糖类化学及糖类生物药物-课件

糖类化学及糖类生物药物 糖的重要性及其分类第一节一、什么是糖(saccharide)糖类糖类(saccharidesaccharide)这个词是碳水化合物这个词是碳水化合物(carbohydratecarbohydrate)的同义词的同义词,是指多羟基的醛、酮、是指多羟基的醛、酮、醛醛(单糖单糖)和它们的氧化还原产物和它们的氧化还原产物(氨基糖、糖醛氨基糖、糖醛酸酸)以及由糖苷键连接此类化合物而成的多聚糖以及由糖苷键连接此类化合物而成的多聚糖(多糖和复合糖多糖和复合糖)。我们习惯上所谓的糖。我们习惯上所谓的糖(sugarsugar)通常是指水溶性的单糖通常是指水溶性的单糖(如葡萄糖如葡萄糖)和寡聚糖。和寡聚糖。二、糖在机体的重要性 1 1、糖是机体重要组成成分之一、糖是机体重要组成成分之一 2 2、糖关于人和动物体来说是主要的供能、糖关于人和动物体来说是主要的供能物质物质 3 3、糖是自然界能量储存的一种重要形式、糖是自然界能量储存的一种重要形式 4 4、糖类也具有多种多样的生物学功能、糖类也具有多种多样的生物学功能 5 5、糖类也具有结构作用、糖类也具有结构作用三、糖的分类 依照糖单元的数目将糖分为三类依照糖单元的数目将糖分为三类:1 1、单糖、单糖:构成各种糖分子的基本单元构成各种糖分子的基本单元,不能不能再水解成更简单的糖再水解成更简单的糖,也能够说单糖是具有两也能够说单糖是具有两个或多个羟基的醛或酮。个或多个羟基的醛或酮。(1 1)最简单的单糖甘油醛、二羟丙酮最简单的单糖甘油醛、二羟丙酮 (2 2)其他单糖如戊糖核糖、脱氧核糖己糖其他单糖如戊糖核糖、脱氧核糖己糖葡萄糖、果糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、半乳糖、1,61,6二磷酸果糖、二磷酸果糖、甘露糖甘露糖 (3 3)在自然界分布最广、意义最大的单糖在自然界分布最广、意义最大的单糖 是是己糖和戊糖。己糖和戊糖。2、寡糖(Oligosaccharide)由210个单糖分子脱水缩合而成的短链结构,水解后可得原来的单糖。二糖是寡糖中最普通的一类,如蔗糖、乳糖、麦芽糖(食物中最常见)。3、多糖(Polysaccharide)由多个单糖分子脱水缩合而成的长链高分子聚合物。其结构有线型的,也有分枝的,如淀粉、纤维素、甲壳素、肝素。第二节多 糖 的 分 类一、多糖的分类 1 1、多糖按其来源分为、多糖按其来源分为:(1 1)植物多糖植物多糖:淀粉、纤维素、茶叶多糖、大黄淀粉、纤维素、茶叶多糖、大黄多糖多糖 (2 2)动物多糖动物多糖:肝素、硫酸软骨素、甲壳素肝素、硫酸软骨素、甲壳素 (3 3)微生物多糖微生物多糖:香菇多糖、银耳多糖、芸芝多香菇多糖、银耳多糖、芸芝多糖糖 (4 4)人工合成多糖人工合成多糖:人造纤维素人造纤维素2 2、多糖按其组成来分、多糖按其组成来分(普遍采纳普遍采纳):):(1 1)同聚多糖同聚多糖:由若干个相同的单糖分子缩合而成。由若干个相同的单糖分子缩合而成。如淀粉、糖原、纤维素如淀粉、糖原、纤维素(2 2)杂聚多糖杂聚多糖:由若干个不同的单糖和糖的衍生物缩合而成。如波叶由若干个不同的单糖和糖的衍生物缩合而成。如波叶大黄、绝大多数植物多糖大黄、绝大多数植物多糖(淀粉、纤维素除外淀粉、纤维素除外)。中草药多糖都。中草药多糖都是杂聚多糖。是杂聚多糖。(3 3)粘多糖粘多糖:含糖醛酸及氨基糖或其衍生物的多糖含糖醛酸及氨基糖或其衍生物的多糖,通常是这两种不通常是这两种不同单糖同单糖(糖醛酸、氨基糖或其衍生物糖醛酸、氨基糖或其衍生物)交替出现的长链聚合物。