资源描述
第四章 糖类 糖类（ carbohydrate） 主要由碳、氢、氧三种元素构成 ，多羟基的醛 或多羟基的酮及其缩聚物和衍生物的统称（碳 水化合物） 几乎存在于所有动、植物、微生物体内 生物学作用： （ 1）作为生物体内的主要能源物质 （ 2）作为生物体的结构成分 （ 3）作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等合成的前体 返回 （ 1）作为生物体内的主要能源物质 氧化生能， 1g葡萄糖在体内完全氧化可释放 16.7kJ的能量。 糖类所供给的能量是机体生命活动主要的能量来源（正常情况 下约占机体所需总能 量的 50 70%）。 （ 2）作为生物体的结构成分 核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分； 糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白 /蛋白聚糖（统称糖 复合物）。糖复合物不仅是细胞的结构分子，而且是信息分子。 体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗体、许多酶 类和凝血因子等。 （ 3）作为其它生物分子合成的前体 糖是合成脂类的重要前体； 糖可转变成非必须氨基酸的碳骨架。 单糖： 不能再水解的糖； 寡糖： 水解能生成 210个单糖分子的糖； 多糖： 能水解生成许多单糖的高分子化合物。 同多糖：由一种单糖组成的多糖； 杂多糖：多种单糖或单糖衍生物组成的单糖。 醛糖：葡萄糖、半乳糖、（脱氧）核糖 按功能基分 单糖 酮糖：果糖 按碳原子数目分：丙糖、丁糖、戊糖、己糖 寡糖 如双糖（麦芽糖、乳糖、蔗糖） 同多糖：淀粉、糖原、纤维素、右旋糖苷 多糖 杂多糖： 透明质酸、 硫酸软骨素、肝素 （含 N或 S） （ 含 N） （ 含 N和 S）（ 含 N和 S） 4.1 单糖 最简单的糖，不能水解为更小单位的糖 根据碳原子数又分丙糖、丁糖、戊糖、 己糖、庚糖 三碳糖（丙糖）：甘油醛、二羟丙酮等 四碳糖（丁糖）：赤藓糖等 五碳糖（戊糖）：核糖、核酮糖、木酮糖等 六碳糖（己糖）：葡萄糖、果糖、半乳糖等 七碳糖（庚糖）：景天糖等 根据羰基的位置又分醛糖和酮糖。 醛 糖 Aldose OH CHO CH 2OH HC 甘油醛 （ glycerose） 核糖 （ ribose） H O H C H O C C C CH 2OH H O H H O H C H O C C C C CH 2 OH H O H OH H H O H H O H D-葡萄糖 （ D-glucose） 酮糖 Ketose 二羟丙酮 （ dihydroxyacetone） CH2OH CH2OH C=O CH 2OH C C C CH 2OH O H O H H O H 核酮糖 （ ribulose） CH 2 OH C C C C CH 2 OH O OH H H O H H O H D-果 糖 （ D-fructose） 4.1.1 单糖的构型 单糖分子除了二羟基丙酮外，其余都含不对称碳原 子，有旋光异构体：如甘油醛，不对称碳原子上羟 基朝左称为 L型，朝右称为 D型。 H O C H 2 O H C H O H D 甘油醛 L 甘油醛 C H O C C H 2 O H H O H C H O C C H 2 O H H O H C H O C C H 2 O H H O H C H O C C H 2 O H H O H L - g l y c e r a l d e h y d eD - g l y c e r a l d e h y d e L - g l y c e r a l d e h y d eD - g l y c e r a l d e h y d e O H O H C C H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH H O C H H C OH HO C H CH 2 OH CH 2 OH D - g lu c