与溴水和高碘酸反应：果糖和葡糖区别单糖链的延长和缩短：合成与分解生物化学 第二章糖第14页/共68页A、差向异构化（弱碱性？）差向异构化（弱碱性？）差向异构化：差向异构化：在一个含多个手性中心的分子中，只有一个手性在一个含多个手性中心的分子中，只有一个手性中心构型发生转

7、化的现象。中心构型发生转化的现象。生物化学 第二章糖第15页/共68页B、氧化反应氧化反应弱氧化弱氧化 Fehling、Benedict试剂和溴水：试剂和溴水：反应体系（弱碱）？反应现象和反应体系（弱碱）？反应现象和产物？酒石酸和柠檬酸的作用？应用和特点：产物？酒石酸和柠檬酸的作用？应用和特点：B在尿糖检测中的应在尿糖检测中的应用，精度用，精度0.1%Glc；Tollens试剂：试剂：银镜反应。银镜反应。CHOAg(NH3)+2OH-COONH4+NH3+H2O+AgCHCOHOCu2+CCOO +Cu2O生物化学 第二章糖第16页/共68页B、氧化反应氧化反应强氧化强氧化 dilute ni

8、tric acid：反应产物为反应产物为 aldaric acid（或糖二酸）？（或糖二酸）？应用：生成内消旋体，（应用：生成内消旋体，（P17）推定单糖的手性碳原子。）推定单糖的手性碳原子。Uronic acid：脱氢酶；先保护醛基再氧化伯醇生成糖醛酸。脱氢酶；先保护醛基再氧化伯醇生成糖醛酸。肝脏脱毒剂。肝脏脱毒剂。生物化学 第二章糖第17页/共68页C、还原反应还原反应生物化学 第二章糖第18页/共68页D、成成脎反应脎反应 （与过量苯肼作用）（与过量苯肼作用）在微酸性条件（在微酸性条件（pH46）下，反应发生在）下，反应发生在 C-1 和和 C-2 上，可先生成苯腙上，可先生成苯腙（1:

9、1），再（），再（1:2）生成糖脎，为黄色晶体沉淀，不同糖脎晶形不同，可用）生成糖脎，为黄色晶体沉淀，不同糖脎晶形不同，可用于鉴定糖。于鉴定糖。生物化学 第二章糖第19页/共68页E、形成糖酯和醚形成糖酯和醚 ATP 磷酸酯磷酸酯关键：关键：在糖的环状结构和聚糖分析的应用在糖的环状结构和聚糖分析的应用乙酰基化、磷酯化、甲乙酰基化、磷酯化、甲基化基化生物化学 第二章糖成醚甲基化第20页/共68页F、成苷反应成苷反应 甲基甲基-D-葡萄糖苷葡萄糖苷 甲基甲基-D-葡萄糖苷葡萄糖苷-苷键苷键氮苷氮苷(胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷)苦杏仁苷苦杏仁苷苷键的种类：O苷、N苷、S苷、C苷。熊果苷熊果苷生物化学

10、第二章糖第21页/共68页 糖苷糖苷为缩醛结构，无变旋现象，一般无醛性质。为缩醛结构，无变旋现象，一般无醛性质。酸或酶酸或酶催化苷键断裂生成原来的糖和非糖部分。催化苷键断裂生成原来的糖和非糖部分。苷与醚的区别？苷与醚的区别？-D-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 甲基甲基-D-吡喃葡萄糖苷吡喃葡萄糖苷 -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 生物化学 第二章糖第22页/共68页G、与无机酸的反应：与无机酸的反应：糖脱水糖脱水 酸共热导致分子内脱水、环化，生成糠醛或羟甲基糠醛，它们再与不同酚类作用生成有色缩合物Molisch 反应：可鉴定糖的存在，如：a萘酚+（羟甲）糠醛紫色物质Seliwnoff 反应：间二苯酚和盐酸