交替出现的长链聚合物。如透明质酸如透明质酸:结构见后结构见后(4 4)糖蛋白糖蛋白:是指糖以共价键与蛋白相连是指糖以共价键与蛋白相连,同时其糖类部分含有氨基同时其糖类部分含有氨基己糖的一类多糖。如中药大黄中分得两多糖均为糖蛋白己糖的一类多糖。如中药大黄中分得两多糖均为糖蛋白,细菌胞细菌胞壁也含有糖蛋白。壁也含有糖蛋白。(5 5)脂多糖脂多糖:指糖与脂类结合的一类多糖。如猪胎盘脂多糖、人胎盘指糖与脂类结合的一类多糖。如猪胎盘脂多糖、人胎盘脂多糖。脂多糖。3 3、按其在生物体内的功能分为、按其在生物体内的功能分为(1 1)水不溶性多糖水不溶性多糖:主要是构成动植物的支撑主要是构成动植物的支撑组织。组织。如甲壳素、纤维素如甲壳素、纤维素(2 2)贮能多糖贮能多糖:在体内作为贮能形式存在在体内作为贮能形式存在,如淀如淀粉和糖原粉和糖原,在需要是可通过生物体内酶系统在需要是可通过生物体内酶系统的作用的作用,分解释放出单糖以供应能量。分解释放出单糖以供应能量。二、多糖的性质 1 1、物理性质、物理性质(1 1)分子量大分子量大(2 2)外晶形、无甜味、在水中不能成真溶液外晶形、无甜味、在水中不能成真溶液,有有的可溶于热水成胶体溶液、有的冷热水都不的可溶于热水成胶体溶液、有的冷热水都不溶。溶。(3 3)不溶于乙醚、乙酸、丙酮、氯仿、乙酸乙酯不溶于乙醚、乙酸、丙酮、氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂等有机溶剂(因此提取多糖时因此提取多糖时 往往是加三倍往往是加三倍乙醇沉淀乙醇沉淀)。(4 4)有旋光性有旋光性,但无变旋现象。但无变旋现象。2 2、化学性质、化学性质 (1)(1)单糖是由单糖是由CHOCHO元素组成的多羟基醛或酮元素组成的多羟基醛或酮,分之中分之中HH与与OO的比例是的比例是2 2:1 1,因此多糖分之中因此多糖分之中H H:O O比例也是比例也是2 2:1 1。(2)(2)又不对称碳原子又不对称碳原子(手性碳原子手性碳原子),),因此有旋光因此有旋光性。性。(3)(3)有醇性羟基有醇性羟基,环状结构有半缩醛羟基环状结构有半缩醛羟基,链状链状结构有自由醛基或自由酮基。由此而产生结构有自由醛基或自由酮基。由此而产生的多糖的重要化学反应见下表的多糖的重要化学反应见下表:化学性质反 应重 要 性由醛酮基产生的化学反应氧化还原金属离子,氧化成糖酸鉴定还原糖还原醛酮基可被还原成醇某些植物成份中所含的醇,如山梨醇、甘露唇等估计由此反应产生成脎和笨肼作用成脎作为鉴定单糖的基础由羟基产生的化学反应成酯形成乙酰糖酯及磷酸糖酯乙酰糖酯用于鉴定磷酸糖酯是糖代谢中间产物过碘酸氧化形成甲醛、甲酸等产物糖类结构的推测、多糖中糖的连接位置及聚合度推测脱水形成糠醛及糠醛衍生物糖类物质鉴定络合反应与硼酸络合形成五元或六元环状络合物糖的分离鉴定和构型推断氨基化C2、C3上的羟基可被NH2取代形成氨基糖氨基糖是糖蛋白、粘多糖等的组分脱氧经脱氧酶作用产生脱氧糖脱氧糖是核酸的成分第三节自然界存在的重要多糖一、淀粉(Amlyon)1 1、淀粉的分类、淀粉的分类用热水处理淀粉可分为用热水处理淀粉可分为:(1 1)可溶性部分直链淀粉可溶性部分直链淀粉(2 2)不溶部分支链淀粉不溶部分支链淀粉2 2、直链淀粉、直链淀粉 (1)(1)占天然淀粉量的占天然淀粉量的20203030，药物辅料，药物辅料中的可溶性淀粉（冲剂中一般用）就是这中的可溶性淀粉（冲剂中一般用）就是这一种。一种。（2 2）MWMW在在50,00050,000左右。左右。