ose L - g lucos e 离羰基碳最远 的那个手性 C的构型作为醛 糖分子的构型 4.1.2 单糖的结构 C C O HH C HHO C O HH C O HH CH 2 O H D -g lu c o s e OH C HHO C O HH C O HH CH 2 O H CH 2 O H C O D -fr u c to s e H O O H H O HH O H C H 2 O H H O H H H O O H H O HH O H C H 2 O H H H O H - D - g l u c o s e - D - g l u c o s e 23 4 5 6 1 1 6 5 4 3 2 H C H O C O H C HH O C O HH C O HH C H 2 O H 1 5 2 3 4 6 D - g l ucos e ( l i nea r f o r m ) C H 2 O H C O C HH O C O HH C O HH C H 2 O H H O H 2 C O H C H 2 O H H O H H H H O O 1 6 5 4 3 2 6 5 4 3 2 1 D - f r u c t o s e ( l i n e a r ) - D - f r u c t o f u r a n o s e 4.1.3 单糖的构象 4.2 重要的单糖及衍生物 糖醇： 糖分子内醛基、酮基经还原的产 物，有甜味。 糖醛酸： 单糖的伯醇基氧化产物。 氨基糖： 糖中的羟基被氨基取代。氨基 半乳糖 糖苷： 单糖的半缩醛羟基与非糖物质缩 合形成的化合物。 糖醇： 较稳定，有甜味 糖醛酸： 由单糖的伯醇基氧化而得 氨基糖： 糖中的羟基为氨基所取代 糖苷： 单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等） 的羟基形成的缩醛结构，形成的化学键为糖苷键（ glycosidic bond） 4.3 寡糖 少数单糖（ 2 10个）缩合的聚合物 细胞表面都为寡糖覆盖，是细胞间识别的 物质基础 最常见的寡糖是二糖 麦芽糖（ maltose）、蔗糖（ sucrose） 、 乳糖 （ lactose） 、纤维二糖（ cellobiose） 低 聚糖： 20个以下的单糖缩合的 聚合物 具有 防病抗病及增强健康等生理功效，被称为功能性食品 H O O H H O HH O H C H 2 O H H O H O H H O HH O H C H 2 O H H O HH 1 23 5 4 6 1 23 4 5 6 麦芽糖， O-D-吡喃葡糖基 -(1 4)-D-吡喃葡糖 H O O H H O HH O H C H 2 O H H O O H H H O HH O H C H 2 O H H H H O1 23 4 5 6 1 23 4 5 6 纤维二糖， O-D-吡喃葡糖基 -(1 4)-D-吡喃葡糖 蔗糖， O-D-吡喃葡糖基 -(1 2)-D-呋喃果糖 乳糖， O-D-吡喃半乳糖基 -(1 4)-D-吡喃葡糖 4.4 多糖 水解产物含 10个以上单糖 多糖无还原性，无甜味，无变旋现象 , 多 数不溶于水，可与水形成胶体溶液。 最常见的多糖 淀粉、糖原、纤维素 根据生物来源不同： 植物多糖、动物多糖、微生物多糖 根据单糖组成不同： 同多糖（均一多糖） 淀粉：直链淀粉，支链淀粉 糖原（动物淀粉） 纤维素 杂多糖（不均一多糖） 根据生物功能不同： 贮存（贮能）多糖、结构多糖、细胞专一的识别 信号 4.5 多糖 代表物 淀粉：广泛存在于植物的根、茎或种子中 直链淀粉，支链淀粉 糖原：动物淀粉，主要储能形式 纤维素： 植物细胞壁结构多糖 半纤维素：植物中纤维素以外的多糖 琼脂：微生物的固体培养基 直链淀粉 （ Amylose ） D-葡萄糖基以 -1,4糖苷键连接 的多糖链，构象 为 卷曲成螺旋形， 不参与构成糖苷键的端基 C1 被称为 还原端。 