糖类化合物医学知识宣讲培训课件.ppt
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- 糖类 化合物 医学知识 宣讲 培训 课件
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1、糖类化合物医学知识糖类化合物医学知识宣讲宣讲下一页上一页2.1 前言2.2 单糖2.3 二糖、寡糖和多糖2.4 糖复合物:糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂和脂多糖。2.5 糖链信息2.6 寡糖和多糖的应用2.7 糖链结构分析方法糖类化合物医学知识宣讲2下一页上一页l常用单词、前缀和后缀常用单词、前缀和后缀l学术定义学术定义l通式通式l糖的分类糖的分类l糖的生物功能糖的生物功能糖类化合物医学知识宣讲3下一页上一页l单词单词 sugar,carbohydrate,saccharides(糖类)l前缀前缀 Glycobiology,Glycoconjugate,Glycoprotein,Glycolipidl
2、后缀后缀-ose,-saccharide or-glycan(多糖)Glucose(葡萄糖),Fructose(果糖),Galactose(半乳糖),Sucrose(蔗糖)糖类化合物医学知识宣讲4下一页上一页l糖是多羟基醛或多羟基酮或其衍生物以及可以水解产生这些化合物的物质的总称。l糖是地球上最丰富的生物分子,在各种生命形式中都具有多种功能。l广义的糖可分为简单糖类和糖复合物。前者包括单糖、寡糖和多糖;后者包括糖与蛋白质、脂类等共价形成的复合物。糖类化合物医学知识宣讲5下一页上一页NameFormula三碳糖(Triose)C3H6O3四碳糖(Tetrose)C4H8O4五碳糖(Pentose
3、)C5H10O5六碳糖(Hexose)C6H12O6七碳糖(Heptose)C7H14O7八碳糖(Octose)C8H16O8Cn(H2O)n:例外:脱氧糖,鼠李糖等糖;非糖物质甲醛(CH2O),乙酸(C2H4O2),乳酸(C3H6O3)等糖类化合物医学知识宣讲6下一页上一页l根据分子大小可分为三类:单糖:仅包含一个多羟基醛或多羟基酮单位或不能水解成更小分子的糖类。寡糖:两个或几个单糖由糖苷键连接而成。多糖:包含20个以上,甚至成百上千个单糖基。糖类化合物医学知识宣讲7下一页上一页l作为生物体内的主要能源物质。作为生物体内的主要能源物质。l作为生物体的结构成分。作为生物体的结构成分。植物细胞壁
4、中的纤维素。细菌细胞壁的肽聚糖。节肢动物外骨骼几丁质。动物软骨中的蛋白聚糖。l作为细胞识别的信息分子:作为细胞识别的信息分子:参与分子和细胞识别、细胞粘附等。在生物体内转变为其他物质。糖类化合物医学知识宣讲8下一页上一页l单糖的结构和命名 D-/L-立体异构 单糖的环式结构 单糖构象l单糖的物理性质l单糖的化学性质l单糖的重要衍生物糖类化合物医学知识宣讲9下一页上一页l单糖含有一个羰基和多个羟基。根据羰基在碳链上的位置可分为,醛糖(Aldoses)和酮糖(Ketoses)。最简单的醛糖是甘油醛(Glyceraldehyde)最简单的酮糖是二羟丙酮(Dihydroxyacetone)l含有不同碳
5、原子数的单糖都有其醛糖和酮糖形式。糖类化合物医学知识宣讲10下一页上一页糖类化合物医学知识宣讲11下一页上一页l除了二羟丙酮以外的其他单糖都具有一个或多个不对除了二羟丙酮以外的其他单糖都具有一个或多个不对称(手性)碳原子。称(手性)碳原子。l醛糖与酮糖的构型是由分子中离羰基最远的不对称碳醛糖与酮糖的构型是由分子中离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来决定的。该羟基在费歇尔(德国)原子上的羟基方向来决定的。该羟基在费歇尔(德国)投影式(立体模型或透视结构在纸面上的投影投影式(立体模型或透视结构在纸面上的投影)右侧的右侧的称为称为D-型,在左侧的称为型,在左侧的称为L-型。天然单糖一般为型。天然单