（3 3）结构：以）结构：以 代表淀粉，代表淀粉，代表二个代表二个D D葡萄糖残基通过葡萄糖残基通过 1,41,4糖苷键连接，则糖苷键连接，则直链淀粉的结构为：直链淀粉的结构为：3、支链淀粉（1 1）占天然淀粉量的）占天然淀粉量的70708080。（2 2）MWMW1 1百万左右百万左右.（3 3）结构：主链与直链淀粉一样，以通过）结构：主链与直链淀粉一样，以通过 1,41,4糖苷键糖苷键连接连接 形成支链分枝点：以形成支链分枝点：以 1,61,6糖苷键连接糖苷键连接4 4、淀粉的性质、淀粉的性质(1 1)与碘作用而呈现颜色反应与碘作用而呈现颜色反应 直链淀粉与碘作用呈蓝色直链淀粉与碘作用呈蓝色,支链淀粉与碘作支链淀粉与碘作用呈紫红色由此可鉴别直链与支链淀粉。用呈紫红色由此可鉴别直链与支链淀粉。(2 2)直链淀粉溶于直链淀粉溶于70708080热水热水,而支链不溶于热而支链不溶于热水。由此可将两者分开。水。由此可将两者分开。(3 3)直链淀粉可与极性溶剂如正丁醇作用形成复直链淀粉可与极性溶剂如正丁醇作用形成复合物而沉淀析出合物而沉淀析出,而与支链淀粉分开。而与支链淀粉分开。5 5、淀粉的功能、淀粉的功能(1 1)重要营养素重要营养素:人类活动所需的能量大部分人类活动所需的能量大部分由食物淀粉提供。由食物淀粉提供。(2 2)淀粉也是制药工业淀粉也是制药工业(发酵产抗生素发酵产抗生素)、酿酒、酿酒等原料。等原料。二、糖原 糖原是动物体内贮存的主要多糖糖原是动物体内贮存的主要多糖,也称动物也称动物淀粉。淀粉。1 1、糖原的结构与性质、糖原的结构与性质 (1 1)糖原的结构与支链淀粉是十分相似的。糖原的结构与支链淀粉是十分相似的。(2 2)糖原的性质也与支链淀粉相似。糖原的性质也与支链淀粉相似。2 2、糖原的生物合成及生理功能、糖原的生物合成及生理功能三、纤维素 是自然界分布最广、含量最多的一种多是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。糖。1 1、纤维素的结构、纤维素的结构(1 1)不含支链不含支链(2 2)D D葡萄糖残基之间是以葡萄糖残基之间是以-1,4-1,4-糖苷键糖苷键连接。连接。2、纤维素的性质(1)极不溶于水,对酸水解有较强的抵抗力,但能溶于发烟盐酸、浓硫酸、浓磷酸。(2)反刍动物体内有水解-1,4-糖苷键的纤维素酶,可利用纤维素作为能源。3 3、纤维素的生物学功能、纤维素的生物学功能(1 1)作为植物、动物或细菌细胞的外壁支撑和保护作为植物、动物或细菌细胞的外壁支撑和保护的物质的物质,促使细胞保持足够的扩张韧性和刚性。促使细胞保持足够的扩张韧性和刚性。(2 2)作为生物圈中维持自然界能量和营养物质稳恒作为生物圈中维持自然界能量和营养物质稳恒的贮藏物质。的贮藏物质。(3 3)纤维素是衣料、纸张等工业品的原料。纤维素是衣料、纸张等工业品的原料。(4 4)药用药用:如中药渣经水解后在投入使用如中药渣经水解后在投入使用,使药效增使药效增加加4 45 5倍倍;纤维素对人体起吸附脂肪、毒物等共纤维素对人体起吸附脂肪、毒物等共同排泄作用。同排泄作用。四、粘多糖 广泛存在于动植物组织中广泛存在于动植物组织中,作为组织细胞间作为组织细胞间天然黏合剂的一类多糖天然黏合剂的一类多糖,在维持细胞环境的相对在维持细胞环境的相对稳定性和正常生理功能上起重要作用。人和动稳定性和正常生理功能上起重要作用。人和动物的生长、创伤愈合、抗菌、抗炎、抗过敏、物的生长、创伤愈合、抗菌、抗炎、抗过敏、成骨、组织老化、动脉硬化和胶原病等都与粘成骨、组织老化、动脉硬化和胶原病等都与粘多糖有紧密关系。