H O O H H O HH O H C H 2 O H H O H H O HH O H C H 2 O H H O HH H O O H O HH O H C H 2 O H H H H O H O HH O H C H 2 O H H O H HH O O H O HH O H C H 2 O H H O H 1 6 5 4 3 1 2 A m y lose 可溶于 热水 ，遇碘呈 紫 蓝色 （大于 60个葡萄糖基） H O O H H O HH O H C H 2 O H H O H H O HH O H C H 2 O H H O HH H O O H O HH O H C H 2 H H H O H O HH O H C H 2 O H H O H HH O O H O HH O H C H 2 O H H O H O 1 4 6 H O H O HH O H C H 2 O H H H H O H O HH O H C H 2 O H H H O 1 O H 3 4 5 2 A m y lope c ti n 支链淀粉 （ Amylopectin ） D-葡萄糖基以除有 -1,4糖苷键的 糖链外，还有 -1,6糖苷键连接的分支 组成的多糖链，各分支也都是卷曲成 螺旋构象。 不可溶于热水，可溶 水 冷水 ，遇碘呈 紫红 色 （ 2030个葡萄糖基） 淀粉颗粒中的直 /支链淀粉 品种不同，两者比例也不同 糖原（ Glycogen） 动物淀粉，与支链淀粉相似，分 支较支链淀粉更多，但分支短。 与 人体中的血糖浓度有关，血糖 ，糖原合成；血糖 ，糖原分解 H O O H H O HH O H C H 2 O H H O H H O HH O H C H 2 O H H O HH H O O H O HH O H C H 2 H H H O H O HH O H C H 2 O H H O H HH O O H O HH O H C H 2 O H H O H O 1 4 6 H O H O HH O H C H 2 O H H H H O H O HH O H C H 2 O H H H O 1 O H 3 4 5 2 G ly c oge n 较易分散在水中，遇碘呈 红紫色 （小于 20个葡萄糖基） 糖原是体内糖的贮存形式 ， 主要 贮存 在 肝脏和肌肉组织 肝糖原： 含量可达肝重的 5%（ 总量为 90100g） 肌糖原： 含量为肌肉重量的 12%（总量为 200400g） 人体内糖原的贮存量有限，一般不超 500g。 C e llulose H O O H H O HH O H C H 2 O H H O H O HH O H C H 2 O H H O H H O O H O HH O H C H 2 O H H H O H O HH O H C H 2 O H H H O HH O O H O HH O H C H 2 O H H O H H H H 1 6 5 4 3 1 2 纤维素（ cellulose） 植物细胞壁结构多糖，由 D-吡 喃葡糖基以 -1,4糖苷键连接的没 有分支的同多糖。 在纤维中，纤维素分子以氢键 构成平行的微晶束，由于纤维素 微品间氢键很多，故微晶束相当 牢固。 结构及性质 直链淀粉 支链淀粉 糖原 纤维素 主要分布 植物 植物 人及动物 植物 功 能 能源及碳源（长期 贮备） 能源及碳源（短期 贮备） 能源及碳源（短期 贮备） 细胞壁的结构多糖 溶解性 少量地溶于热水 易溶于水，形成稳 定的胶体 易溶于水 不溶于水及多种其 它溶剂 分子量（ Da） 平均分子量为 1 1052 106 （ 60012000个葡 萄糖残基） 平均分子量为 1 1066 106 （ 600037000个葡 萄糖残基） 平均分子量为 3 10615 106， 无碱分离法得到的 糖原分子量可达 100 106 平均分子量为 12 106 单糖单位 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 二糖单位 麦芽糖 麦芽糖 麦芽糖 纤维二糖 糖苷键 -1,4糖苷键连接成的线形分子 高度分支，约每 2530个单位有 1个 分支点，线形链部 分是 -1,4糖苷键， 分支点处是 -1,6 糖苷键连接 高度分支，平均每 812个残基发生一 次分支，与支链淀 粉很相似， 线形，残基间通过 -1,4糖苷键相连 与 I2作用的颜色 深蓝色 紫色到紫红色 红紫色至红褐色 不作用 二级结构 左手螺旋，每圈含 6个单糖残基 有分支的螺旋结构 有分支的螺旋结构 微晶（胶束） 微纤维 半纤维素（ hemicellulose） 大量存茌于植物的木质化部分，其量依植物种类、部位、老幼而 异。 