糖类的结构与功能解析课件.ppt

1、第三章第三章 糖类的结构与功能糖类的结构与功能主要内容主要内容 主要介绍糖类的概念、分类以及单糖、二糖主要介绍糖类的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构、性质、功能。和多糖的化学结构、性质、功能。一、糖类的概念与分类一、糖类的概念与分类 糖是自然界分布广泛，数量最多的有机化合物。几糖是自然界分布广泛，数量最多的有机化合物。几乎所有的动物、植物和微生物体内都含有糖类。乎所有的动物、植物和微生物体内都含有糖类。糖也称碳水化合物糖也称碳水化合物（carbohydrate），），用用Cm(H2O)n表示。碳水化合物这个名称并不确切。表示。碳水化合物这个名称并不确切。糖是多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某

2、些衍生糖是多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。物的总称。糖类的主要生物学作用糖类的主要生物学作用 是生物体主要的能量来源（糖酵解）。是生物体主要的能量来源（糖酵解）。可转变为生命所必需的其它物质，如脂类、可转变为生命所必需的其它物质，如脂类、蛋白质等。蛋白质等。可作为生物体的结构物质，如纤维素。可作为生物体的结构物质，如纤维素。是细胞识别和信号传递的重要参与者。是细胞识别和信号传递的重要参与者。分分 类类1.按组成：单糖（按组成：单糖（monosaccharide）、寡糖）、寡糖（oligosaccharide）、多糖（）、多糖（polysaccharide）。）。单糖（单糖（mono

3、saccharide）：）：是多羟醛或多羟酮是多羟醛或多羟酮（1）碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、）碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。庚糖等。（2）醛糖、酮糖：如葡萄糖、果糖。）醛糖、酮糖：如葡萄糖、果糖。寡糖（寡糖（oligosaccharide）：又称低聚糖，由）：又称低聚糖，由210分分子单糖结合而成。可分为二糖、三糖、四糖、五糖子单糖结合而成。可分为二糖、三糖、四糖、五糖等。等。多糖（多糖（polysaccharide）：）：由多分子单糖或单糖由多分子单糖或单糖 的衍生物聚合而成。的衍生物聚合而成。（1）同多糖（）同多糖（homopolysaccharide）：由同一种单

4、）：由同一种单 糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素等。糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素等。（2）杂多糖（）杂多糖（heteropolysaccharide）：由不同种）：由不同种 单糖或单糖的衍生物聚合而成，如透明质酸等。单糖或单糖的衍生物聚合而成，如透明质酸等。3.按有无支链：直链糖、支链糖按有无支链：直链糖、支链糖4.按功能：结构多糖、贮存多糖、抗原多糖按功能：结构多糖、贮存多糖、抗原多糖等等5.按分布：胞内、胞外、胞壁多糖按分布：胞内、胞外、胞壁多糖4.1、单糖、单糖4.1.1单糖的构型单糖的构型单糖是多羟基醛或酮。可根据单糖是多羟基醛或酮。可根据C原子的数目原子的数目或羰基的类型进行分类

5、。或羰基的类型进行分类。最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮。最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮。D-、L-构型构型 距醛基最远的不对称距醛基最远的不对称C上的羟基在左边的上的羟基在左边的为为L-型糖，在右边的为型糖，在右边的为D-型糖。型糖。单糖的构型（单糖的构型（configuration）：）：D型和型和L型以甘油醛型以甘油醛作标准作标准 旋光异构旋光异构 旋光性：使平面偏振光的偏振面发生旋转旋光性：使平面偏振光的偏振面发生旋转的性质。的性质。旋光度：任何一种具有旋光性的物质在一旋光度：任何一种具有旋光性的物质在一定条件下均可使偏振光的偏振面旋转一定定条件下均可使偏振光的偏振面旋转一定角度称为旋光

6、度。它是一个物理常数。角度称为旋光度。它是一个物理常数。lcaatt ta为比旋光度为比旋光度,是指在是指在1g/ml的溶液中的溶液中,旋光管为旋光管为1dm时的旋光度。时的旋光度。a为旋光度，为旋光度，c为溶质浓度为溶质浓度（g/ml），），l为旋光管长（为旋光管长（dm），），为入射为入射波长，波长，t为温度。为温度。变旋现象（变旋现象（mutarotation）一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改变的现象称为变旋。改变的现象称为变旋。变旋的原因：变旋的原因：-Glc链式链式Glc-Glc（旋（旋光异构体间的相互转化）。光异构体间的相互转化）。How

