《糖类的结构和功能》PPT课件.ppt

生物化学杨晶生命科学与技术学院北京化工大学科技大厦西配楼613室010-64451636yangj,教材：1、张洪渊等，生物化学（第三版）化学工业出版社，2006年2、罗纪盛等，生物化学简明教程（第三版）高等教育出版社1999年参考书：1.沈同，王镜岩著。生物化学（第二/三版）高等教育出版社，1990/2002年2.Biochemistry(secondedition)Hames&Hooper,教学方法：讲授为主，对讲课的意见要求及时提出内容、深度、速度。学习方法：1、课后复习，多看书，笔记尽量详细。2、注意各章节联系，善于综合分析总结教学内容。3、不懂的地方及时提出。考核方法：1、平时102、期中考试占40%3、期末考试504、成绩：百分制,课时安排：80学时绪论：1学时第一章：糖类4学时第二章：蛋白质化学8学时第三章:核酸化学6学时第四章：脂质和生物膜4学时第五章：酶8学时第六章：维生素和辅酶4学时期中考试：2学时,第七章：生物氧化5学时第八章：糖代谢8学时第九章：脂质代谢8学时第十章：氨基酸代谢8学时第十一章：核酸代谢6学时第十二章：蛋白质生物合成6学时期末考试2学时,绪论,1、生物化学发展史简述,生物化学的研究始于18世纪下半叶，但作为一门独立的学科是在20世纪初。（1）生物化学研究的开始18世纪生物化学发展历程：拉瓦锡：动物热理论呼吸相当于不发光的燃烧（1783年，生化开始年）普利斯特列：光合现象舍勒：在1770年发现了酒石酸，之后又从膀胱结石中分离出尿酸。,(2)19世纪科学发展大大加快，成果不断涌现1828年维勒（李比西的学生）人工合成了第一个有机物尿素，证明有机物可以人造。1838年：施来登与施旺发表细胞学说1860年：巴斯德对酒精发酵进行了研究，提出发酵是由酵母菌或细菌引起的，此研究为后来的糖代谢和呼吸作用研究奠定了基础。1871年：米切尔发表文章分离出核素，即DNA1897年：Buchner用酵母无细胞提取液发酵成功，证明酶的存在。,(3)20世纪初，在酶、代谢机理方面的研究发展较快。,1905年：Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。1937年：Krebs提出了三羧酸循环的假说1944年：Avery，Maeleod和McCarty完成了肺炎球菌转化试验，证明DNA是遗传物质。1953年：Watson和Crick利用X射线衍射分析了DNA结构，提出了DNA结构的双螺旋结构模型这一发现为生物的遗传研究奠定了分子基础。,2、生物化学的涵义：生物化学是研究生命现象化学本质的科学。它主要是利用化学的理论和方法研究生命现象。,3、生物化学的研究对象和目的研究生物体内的化学分子构成，分子结构、性质、功能及其在体内代谢过程。,l研究范围：1.生物体由那些物质组成？其结构、性质和功能如何？2.这些物质在生命体内发生什么变化？怎样变化的？变化过程中能量是怎样转变的？物质在体内怎样进行物质代谢和能量代谢。3.物质的结构，代谢和生物功能及生命现象（生长、繁殖、遗传、运动等）之间的关系。l目的：不仅要了解上述现象，而且要利用已经了解的知识去改造自然。,糖类的结构及功能,本章内容,一、糖的命名与分类二、单糖的结构、构型与性质（重点及难点）三、寡糖，重点学习二糖四、多糖，重点学习淀粉、糖原,糖是自然界存在的一类有机物，广泛存在于动、植物及微生物体内，尤其以植物含量最多，约占干重80%以上。一切生物体维持生命活动所需的能量来源；生物体合成其它化合物的基本原料C源；参与细胞识别和信息传递；与免疫、血型、细胞间联系有关。,糖的生理功能：,一、糖的定义、分类及功能,糖是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称，它包括多羟醛、多羟酮、它们的缩聚物及其衍生物。例如：,葡萄糖为多羟基醛醛糖（aldose）果糖为多羟基酮酮糖（ketose）,1糖（saccharide）的定义,3糖的分类,按组成及水解情况能否水解和水解后的产物分为：,单糖：不能被水解为更小的单位，具有一个自由的醛基(酮基)以及两个以上OH。寡糖：由2-10个单糖缩合而成，水解后产生单糖。如：蔗糖、麦芽糖、乳糖等。多糖：由多个单糖缩合而成，水解后产生多个单糖。如：淀粉、纤维素、糖原等。