11、与戊糖（浅色，反应慢）和酮糖（红色，反应快）的显色反应；甲基间苯二酚（地衣酚）：蓝绿色或橄榄色生物化学 第二章糖第23页/共68页高碘酸氧化法：高碘酸氧化法：测定糖苷中环的类型、支链：原理？测定糖苷中环的类型、支链：原理？H、与溴水和高碘酸的反应与溴水和高碘酸的反应生物化学 第二章糖可断裂邻二羟基、可断裂邻二羟基、a羟基醛的羟基醛的CC键键第24页/共68页 Kiliani-Fisher Reaction：与氰生成氰醇腈基差向异构体，延长。与氰生成氰醇腈基差向异构体，延长。Wohl Reaction：为为 KFR 逆反应；逆反应；C H2O HO HH OO HO HHCNO HHRC NC

12、H OH2 Pd/BaSO4HOHRC NO HHRC=NHOHRC=NI、单糖链的延长与缩短单糖链的延长与缩短氰醇差向异构体亚胺生物化学 第二章糖第25页/共68页（4）典型的单糖衍生物糖酯：单糖磷酸酯：酸性较磷酸更强，代谢过程中的能量物质糖(醛)酸：D半乳糖、甘露糖和葡萄糖醛酸，可作为肝脏的解毒剂糖醇：功能性甜味剂；甘露醇降颅内压和治疗急性肾功能衰竭；肌醇：酵母和动物的重要生长因素；其三磷酸酯为人及动物的第二信使，六磷酸酯植酸，可生成植酸钙镁盐（Phytin）。氨基糖：一般为 2-C 被-NH2 或-NH-CO-CH3取代，形成 2-脱氧氨基糖，代表性产物:(N-acetyl)glucos

13、amine,(N-acetyl)galactosamine。Muramic acid（胞壁酸）：(N-acetyl)glucosamine-C3 O CH（CH3）COOH，细菌细胞壁的结构糖。Sialic acid（唾液酸）：为动物细胞膜上糖蛋白和糖脂的重要成分，为丙酮酸-C3-甘露糖胺。生物化学 第二章糖第26页/共68页glycoside糖苷：配基为酚、甾醇或含氮碱，一般味苦或特殊香味，多剧毒，微量具有重要的药用功效，开发前景广阔。amygdarin苦杏仁苷：龙胆糖氰氢酸。（人体小肠内）细菌可产生葡萄糖苷酶，可水解糖苷而产生氰氢酸致毒。Digitoxin毛（洋）地黄毒苷：脱氧三糖O甾类，

14、强心苷（治疗充血性心力衰竭和节律阻碍），生理活性与甾类有关。Ouabain 乌本苷：是 Na+-,K+-ATPase 的强抑制剂（Ki=10nmol/L）致毒性较强（索马里毒箭）。橘皮苷：含有黄酮和黄酮醇类，属Vp，是维持血管正常功能所必需的，可改善微血管的脆性和通透性。生物化学 第二章糖第27页/共68页糖苷生物化学 第二章糖乌本苷苦杏仁苷第28页/共68页4、Oligosaccharide普通低聚糖特殊低聚糖：Bifactor:proliferation of bifidobacteria细胞识别作用：抗体对抗原的识别天线；胶粘作用：食品和医疗，工业胶粘；环糊精：重要的稳定剂、抗氧化剂、抗

15、光解剂、乳化剂和增溶剂，模拟酶（mimetic enzyme）研究的材料。生物化学 第二章糖第29页/共68页生物化学 第二章糖disaccharide第30页/共68页生物化学 第二章糖低聚糖类双歧因子和双歧杆菌第31页/共68页附：附：环糊精环糊精(Cyclodextrins)6、7、8 个个D-(+)-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 分别形成分别形成、环糊精环糊精圆筒状；外缘亲水、内腔疏水即具有极性的外侧和非极性的；内侧；有手性。圆筒状；外缘亲水、内腔疏水即具有极性的外侧和非极性的；内侧；有手性。形成主客体包合物，使环糊精具有一定的形成主客体包合物，使环糊精具有一定的选择识别能力选择识别能力；酶模