多糖有紧密关系。1 1、透明质酸、透明质酸透明质酸透明质酸广泛分布于结缔组织、皮肤、眼球的玻璃广泛分布于结缔组织、皮肤、眼球的玻璃体、角膜、细胞间质、关节炎、恶性肿瘤组织和某体、角膜、细胞间质、关节炎、恶性肿瘤组织和某些细菌细胞壁中些细菌细胞壁中,因其具有特别强吸水性因其具有特别强吸水性,在水溶液在水溶液中能形成粘度特别大的胶状液中能形成粘度特别大的胶状液,故有粘合和保护细故有粘合和保护细胞的作用。由于其特别强的吸水性胞的作用。由于其特别强的吸水性,因此在皮肤组因此在皮肤组织中起特别强的保湿作用。现用于化妆品及眼科用织中起特别强的保湿作用。现用于化妆品及眼科用药。药。2 2、硫酸软骨素、硫酸软骨素 从猪喉鼻软骨中提取得到从猪喉鼻软骨中提取得到,硫酸软骨素结构硫酸软骨素结构与透明质酸相似与透明质酸相似,但组成的单糖不同但组成的单糖不同,分为分为A A、B B、C C三种三种(结构见后结构见后)。硫酸软骨素硫酸软骨素A A、C C是细胞外膜、软骨、骨、是细胞外膜、软骨、骨、角膜和脊椎动物的其他结缔组织的重要构成角膜和脊椎动物的其他结缔组织的重要构成组成。硫酸软骨素组成。硫酸软骨素B B又名硫酸皮肤素又名硫酸皮肤素,是皮肤结是皮肤结构的粘多糖。临床上主要用硫酸软骨素来治构的粘多糖。临床上主要用硫酸软骨素来治疗偏头痛、关节炎、降血脂和防治冠心病。疗偏头痛、关节炎、降血脂和防治冠心病。3 3、肝素、肝素 肝素是动物体内的一种天然抗凝血物质肝素是动物体内的一种天然抗凝血物质,由于由于最早在肝脏中发现最早在肝脏中发现,故称为肝素故称为肝素,也存在于肺、肌也存在于肺、肌肉、血管壁、肠粘膜等组织中肉、血管壁、肠粘膜等组织中,正常血液中几乎正常血液中几乎没有。没有。(1 1)、肝素分子结构中组成的单糖是氨基葡萄糖、肝素分子结构中组成的单糖是氨基葡萄糖、艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。(2 2)、临床上肝素用作血液体外循环时的抗凝剂、临床上肝素用作血液体外循环时的抗凝剂,也用于防止血栓的形成也用于防止血栓的形成,但由于肝素对血液凝固但由于肝素对血液凝固系统几个环节强烈的抑制作用系统几个环节强烈的抑制作用,使用时常伴有出使用时常伴有出血、血小板减少及骨质疏松等副作用。但小分血、血小板减少及骨质疏松等副作用。但小分子量的肝素副作用较小。子量的肝素副作用较小。特征肝素低分子肝素平均分子量1.21.5万d40006500d寡糖数（平均数）40501322阻断凝血酶能力+通过阻断凝血酶起作用是是FXa：抗FIIa1:12:14:1血小板Xa灭活能力弱强PF4 的阻断作用有无蛋白结合HRGP、Fn、Vn、PF4Vn内皮细胞结合是否（或弱）剂量低从性消除是否低剂量生物利用度低高对血小板影响+增加血管通透性是否五、几丁质 又称甲壳素、壳聚糖、壳多糖、甲壳质、又称甲壳素、壳聚糖、壳多糖、甲壳质、几丁聚糖几丁聚糖(脱乙酰甲壳素脱乙酰甲壳素),),是构成甲壳类动物是构成甲壳类动物外壳及昆虫鳞片的组成物质的结构多糖和某外壳及昆虫鳞片的组成物质的结构多糖和某些真菌细胞胞壁组成成分。其在自然界的贮些真菌细胞胞壁组成成分。其在自然界的贮存量仅次于纤维素居于第二位。存量仅次于纤维素居于第二位。1 1、结构、结构 由由N-N-乙酰氨基葡萄糖通过乙酰氨基葡萄糖通过-1,4-1,4糖苷键连接糖苷键连接起来的多糖起来的多糖:2 2、性质、性质 一般是与一般是与proteinprotein结合而存在于自然界结合而存在于自然界,不溶于不溶于水和有机溶剂水和有机溶剂,分子量从几十几百万。