6、糖一般为D-型。型。l构型:一般指立体异构体中取代原子或基团在空间上构型:一般指立体异构体中取代原子或基团在空间上的取向。构型的改变牵涉到共价健的断裂。的取向。构型的改变牵涉到共价健的断裂。lD-葡萄糖与葡萄糖与L-葡萄糖互为对映体葡萄糖互为对映体(enantiomers)。一对。一对对映体,旋光方向相反,旋光度数、熔点、沸点等都对映体,旋光方向相反,旋光度数、熔点、沸点等都一样。一样。糖类化合物医学知识宣讲12糖类化合物医学知识宣讲13糖类化合物医学知识宣讲14糖类化合物医学知识宣讲15糖类化合物医学知识宣讲16下一页上一页l两个单糖仅仅在一个手性碳原子上构型不同的,互称为差向异构体(epi
7、mers)。lD-葡萄糖与 D-甘露糖为 C-2差向异构。lD-葡萄糖与 D-半乳糖为 C-4差向异构。糖类化合物医学知识宣讲17下一页上一页l单糖在水溶液中容易形成分子内的半缩醛或半缩酮。对于六碳醛糖来说,C-1上的醛基和C-5上的羟基可以反应形成具有六元吡喃环状结构的半缩醛。C-1上的醛基也可以与C-4上的羟基反应形成具有五元呋喃环状结构的半缩醛。l成环反应使C-1上形成一个半缩醛羟基,导致新的异构体产生异头体(anomers)。规定异头体的半缩醛羟基和分子末端-CH2OH基邻近不对称碳原子的羟基在碳链同侧的称为型,在异侧的称为型。糖类化合物医学知识宣讲18下一页上一页糖类化合物医学知识宣
8、讲19下一页上一页糖类化合物医学知识宣讲20下一页上一页糖类化合物医学知识宣讲21下一页上一页-D-吡喃果糖-D-呋喃果糖糖类化合物医学知识宣讲22下一页上一页l在Fischer投影式中形成过长的氧桥是不合理的。1926年Haworth提出透视式表达糖的环状结构。l如果氧环上的碳原子按顺时针方向排列,羟甲基在平面之上的为D-型,在平面之下的为L-型。在D-型糖中,半缩醛羟基在平面之下的为型,在平面之上的为型。糖类化合物医学知识宣讲23下一页上一页糖类化合物医学知识宣讲24下一页上一页构象是指一个分子中,不断裂共价键,仅由单键旋转所产生的原子或基团在空间位置的改变。吡喃糖环和呋喃糖环并非平面环。
9、吡喃糖环常采取椅式(chair)和船式(boat)构象,其中椅式构象使扭张强度减到最低因而较稳定。呋喃环则有信封式(envelope)和扭曲式(twist)构象。一般而言,平伏键比直立键更稳定。因此在溶液中,-D-葡萄糖比-D-葡萄糖更占优势。糖类化合物医学知识宣讲25ax:axial(vertical)直立键直立键 eq:equatorial 平伏键平伏键糖类化合物医学知识宣讲26(a)-D-葡萄糖的 4C1 和 1C4 椅式构象。(b)C-2,C-3,C-5,和氧原子形成椅式构象的椅平面。(c)五元呋喃环的信封式和扭曲式构象。糖类化合物医学知识宣讲27下一页上一页B-DNA:主要的双螺旋构
10、象形式A-DNA 糖类化合物医学知识宣讲28下一页上一页l溶解性:溶于水,不溶于有机溶剂。l甜度:常以蔗糖的甜度为标准。l旋光度和比旋光度:旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力叫旋光性或旋光度。能力叫旋光性或旋光度。l注意:D/L立体异构命名与 d/l(dextrorotatory右旋/levorotatory左旋)(+/-)旋光方向的区别。cltD:测得的旋光度()l:旋光管的长度(dm)c:糖液浓度(g/mL)糖类化合物医学知识宣讲29下一页上一页lMutarotation(变旋)lEsterification(成酯)lOxidation(氧化作
11、用)lReduction(还原作用)lFormation of Glycosides(成苷)lFormation of Osazone(成糖脎)糖类化合物医学知识宣讲30下一页上一页D-葡萄糖的变旋。反应由弱酸催化。糖类化合物医学知识宣讲31下一页上一页l醇可以与酸、酸酐、酰卤反应成酯。自然界最重要的糖酯有:(1)磷酸酯(2)酰基酯(包括乙酰酯和脂肪酰酯)(3)硫酸酯糖类化合物医学知识宣讲32下一页上一页(a)被还原为糖醇或脱氧糖(Na-Hg,H2)(b)肌-肌醇结构(c)?当 D-甘油醛被还原为甘油,为什么不再有 D/L异构体?(d)?D-果糖的还原产物是什么?(D-山梨醇,D-甘露醇)/D