是一些与纤维素一同存在于植物细胞壁中的多糖的总称，即植物 细胞壁中除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。 构成半纤维素的单糖基有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉 伯糖、木糖、鼠李糖及糖醛酸等。 琼脂（ agar） 含有 D-与 L-半乳糖基，琼脂糖和琼脂胶两多糖的混合物。 壳多糖（甲壳素，几丁质， chitin） 仅次于植物纤维的第二大生物资源，由 N-乙酰 -D-葡糖胺以 -1,4糖 苷键缩合成的同多糖。 同纤维素伸展的链式结构类似（将乙酰氨基换成羟基便成为纤维 素），壳多糖在链间以氢键交联集合成片，氢键较纤维素多。 右旋糖酐（葡聚糖， dextran ） D-葡萄糖以 -1,4糖苷键缩合为主链骨架，以 -1,3 、 -1,2和 -1,4 糖苷键构成支链，整个分子形成网状，在水的作用下可形成凝胶。 糖胺聚糖（ glycosaminoglycan） 含氨基己糖，或乙酰氨基糖，因多数含糖醛酸、硫酸基或磺酸基 ，所以有较强的酸性，是二种酸性杂多糖。 由于糖胺聚糖有较大黏稠性，也被称为黏多糖。 糖胺聚糖 己糖胺 糖醛酸 SO2 存在 透明质酸 N-乙酰葡糖胺 D-葡糖醛酸 无 结缔组织、角膜、皮肤 肝素 N-硫酸 -葡萄糖胺 -6-硫酸 L-艾杜糖醛酸 D-葡糖醛酸（少） 有 皮肤、肺、 肝 硫酸软骨素 N-乙酰半乳糖胺 -6-硫酸 N-乙酰葡萄糖胺 -4-硫酸 D-葡糖醛酸 有 骨、软骨、角膜、皮肤 硫酸皮肤素 N-乙酰葡萄糖胺 -4-硫酸 L-艾杜糖醛酸 D-葡糖醛酸（少） 有 皮肤、血管壁和心瓣膜 硫酸角质素 N-乙酰葡萄糖胺 -6-硫酸 不含糖醛酸 有 角膜、软骨、 骨髓 透明质酸（ hyaluronic acid， HA） 肝素（ heparin， Hp） 硫酸软骨素（ chondroitin sulfate， CS） 硫酸皮肤素（ dermatin sulfate， DS） 硫酸角质素（ keratan， KS） 4.6 糖复合物 糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结 合的产物 糖与蛋白的复合物 糖蛋白（ glucoprotein） 、 蛋白聚糖（ proteoglycan） 糖与脂质的复合物 糖脂 （ glycolipid）、脂多糖 （ lipopolysaccharide） 蛋白聚糖 糖脂 糖蛋白 细胞膜 4.6.1 糖蛋白和蛋白聚糖 糖蛋白 是蛋白质与寡糖链形成的复合物，糖 成分的含量在 1% 80%之间变动。 蛋白聚糖 是蛋白质与糖胺聚糖形成的复合物， 糖成分的含量一般较高，可高达 95%。 （ 1） D-木糖与丝氨酸的 -OH形成的 O-糖苷键 （ 2） GalNAC与苏氨酸或丝氨酸的 -OH形成的 O-糖苷键 （ 3） Glc NAC与天冬酰胺的 -NH2形成的 N-糖苷键 糖苷键相连 :（ 1） O-糖苷键 （ 2） N-糖苷键 生理功能 （ 1）构成细胞间基质，影响细胞与细胞的粘 附、迁移、增殖与分化 （ 2）保持结缔组织水份调节阳离子在组织中 的分布润滑、保护作用 ,促进创伤愈合 （ 3）肝素的抗凝作用 （ 4）生物活性物质的贮存和释放 （ 5）维持软骨的机械性能，角膜的透明等 4.6.2 糖脂和脂多糖 糖脂是脂质与糖半缩醛羟基结合的一类复合物 脑苷脂 （ cerebroside）、神经节苷脂（ ganglioside） 脂多糖主要是革兰氏阴性细菌细胞壁所具有的 复合多糖，种类繁多。 由外到内为专一性低聚糖链、中心多糖链和脂质三部分。
展开阅读全文