浓碱处分子量从几十几百万。浓碱处理然而其部分或全部脱掉乙酰基而成为几丁质理然而其部分或全部脱掉乙酰基而成为几丁质(chitosanchitosan),该产品可溶于烯酸。该产品可溶于烯酸。3 3、用途、用途 药物辅料药物辅料:人造皮肤、手术缝合线人造皮肤、手术缝合线(不用拆线不用拆线)络合回收金属离子络合回收金属离子(贵重金属离子贵重金属离子)降血脂、消炎、杀菌剂降血脂、消炎、杀菌剂(伤口愈合剂伤口愈合剂)食品添加剂食品添加剂(保鲜剂保鲜剂)同样具有保湿作用、也大量用于化妆品中。同样具有保湿作用、也大量用于化妆品中。六、其他多糖 1 1、半纤维素、半纤维素 2 2、琼脂、琼脂 3 3、树胶和粘胶、树胶和粘胶 4 4、果胶、果胶 5 5、藻类物地衣类多糖、藻类物地衣类多糖第四节糖类的生物活性及药理作用一、目前已发现的糖类药物(一一)单糖类单糖类 葡萄糖葡萄糖:制备大输液制备大输液 果糖果糖:氨基葡萄糖氨基葡萄糖:治疗关节炎治疗关节炎 甘露醇、山梨醇甘露醇、山梨醇:降低颅内压、抗脑水肿降低颅内压、抗脑水肿(二二)、低聚糖、低聚糖 蔗糖蔗糖 麦芽糖麦芽糖 乳糖乳糖 果糖果糖 右旋糖苷右旋糖苷 甘露聚糖甘露聚糖(三三)、糖的衍生物、糖的衍生物 6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1616二磷酸果糖二磷酸果糖:治疗急性心肌缺血休治疗急性心肌缺血休克、心肌梗塞克、心肌梗塞 磷酸肌醇磷酸肌醇:治疗肝硬化治疗肝硬化 葡萄糖酸内脂葡萄糖酸内脂:治疗肝炎、肝中毒治疗肝炎、肝中毒 葡萄糖酸钙葡萄糖酸钙:钙补充剂钙补充剂(四四)、多糖类、多糖类 1 1、来源于植物的具有一定生物活性和药理作用的多糖。、来源于植物的具有一定生物活性和药理作用的多糖。黄芪多糖、人参多糖、刺五加多糖、麦麸多糖、黄精黄芪多糖、人参多糖、刺五加多糖、麦麸多糖、黄精多糖、昆布多糖、菊糖、褐藻多糖、波叶多糖、茶叶多糖、多糖、昆布多糖、菊糖、褐藻多糖、波叶多糖、茶叶多糖、葡萄皮脂多糖、麦秸半纤维素葡萄皮脂多糖、麦秸半纤维素B B、针裂蹄多糖、酸多糖、针裂蹄多糖、酸多糖、枸杞多糖、当归多糖、人参多糖、地衣多糖枸杞多糖、当归多糖、人参多糖、地衣多糖 2 2、来源于微生物的多糖、来源于微生物的多糖 猪苓多糖、银耳多糖、香菇多糖、灵芝多糖、黑木耳猪苓多糖、银耳多糖、香菇多糖、灵芝多糖、黑木耳多糖、芸芝多糖、茯苓多糖、毛木耳多糖、大肠杆菌脂多多糖、芸芝多糖、茯苓多糖、毛木耳多糖、大肠杆菌脂多糖、变形杆菌热源多糖、糖、变形杆菌热源多糖、NKNK131131细菌多糖、产氨短杆菌外细菌多糖、产氨短杆菌外多糖、多糖、3 3、来源动物的多糖、来源动物的多糖 肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、透明质酸、壳多糖、胎盘脂多糖酸角质素、透明质酸、壳多糖、胎盘脂多糖二、多糖的生物活性和药理作用 (一一)、对免疫功能的调节作用、对免疫功能的调节作用 表现为表现为:影响补体活性影响补体活性,促进淋巴细胞增殖、增加抗体的促进淋巴细胞增殖、增加抗体的量、提高或激活吞噬细胞的功能。量、提高或激活吞噬细胞的功能。(二二)、抗肿瘤作用、抗肿瘤作用 (三三)、抗衰老作用、抗衰老作用 (四四)、促进细胞、促进细胞DNADNA、蛋白质合成、促进细胞的增殖生长。、蛋白质合成、促进细胞的增殖生长。(五五)、抗感染作用、抗感染作用 (六六)、抗辐射损伤作用和升白作用、抗辐射损伤作用和升白作用 (七七)、降血脂和抗凝血作用、降血脂和抗凝血作用 (八八)、其它、其它感谢您的聆听！