16、型、食品添加剂酶模型、食品添加剂生物化学 第二章糖第32页/共68页5、Polysaccharide分类：homopolysacchaide&heteropolysaccharide生物来源：植物多糖、动物多糖、微生物多糖单体组成：均一多糖、杂多糖。区别？生物功能：贮存多糖（淀粉、糖原、右旋糖酐、菊粉）；结构多糖（纤维素、壳多糖、其它植物、动物和微生物的杂多糖等）生物化学 第二章糖第33页/共68页5.1Starch在生物体中的存在形式：植物种子、块茎、块根处，granule:isolatable semi-crystalline(d=1-175um),egg,global and anoma

17、ly amylose(25%,DP=600-12000)+amylopectin(75%,DP=6000-37000)：composed of maltose(a-1,4),改型淀粉：纺织工业酸改型，造纸用阳离子淀粉，可溶性淀粉生物化学 第二章糖第34页/共68页-1,6苷键苷键-1,4-苷键苷键生物化学 第二章糖第35页/共68页Say you:为什么碘与两种淀粉显色不同生物化学 第二章糖第36页/共68页附：淀粉酶 -amylase：endoglucosidase,hydrolysis of a-1,4-glycoside of starch and glycogen into malto

18、se,maltotriose and a-limitid dextrin(DP8),but being incapable of debranching of amylopectin.-amylase：exoglucosidase,hydrolysis of a-1,4-glycoside of starch and glycogen only into -maltose,being incapable of debranching of amylopectin.it come from plaints,especially budding seed,such as barley malt 生

19、物化学 第二章糖第37页/共68页5.2Glycogen动物体内：高等动物的肝脏和肌肉组织湿重 1.5-5%，动物淀粉（葡萄糖的贮库），植物中仅玉米中。组成：类似于 amylopectine，但分支更多。Mr=3M100M Dalton动物供能机理：animal phosphorylase（糖原磷酸化酶）可即时降解支链生成葡萄糖供能。生物化学 第二章糖第38页/共68页GlycogenGlycogen生物化学 第二章糖第39页/共68页5.3Cellulose生物圈中最丰富的有机碳。估计地球上绿色植物每年大约净产有机物15 201010 T，其中纤维素占1/3-1/2，还存在于动物（海洋无脊椎

20、动物被囊类）和人的结缔组织。木材中的纤维素与半纤维素和木质素共同存在。组成和结构：cellulose chain 通过链内(间)的氢键网，平行堆积成 sheet structure，它 们 之 间 再 依 赖 Hydrogen bond 和 VanderWeals force 聚 集 成 紧 密 的 周 期 性 晶 格 的 分 子 束Crystallite/micelle，再平行聚成线状 microfibril(DP=6k 12k,d=3.5 10 nm)。生物化学 第二章糖第40页/共68页植物中的纤维素生物化学 第二章糖第41页/共68页纤维素的结构纤维素的结构-1,4-苷键苷键淀粉的结构

21、淀粉的结构 -1,4-苷苷生物化学 第二章糖第42页/共68页5.4Chitin自然界难单独存在，一殷都与蛋白质络合或呈现共价的结合。虾、蟹壳富含，白色、无定形半透明，年生成一百亿吨结构：2-乙酰氨基-D-吡喃葡糖同聚物，-l，4-糖苷键连接的长链结构，类似于纤维素，相当于纤维素的C-2位置上的羟基由乙酰氨基团置换。可去乙酰基化形成聚葡糖胺（chitosan），阳离子型无毒性，可广泛应用于：水和饮料处理、化妆、制药、医学、农业（种子包被），食品、饮料加工生物化学 第二章糖第43页/共68页生物化学 第二章糖第44页/共68页生物化学 第二章糖第45页/共68页5.5dextran-右旋糖酐酵母

22、和细菌贮存多糖的形式，也称葡聚糖（非 glucan），组成和结构：主链a-1,6-glucan(95%),a-1,2/3/4-glucose/isomaltose(5%)应用：部分水解得到 50k-100k Dalton产品，临床血浆代用品交联生成具有立体网状结构的 crossing dextran，商品名：sphadex gel，用作GPC生物化学 第二章糖第46页/共68页5.6Pectine&HemicellulosePectine：为细胞基质杂多糖，浆果和茎中丰富，多为酸性多糖（聚半乳醛酸和聚鼠李半乳糖醛酸）和中性多糖（arabiman/galactan/arabinogalactan