7、many stereoisomers does an aldohexose contain?4.1.2单糖的结构单糖的结构 自然界中戊糖和已糖有两种不同的结构：自然界中戊糖和已糖有两种不同的结构：多羟基醛的多羟基醛的开链形式开链形式和和半缩醛形式半缩醛形式。葡萄糖多以葡萄糖多以吡喃环吡喃环结构存在（结构存在（1-5缩合），缩合），而戊糖多以而戊糖多以呋喃环呋喃环形式存在。形式存在。CCOHCHHHOCOHHCOHOHHCH2OHCCOHCHHHOCOHHCHHCH2OHOHOCCOHCHHHOCOHHCHOHCH2OHHO+链状环状互变链状环状互变-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖（37）醛式（链式）

8、葡萄糖醛式（链式）葡萄糖-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖(63%)-D-呋喃葡萄糖呋喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖呋喃葡萄糖The chair form is more stable because of less steric hindrance as the axial positions are occupied by hydrogen atoms.b-D-glucopyranose steric hindrance(predominated form)4.1.3单糖的构象单糖的构象C11C-型吡喃葡萄的半缩醛羟基是型吡喃葡萄的半缩醛羟基是直立键直立键，而，而-型吡喃葡萄的半缩醛羟基是型吡喃葡萄的半

9、缩醛羟基是平伏键平伏键，所以，所以-构构型更为稳定。型更为稳定。4.2自然界存在的重要单糖自然界存在的重要单糖及其衍生物及其衍生物 自然界中存在的单糖数目要低于其光学异构自然界中存在的单糖数目要低于其光学异构体的理论数目。常见的单糖有醛糖、酮糖、体的理论数目。常见的单糖有醛糖、酮糖、脱氧糖、分枝糖、氨基糖等。脱氧糖、分枝糖、氨基糖等。重要衍生物有重要衍生物有糖醇、糖醛酸、氨基糖及糖苷、糖醇、糖醛酸、氨基糖及糖苷、糖酯糖酯。重要的单糖重要的单糖 糖醇：较稳定，有甜味。如甘露醇、山梨醇。糖醇：较稳定，有甜味。如甘露醇、山梨醇。糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得到，如葡糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得到，

10、如葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸。萄糖醛酸、半乳糖醛酸。氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。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的羟糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质的羟基形成的缩醛结构。基形成的缩醛结构。4.3、寡糖、寡糖（oligosaccharide）寡糖是少数单糖（寡糖是少数单糖（2-10个）缩合的聚合物。个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖自然界中最常见的寡糖是双糖（disaccharide）。）。重要的双糖有重要的双糖有麦芽糖、蔗糖、乳糖麦芽糖、蔗糖、乳糖等。等。麦芽糖（麦芽糖（maltose）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

11、糖苷键连接而成。糖苷键连接而成。蔗糖蔗糖（Sucrose）的结构的结构乳糖（乳糖（lactose）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。糖的甜度（糖的甜度（sweetness）糖糖 甜度甜度 糖糖 甜度甜度果糖果糖 转化糖转化糖 蔗糖蔗糖 葡萄糖葡萄糖 木糖木糖 173.3 130 100 74.3 40鼠李糖鼠李糖 麦芽糖麦芽糖 半乳糖半乳糖 棉子糖棉子糖 乳糖乳糖 32.5 32.5 32.1 22.6 16.1二糖总结二糖总结 蔗糖蔗糖 麦芽糖麦芽糖 乳糖乳糖 组成（均为组成（均为D型）型）苷键苷键 旋光旋光

12、变旋变旋 还原性还原性 成脎成脎 1Glc,1Fru,-1,2+-2Glc-1,4+1Glc,1Gal-1,4+脎 s:含两个相邻腙基的一类碱性化合物 osazone。由同一个分子内的两个羰基和两个分子的苯肼缩合而成4.4、多糖（、多糖（polysaccharide）多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖的高聚物。多糖完全水解完全水解时，糖苷键断裂时，糖苷键断裂而形成单糖。而形成单糖。多糖的功能：纤维素、淀粉、糖原、甲壳多糖的功能：纤维素、淀粉、糖原、甲壳素、植物粘液、树胶、果胶等。素、植物粘液、树胶、果胶等。性质性质 分子量大，没有还原性和变旋

13、现象，无甜分子量大，没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水，可形成胶体溶液。味，大多不溶于水，可形成胶体溶液。多糖的结构主要由多糖的结构主要由单糖组成、糖苷键类型单糖组成、糖苷键类型以及单糖的排列顺序以及单糖的排列顺序决定。决定。同多糖、杂多糖。同多糖、杂多糖。Differences between homopolysaccharides and heteropolysaccharidesPolysaccharides (glycans)分子量高达分子量高达 2 x 107 D 葡萄糖的储存形式葡萄糖的储存形式 淀粉淀粉(植物植物)amylose(un-branched)amylopect