12、-Sorbitol糖类化合物医学知识宣讲33下一页上一页 山梨醇广泛存在于植物中,如浆果、樱桃、李子、梨、苹果、海草和藻类等。它的甜度相当于蔗糖的60%,但不被人体代谢,所以可作为糖尿病患者的替代甜味剂。以下三种其它糖醇在生物界中较为重要。C C H H2 2O O H HC C H H2 2O O H HO O H HH HO O H HH HC C H H2 2O O H HC C H H2 2O O H HO O H HH HH HH H O OO O H HH HC C H H2 2O O H HH HH H O OH HH H O OO O H HH HC C H H2 2O O H
13、 HO O H HH HD D-M M a an nn ni it to ol lX X y yl li it to ol lE Er ry yt th hr ri it to ol l糖类化合物医学知识宣讲34下一页上一页D-葡萄糖的氧化产物有三种氧化产物:醛糖酸(Aldonic acid)(嗅水),糖醛酸(Uronic acid)(弱氧化剂)和糖二酸(Aldaric acid)(硝酸)。糖类化合物医学知识宣讲35D-葡萄糖酸-内酯D-葡萄糖酸-D-葡萄糖醛酸糖类化合物医学知识宣讲36下一页上一页单糖开链中的自由羰基可以还原Cu2+为Cu+,后者可形成砖红色的氧化亚铜沉淀。这种颜色反应是Fe
14、hling反应反应的基础,可用于对还原糖的定量,也用于测定血糖和糖尿病患者的尿糖。糖类化合物医学知识宣讲37糖类化合物医学知识宣讲38此反应可用于酶法测定血液葡萄糖。糖类化合物医学知识宣讲39下一页上一页成糖苷反应:由半缩醛形成缩醛。糖类化合物医学知识宣讲40下一页上一页糖可以与醇或胺形成糖苷。糖环中的半缩醛可以与醇反应生成缩醛,形成的C-O苷键称为O-糖苷键。糖环中的半缩醛也可以与胺中的氮原子反应成苷,称为N-糖苷键。N-糖苷键存在于糖蛋白和核苷中。单糖可以通过O-糖苷键相互连接形成寡糖和多糖。糖类化合物医学知识宣讲41糖类化合物医学知识宣讲42下一页上一页糖蛋白和核苷中的糖苷键。糖类化合物
15、医学知识宣讲43下一页上一页许多糖可以与苯肼(C6H5NHNH2)反应生成浅黄色的晶体脎。各种糖的糖脎都有特异的晶形和熔点,因此常用糖脎的生成鉴定各种不同的糖。糖类化合物医学知识宣讲44下一页上一页为什么葡萄糖与甘露糖的糖脎、半乳糖与塔洛糖的糖脎熔点相同?糖类化合物医学知识宣讲45下一页上一页氨基糖(例如葡萄糖胺,半乳糖胺,甘露糖胺,N-乙酰葡萄糖胺等)脱氧糖(例如岩藻糖(fucose),脱氧核糖等)糖酸(例如葡萄糖酸(gluconate),葡萄糖醛酸(glucuronate))糖醇糖苷单糖重要的衍生物糖类化合物医学知识宣讲46糖类化合物医学知识宣讲47下一页上一页氨基糖常存在于结构多糖中,如
16、细菌细胞壁中的肽聚糖(peptidoglycan),是由N-乙酰-D-葡萄糖胺(NAG,GlcNAc)和 N-乙酰胞壁酸(NAM)形成的杂多糖:节肢动物外骨骼中的几丁质(chitin),是由 N-乙酰-D-葡萄糖胺形成的同多糖。氨基糖糖类化合物医学知识宣讲48糖类化合物医学知识宣讲49糖类化合物医学知识宣讲50糖类化合物医学知识宣讲51下一页上一页N-乙酰神经氨酸(sialic acid,唾液酸),是一种酸性糖,是高等动物中许多糖蛋白和糖脂的组成成分,在分子和细胞识别中具有重要作用。糖磷酸酯在糖代谢过程中是常见的代谢中间体。唾液酸和糖磷酸酯 糖类化合物医学知识宣讲52糖类化合物医学知识宣讲53
17、下一页上一页单糖常缩写为三个字母,如葡萄糖 Glucose,半乳糖 galactose,果糖fructose可分别缩写为 Glc,Gal,Fru。常见单糖及其衍生物的缩写 糖类化合物医学知识宣讲54糖类化合物医学知识宣讲55下一页上一页l二糖l寡糖 寡糖的应用l多糖 同多糖 Starch(淀粉)Glycogen(糖原)Cellulose(纤维素)Chitin(几丁质)杂多糖 Glycoaminoglycan(糖胺聚糖)糖类化合物医学知识宣讲56下一页上一页l二糖包含两个通过糖苷键连接的单糖。蔗糖(Sucrose),乳糖(lactose)和麦芽糖(maltose)是自然界最为丰富的二糖。麦芽糖是
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