23、）。Pectinase 可催化它生成无粘性的果糖酸，参与颗粒成熟或导致果实软病。Pectine 可作为食品工业的 gelling agent(胶凝剂)hemicellulose：大量存在于植物木质化部分，包括很多高分子的多糖。多聚戊糖(如多聚木糖，多聚阿拉伯糖)和多聚己糖(如多聚甘露糖、多聚半乳糖)的混合物。木葡聚糖（罗望子胶）的凝胶强度大，食品工业应用广泛。生物化学 第二章糖第47页/共68页5.7Agar是某些海藻(如红藻类石花菜属)所含的结构多糖物质，主要成分是多聚半乳糖，含硫及钙。为刚性交联凝胶网状。食品工业中常用来制造果冻、果酱等。0.8-2%agar 在40-50下可呈凝胶态，可作

24、为微生物培养基固相剂，电泳、免疫扩散的支持物，可分离出两个组分：琼脂胶（agaropectin）：单糖残基被不同程度硫酸基化、甲氧基化或丙酮酸基化，荷负电琼脂糖（Agarose）：基团取代最少的琼脂成分；电泳支持物、色谱的固定相（商品名为 sepharose）。生物化学 第二章糖第48页/共68页5.8细菌杂多糖Peptidoglycan细胞壁组成：主要是多糖，另外膜含脂质和蛋白质细胞壁多糖：peptidoglycan teichoic acidlipopolysaccharide capsular polysaccharide生物化学 第二章糖第49页/共68页细胞壁肽聚糖生物化学 第二章糖

25、第50页/共68页细胞壁肽聚糖生物化学 第二章糖乳酸糖胺酰胺键丙丙赖谷第51页/共68页生物化学 第二章糖连接方式：五甘氨酸桥，(4AAR)CO(3AAR)NH第52页/共68页5.9Glycoprotein组成与结构：糖占1%80%，（DP15）低聚糖链作为蛋白质的转 辅 基，主 要 以 N glycopeptide linkage,O glycopeptide linkage 相连。生物体内的存在形式：植物和动物(微生物并不如此)中较为典型。这些糖蛋白可被分泌、进入体液或作为膜蛋白。膜蛋白（血型抗原、组织相容性抗原、移植抗原、免疫球蛋白、病毒和激素的受体蛋白等）分泌蛋白（激素蛋白、血浆蛋白

26、、转运蛋白、免疫蛋白）结构蛋白（胶原蛋白、层粘蛋白、纤连蛋白等）。生物化学 第二章糖第53页/共68页糖链在糖蛋白中的重要生物学功能：参与新生肽链的折叠，维持蛋白质的正确构象（少数去糖基化的糖蛋白能够维持正常的折叠和构象）；影响糖蛋白的分泌和稳定性：转基因的真核细胞中的表达糖蛋白具有糖链而不发生凝集，能够正确分泌至胞外，而原核细胞缺乏糖基化细胞器（不能进行蛋白质后加工），常在细胞内形成包含体（inclusion body）；糖链的极性可增加糖蛋白和水溶性，或抗酶降解能力。参与分子识别和细胞识别：糖链被称为 antenna，作为 receptor与 ligand(内源性配体：激素、神经递质、细胞

27、粘着分子；外源性配体：药物、毒素、抗原、病原体)结合，并将信号传递给效应器（酶、离子通道等）生物化学 第二章糖第54页/共68页5.10Glycosaminoglycan&Proteoglycan生物化学 第二章糖GAG 代表物：透明质酸、软骨素4-或6-硫酸、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素(heparin)及硫酸乙酰肝素等。为细胞外基质的重要成分：存在于动物软骨、腔等结缔组织中，构成组织间质。腺体分泌的润滑粘液多富有粘多糖。一条或多条糖胺聚糖通过共价键与蛋白质相连接构成蛋白聚糖。GAG 生物学功能：亲水性强，增强疏松结缔组织的持水力；含有多价阴离子（SO32-/COO-），对 K+/Na+/C