,二、单糖的定义及分类,具有一个自由的醛基(或酮基)以及两个以上羟基的糖类物质称为单糖。按含有羰基官能团的种类分为：醛糖和酮糖,甘油醛,二羟基丙酮,按所含碳原子的数目分类,（1）单糖的开链结构及D、L构型,例如：甘油醛分子（最简单的单糖）,*,*,三、单糖的化学结构,（2）单糖的旋光性,1）单糖分子中含有不对称碳原子，且分子本身内部不对称2）单糖可使平面偏振光的偏振面发生旋转的性质。比旋光度或旋光率：旋光物质在一定条件下可使偏振光的偏振面旋转到一定的角度。表示方法：tD。,比旋光度或旋光率,L：旋光管的长度，单位厘米C：为100mL溶液中含溶质的克数以钠光灯为光源，温度为t时测得的旋转角度,物质的右旋性常用d或（+）表示，物质的左旋性常用l或（-）表示。,注意：旋光物质的构型（D或L）与物质的旋光性（d或l）构型D-或L-是人为规定的，与物质的旋光性无光，d-或l-是实际测得的右旋性或左旋性。,其他单糖都以甘油醛为标准比较。3C以上的糖有2个以上不对称碳C*，故构型的确定以距醛基（或酮基）最远的C*为准：在该C*上的OH在右边为D-型糖，在C*上的OH在左边为L-型糖。,单糖的旋光异构体,理论上含有n个手性碳原子的单糖有2n个旋光异构体。,*,*,*,*,如己醛糖，开链结构有24=16个旋光异构体；环状结构有25=32个旋光异构体。,醛糖,酮糖,变旋性质：旋光度自行改变的现象,-D-葡萄糖D-葡萄糖-D-葡萄糖36%0.024%64%+112平衡后+18.7（酒精）（变旋现象）*（吡啶）+52.7,（3）单糖的环状结构与-构型,五个碳以上单糖除直链结构外还可通过醛（酮）基与其它碳原子上的羟基成环生成半缩醛形式，形成环状结构。如葡萄糖分子,C1-C4成五元环呋喃糖,C1-C5成六元环吡喃糖,成环后，C1也成为不对称C*原子，半缩醛羟基可有两种不同的排列方式，由此产生和两种异构体。、-的确定：-型：半缩醛羟基与决定DL构型的羟基同侧为-型；-型：半缩醛羟基与决定DL构型的羟基不同侧为-型。异头物：只是在羰基碳原子上构型不同的同分异构体。异头碳：决定异头现象的碳原子。,*,*,Fischer式结构,从开链或环式改写成哈沃斯式，要将左侧原子或原子团写在上方，右侧原子或原子团写在下方。,Haworth投影式,OH,OH,和异头物（anomers,a&b）异头C（anomericC1）a(OHbelowthering)b(OHabovethering).,63%,36%,（4）、构象式(立体结构)：,船式构象椅式构象,椅式构象：,二.单糖的理化性质,1.物理性质：旋光性：变旋性：一种旋光物质由于有不同的构型，在溶液中其比旋光度可发生改变，最后达到某一比旋光度值即恒定不变，这种现象称为变旋性。,Mutarotation变旋现象：旋光度改变的现象,原因：不同结构形式的葡萄糖可互变，各种形式最后达到一定的平衡所致。,溶解度：单糖都是无色结晶，羟基（多）在水溶液中溶解度很大，不溶于乙醇，丙酮。甜度：单糖都有甜味，果糖170，蔗糖100，转化糖130,单糖分子除了具有上述的旋光性和变旋性外，由于其分子结构上存在醛基，酮基，羟基等官能团，因此在特定条件下可以发生氧化还原反应，酯化反应，形成糖苷等反应。,（1）氧化反应,斐林氏反应,杜伦氏反应,二、单糖的化学性质,成脎反应:糖脎黄色晶体，鉴别多种还原糖,果糖也是还原糖，原因在于其-羟甲基酮在碱性条件下可通过酮-烯醇式互变异构转变成醛：,单糖的醛基和伯醇基都易被氧化,（2）酯化反应,单糖具有多个醇性羟基，故具有醇的性质。尤其是半缩醛羟基更活泼，容易与酸反应生成酯。,（3）形成糖苷,环状单糖是一种半缩醛，它的半缩醛羟基与另一含羟基化合物（或其他非羟基化合物）缩合生成的缩醛类物质，称为糖苷。,+,糖基,配基或配糖体,糖基：提供半缩醛羟基的糖,本节要点,1、单糖中葡萄糖、果糖的开链式和环式结构（Fischer投影式和Haworth投影式）2、d和l，D和L，和的定义和含义3、变旋性和旋光性、变旋现象和旋光现象4、单糖的化学性质,三、寡糖,1、寡糖的命名,若干个单糖间若都以糖苷键相连接，单糖基数为210个构成的糖类物质，称为寡糖或低聚糖。按结构命名，考虑以下几个方面：（1）单糖种类（2）连接方式（3）糖苷键构型（4）糖苷键连接的方向用箭头表示，由糖基的半缩醛羟基指向配基糖的位置,（1）蔗糖：葡萄糖果糖。广泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。因为葡萄糖与果糖结合成蔗糖后其醛基和酮基都完全丧失，因此，蔗糖没有还原性。,-葡萄糖（12）果糖苷或-果糖（21）葡萄糖苷,比较重要的三个寡糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖,蔗糖的水解产物：果糖和葡萄糖。果糖比旋光度为-92.4葡萄糖比旋光度为+52.5蔗糖比旋光度为+66.5在水解过程中蔗糖由右旋变为左旋的过程，称为转化；转化作用所生成的等量葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖,转化的定义,（2）麦芽糖：葡萄糖葡萄糖，谷物发芽的种子中含有麦芽糖淀粉水解后大多能得到麦芽糖。还原性糖,纤维二糖,葡萄糖（14）葡萄糖苷，纤维素的水解产物,（3）乳糖：半乳糖葡萄糖，主要存在于动物乳汁中，还原性糖。,-半乳糖（14）葡萄糖苷,三糖：棉子糖具有旋光性，无还原性,-半乳糖-葡萄糖-果糖,-1，6糖苷键，-（12）糖苷键,本节要点,（1）寡糖结构式的表示方式（2）掌握常见几种寡糖的化学组成，化学性质,四、多糖,多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物，包含20个以上单糖分子，是一类结构复杂的大分子物质，广泛的存在于动物，植物中。多糖的共性：无还原性、无变旋现象，无甜味，大多不溶于水。常见的几种多糖：淀粉、糖原、纤维素等。,（1）淀粉：由多个-D-葡萄糖组成。存在于植物的根茎和种子中。直链淀粉：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷键相连。,直链淀粉,直链淀粉分子的空间构象是卷曲成螺旋形的，每一回转为6个葡萄糖基，淀粉在水溶液中混悬时就形成这种螺旋圈。,支链淀粉：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷键相连成主链，分支处以-1，6糖苷键相连。,每支链平均含有24-30个葡萄糖基，每两个分支点的距离平均约为11-12个葡萄糖残基；支链数目可达50-70个。,化学性质：无还原性；淀粉+碘变色反应；聚合度为20左右，与碘形成红色络合物聚合度为20-60，与碘形成紫红色络合物聚合度大于60，与碘形成蓝色络合物淀粉水解最终生成葡萄糖，水解程度可用碘加以检测：淀粉糊精麦芽糖葡萄糖蓝蓝紫红色无色无色,（2）糖原:动物淀粉存在：动物体的肝脏（肝糖原），肌肉（肌糖原）,肾脏（肾糖原)结构：以-D-葡萄糖为基本单元，相对分子质量很大，相当于3万个葡萄糖单位。主链上每3-5个葡萄糖基就有一个分支，支链长度一般由10-14个葡萄糖单位组成。(14)苷键和(16)苷键连接与支链淀粉相似但分支多而短。糖原整体分子呈球形。性质：与碘反应呈红色无还原性。,（3）纤维素存在：植物细胞壁或支撑组织，是地球上最丰富的有机物。结构：以-D-葡萄糖为基本单元。以-1，4糖苷键相连，形成线性结构。纤维素微晶间氢键很多，故结构牢固。,纤维素的性质：（1）溶解性：在大部分普遍溶剂中极难溶解。（2）无还原性（3）与浓硝酸和浓硫酸反应，生成纤维素三硝酸酯（又称火棉），制造炸药原料,1葡萄糖作为单糖的基本根据是（）A它具有较小的分子量B它不能水解成更简单的糖C它所含有的碳原子数很少D它是一种结构简单的多羟基醛2下列各物质中，不能发生银镜反应的是（）A葡萄糖B麦芽糖C甲酸钠D蔗糖3跟葡萄糖具有不同最简式的是（）A甲醛B乙酸C甲酸甲酯D丙烯酸,B,D,D,4.具有还原性的二糖是（）；由不同的单糖组成的二糖是（）。蔗糖；B.麦芽糖；C.海藻糖；D.乳糖；E.纤维二糖；5.下列几种多糖中被称为动物淀粉的是（）。A.淀粉；B.纤维素；C.果胶；D.糖原；6.糖原与直链淀粉都有的糖苷键为:（）A、-1，6糖苷键；B、-1，6糖苷键；C、-1，4糖苷键；D、-1，4糖苷键；,B,D,E,A,D,D,C,习题,1、用葡萄糖为例说明D、L，、，（+）、（-）的意义2、按要求写出结构式：（1）写出下列化合物的哈沃斯式：-D-呋喃果糖-D-1,6-二磷酸呋喃果糖-D-吡喃氨基葡萄糖-D-呋喃葡萄糖甲苷,