14、ion(branched)糖原糖原(动物动物)结构功能结构功能 纤维素纤维素(eg.cotton)甲壳素甲壳素(Arthropods)粘多糖粘多糖(animals)4.5、多糖的代表物简要介绍、多糖的代表物简要介绍（一）淀粉与糖原（一）淀粉与糖原1.淀粉淀粉存在于植物种子与根茎中，是贮存多糖。天存在于植物种子与根茎中，是贮存多糖。天然淀粉由直链淀粉（内层，然淀粉由直链淀粉（内层，15-25%）和支链）和支链淀粉（外层，淀粉（外层，75-85%）组成。）组成。Nonreducing end（NRE）Reducing end（RE）OCH2OHOCH2OHOOOCH2OHOHn141414直链淀粉

15、（直链淀粉（amylose）直链淀粉的空间结构封闭型螺旋线直链淀粉的空间结构封闭型螺旋线 由由D-Glc通过通过-（1,4）糖苷键连接的多糖糖苷键连接的多糖链，空间构象是卷链，空间构象是卷曲成螺旋形的，曲成螺旋形的，每一回转有每一回转有6个个Glc残基水溶性较差。残基水溶性较差。支链淀粉（支链淀粉（amylopectin）支链淀粉的空间结构支链淀粉的空间结构淀粉粒中的直链和支链淀粉淀粉粒中的直链和支链淀粉支链淀粉形成双螺旋结构与支链或直链淀粉形成淀粉粒支链淀粉形成双螺旋结构与支链或直链淀粉形成淀粉粒 非还原端的葡萄糖残基在能量动员的过程中被酶水解。非还原端的葡萄糖残基在能量动员的过程中被酶水解

16、。淀粉水解淀粉水解 用酶或酸水解用酶或酸水解 淀粉淀粉红糊精红糊精无色糊精无色糊精麦芽糖麦芽糖葡萄葡萄糖糖淀粉与碘的反应淀粉与碘的反应直链淀粉呈蓝色，支链淀粉呈紫红色，颜色跟直链淀粉呈蓝色，支链淀粉呈紫红色，颜色跟糖苷键长度有关。糖苷键长度有关。2.糖原（糖原（glycogen）又称动物淀粉，存于动物的肌肉和肝脏中。又称动物淀粉，存于动物的肌肉和肝脏中。与支链淀与支链淀粉的不同粉的不同在于糖原在于糖原分子分支分子分支多、链短多、链短结构紧密。结构紧密。（二）纤维素和半纤维素（二）纤维素和半纤维素1.纤维素（纤维素（Cellulose）自然界中最丰富的有机化合物。植物中含量自然界中最丰富的有机化

17、合物。植物中含量很高，是植物细胞壁的主要组成成分。很高，是植物细胞壁的主要组成成分。是由是由D-吡喃葡萄糖通过吡喃葡萄糖通过-(1,4)糖苷键连接而糖苷键连接而成的没有分支的同多糖。成的没有分支的同多糖。纤维素分纤维素分子以氢键子以氢键构成平行构成平行的微晶束，的微晶束，氢键很多，氢键很多，故相当牢故相当牢固固2.半纤维素半纤维素 存在于植物的木质化部位，存在于植物的木质化部位，如秸秆、种皮、如秸秆、种皮、坚果壳、玉米穗轴等坚果壳、玉米穗轴等，含量各异。半纤维，含量各异。半纤维素是植物细胞壁中除纤维素以外其他多糖素是植物细胞壁中除纤维素以外其他多糖的总称。构成半纤维素的单糖主要有、葡的总称。构

18、成半纤维素的单糖主要有、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖及糖醛酸等。木糖、鼠李糖及糖醛酸等。琼脂琼脂 琼脂由琼脂由琼脂糖琼脂糖（Agarose）和琼脂胶两多糖）和琼脂胶两多糖（Agaropectin）两部分组成，）两部分组成，作为胶凝剂的琼脂糖是不含硫酸酯（盐）的非作为胶凝剂的琼脂糖是不含硫酸酯（盐）的非离离子子型多糖，是形成凝胶的组分，其大分子链链节型多糖，是形成凝胶的组分，其大分子链链节在在1，3苷键交替地相连的苷键交替地相连的-D-吡喃吡喃半乳糖半乳糖残基和残基和3,6-L-吡喃半乳糖残基。而琼脂吡喃半乳糖残基。而琼脂果胶果胶是非

19、凝胶是非凝胶部分，是带有硫酸酯（盐）、部分，是带有硫酸酯（盐）、葡萄葡萄糖醛酸和糖醛酸和丙酮丙酮酸醛的复杂多糖，也是商业提取中力图去掉的部酸醛的复杂多糖，也是商业提取中力图去掉的部分。在工业上的琼脂分。在工业上的琼脂 色泽由白到微黄，具有胶质色泽由白到微黄，具有胶质感，无气味或有轻微的特征性气味，琼脂不溶于感，无气味或有轻微的特征性气味，琼脂不溶于冷水，易溶于沸水，缓溶于热水。冷水，易溶于沸水，缓溶于热水。（三）壳多糖（几丁质，（三）壳多糖（几丁质，Chitin）Chitin 由由N-乙酰乙酰-D-氨基葡萄糖以氨基葡萄糖以（四）葡聚糖（四）葡聚糖D-葡萄糖以葡萄糖以-（1,6）糖苷键缩合为主链