28、a2+/Mg2+亲和力强，能调节它们在组织中的分布；具有粘滞性，润滑和保护关节面；可促进伤口愈合。第55页/共68页I、透明质酸(hyaluronic acid)HA是糖胺聚糖中结构最简单的一种，含有重复的二糖结构单位。润滑防震增稠，使软骨腱和结缔组织具有抗压和弹性，病原菌分泌的透明质酸酶可分解HA。生物化学 第二章糖第56页/共68页II、硫酸软骨素(Chondroitin 4/6-sulfate)含有重复的二糖单位，C4或C6被硫酸化。存在于软骨、腱、韧带和主动脉等组织。生物化学 第二章糖第57页/共68页III、硫酸皮肤素(dermatan sulfate)硫酸皮肤素最初是从猪皮中分离出

29、来，后发现它存在于许多动物组织，如胃粘膜、脐带、肌腱、脾、脑、心瓣膜、巩膜、肠粘膜、关节囊、纤维性软骨等中。生物化学 第二章糖第58页/共68页IV、硫酸角质素(keratan suIfate)首先从角膜的蛋白水解液中分离出来，后证明它也存在于人的主动脉和人、牛的髓核中。婴儿几乎不合硫酸角质索，随着年龄的增大逐渐增加，直到20203030岁时，它的含量约占肋软骨中粘多糖总量的50%50%。生物化学 第二章糖第59页/共68页V、肝素(heparin)肝中含量最为丰富，因此得名。广泛分布于哺乳动物组织和体液中。猪胃粘膜中含量十分丰富，肺、脾、肌肉和动脉壁肥大细胞中肝素含量也很高。生物功能：它具有

30、阻止血液凝固的特性，输血时广泛以肝素为抗凝剂，临床上常用于防止血栓形成。生物化学 第二章糖第60页/共68页附：各种粘多糖的结构的比较生物化学 第二章糖第61页/共68页VI、Proteoglycan是一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价连接而成的杂多糖，糖的含量可达95%以上。主要连接方式：糖与核心蛋白的连接方式与糖蛋白相同，但寡糖链形式有所不同种类和功能：大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖：具有抵抗压力作用；小分子富含氨酸胞外基质蛋白聚糖：对维持角膜透明度具有重要作用跨膜胞内蛋白聚糖：在肾小球基底膜中起滤膜作用；介导结缔组织和细胞外基质的粘着，作为细胞骨架和外基质之间的桥梁生

31、物化学 第二章糖第62页/共68页软骨可聚蛋白聚糖聚集体结构示意图生物化学 第二章糖第63页/共68页蛋白聚糖中的多糖生物化学 第二章糖第64页/共68页6、糖链的分析6.1Process糖蛋白分离纯化：类似于蛋白质的分离纯化；断裂糖肽释放出完整的聚糖链：糖苷酶水解或肼解法；聚糖混合物的分离纯化：GPC HPLC/HPAECPAD/凝集素亲和层析（ConA-Sepharose B）聚糖纯度鉴定和相对分子量测定：超离心，电泳，HPGPC；蒸气压法、渗透压法、端基法、粘度法、质谱法等单糖组分的测定：纯品经酸水解或甲醇解后，以 HPLC、GLC、TLC 分析。序列测定生物化学 第二章糖第65页/共68页6.2methods化学方法：高碘酸氧化：测定直链多糖的聚合度、支链多糖的数目、糖苷键的位置，见P72甲基化分析：确定聚糖中糖苷键位置；聚糖顺序降解：类似于 Edman 降解法。酶学方法：exoglycosidase endoglycosidaseIR、LRS、MS（GC-MS/HPLC-MS）、NMR生物化学 第二章糖第66页/共68页下一回下一回第三章脂类第三章脂类第四章蛋白质第四章蛋白质第67页/共68页感谢您的观看！第68页/共68页