20、骨架，）糖苷键缩合为主链骨架，以以-（1,3）糖苷键）糖苷键-（1,4）糖苷键构成支链。）糖苷键构成支链。葡聚糖凝胶可以制成分子筛，用于柱层析。葡聚糖凝胶可以制成分子筛，用于柱层析。（五）糖胺聚糖（五）糖胺聚糖是一种酸性杂多糖，有较大粘性，也称粘多糖。是一种酸性杂多糖，有较大粘性，也称粘多糖。透明质酸（透明质酸（hyaluronic acid）硫酸软骨素硫酸软骨素（动物结缔（动物结缔组织）组织）肝素（肝素（heparin）4.6、糖复合物、糖复合物 是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合形成的产物，主要有糖蛋白、蛋白多结合形成的产物，主要有糖蛋白、蛋白多糖

21、、糖脂和脂多糖。糖、糖脂和脂多糖。4.6.1糖蛋白与蛋白多糖糖蛋白与蛋白多糖糖蛋白（糖蛋白（glycoprotein）：以蛋白质为主，）：以蛋白质为主，糖作为辅基，如卵清蛋白（含糖基糖作为辅基，如卵清蛋白（含糖基1）。）。蛋白多糖：以多糖为主，蛋白或肽类所占比蛋白多糖：以多糖为主，蛋白或肽类所占比例较少，如粘蛋白（含糖基例较少，如粘蛋白（含糖基80）。）。糖蛋白中糖链与肽链的连接方式糖蛋白中糖链与肽链的连接方式（1）O-糖苷键糖苷键（2）N-糖苷键糖苷键 蛋白聚糖蛋白聚糖由蛋白质由蛋白质和糖胺聚和糖胺聚糖通过共糖通过共价键连接价键连接而成的大而成的大分子复合物。分子复合物。生理功能生理功能 蛋

22、白聚糖主要存在于软骨、肌腱等结缔组蛋白聚糖主要存在于软骨、肌腱等结缔组织，构成细胞间质。由于糖胺聚糖有密集织，构成细胞间质。由于糖胺聚糖有密集的负电荷，在组织中可吸收大量的水而赋的负电荷，在组织中可吸收大量的水而赋予粘性和弹性，具有稳定、支持和保护细予粘性和弹性，具有稳定、支持和保护细胞的作用。胞的作用。4.6.2糖脂（糖脂（Glycolipid）与脂多糖）与脂多糖（Lipopolysaccharide）是广泛存在于动物、植物和微生物中的脂是广泛存在于动物、植物和微生物中的脂类与糖结合的一类复合糖。类与糖结合的一类复合糖。糖脂分为甘油醇糖脂和糖脂分为甘油醇糖脂和N-酰基神经醇糖脂。酰基神经醇糖

23、脂。甘油醇糖脂由甘油二酯与已糖（主要是甘油醇糖脂由甘油二酯与已糖（主要是Gal、Man、deoxy-Glc等）结合而成。等）结合而成。甘油醇糖脂甘油醇糖脂N-酰基鞘氨醇糖脂（神经酰胺糖脂）酰基鞘氨醇糖脂（神经酰胺糖脂）组成：醇（鞘氨醇）、脂酸、糖组成：醇（鞘氨醇）、脂酸、糖 根据糖基的不同，可分为两大类根据糖基的不同，可分为两大类 （1 1）脑苷脂：糖基为中性糖）脑苷脂：糖基为中性糖 （2 2）神经节苷脂：糖基中除中性糖基外，）神经节苷脂：糖基中除中性糖基外，还含唾液酸。还含唾液酸。脑苷脂（脑糖脂，脑苷脂（脑糖脂，cerebroside）脂多糖脂多糖 革兰氏阴性菌细胞壁所具有的复合多糖。革兰氏

24、阴性菌细胞壁所具有的复合多糖。一般由三部分组成：外层低聚糖链、中心一般由三部分组成：外层低聚糖链、中心多糖链和脂质。多糖链和脂质。Lipopolysaccharides:dominant surface feature of the outer membrane of gram-negative bacteria.-target of antibody -toxic to humans The principal determinant of the serotype(immunological reactivity)of the bacterium小结小结 糖的分类糖的分类 单糖的构型、构象、结构单糖的构型、构象、结构 自然界中的重要单糖、二糖和多糖自然界中的重要单糖、二糖和多糖 重要二糖、多糖的组成单元及糖苷键重要二糖、多糖的组成单元及糖苷键