第二章糖类化学及糖类生物药物(压缩).ppt

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1、第二章,糖类化学及糖类生物药物,糖类 （saccharide）这个词是碳水化合物（carbohydrate）的同义词，是指多羟基的醛、酮、醛（单糖）和它们的氧化还原产物（氨基糖、糖醛酸）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）。我们习惯上所谓的糖（sugar）通常是指水溶性的单糖（如葡萄糖）和寡聚糖。,二、糖在机体的重要性 1、糖是机体重要组成成分之一 2、糖对于人和动物体来说是主要的供能物质 3、糖是自然界能量储存的一种重要形式 4、糖类也具有多种多样的生物学功能 5、糖类也具有结构作用,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

2、的高分子化合物。,三、糖的分类（根据其能否被水解）,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）,三、糖的分类（根据糖单元的数目）,1、单糖： 构成各种糖分子的基本单元，不能再水解成更简单的糖，也可以说单糖是具有两个或多个羟基的醛或酮。 （1）最简单的单糖甘油醛、二羟丙酮 （2）其他

3、单糖如戊糖核糖、脱氧核糖己糖葡萄糖、果糖、 半乳糖、1,6二磷酸果糖、甘露糖 （3）在自然界分布最广、意义最大的单糖 是己糖和戊糖。,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、多糖按其来源分为： （1）植物多糖：淀粉、纤维素、茶叶多糖、大黄多糖 （2）动物多糖：肝素、

4、硫酸软骨素、甲壳素 （3）微生物多糖：香菇多糖、银耳多糖、芸芝多糖 （4）人工合成多糖：人造纤维素,2、多糖按其组成来分（普遍采用）： （1）同聚多糖：由若干个相同的单糖分子缩合而成。 如淀粉、糖原、纤维素 （2）杂聚多糖：由若干个不同的单糖和糖的衍生物缩合而成。如波叶大黄、绝大多数植物多糖（淀粉、纤维素除外）。中草药多糖都是杂聚多糖。 （3）粘多糖：含糖醛酸及氨基糖或其衍生物的多糖，通常是这两种不同单糖（糖醛酸、氨基糖或其衍生物）交替出现的长链聚合物。如透明质酸：结构见后 （4）糖蛋白：是指糖以共价键与蛋白相连，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，细菌胞壁

5、也含有糖蛋白。 （5）脂多糖：指糖与脂类结合的一类多糖。如猪胎盘脂多糖、人胎盘脂多糖。,3、按其在生物体内的功能分为 （1）水不溶性多糖：主要是构成动植物的支撑组织。 如甲壳素、纤维素 （2）贮能多糖：在体内作为贮能形式存在，如淀粉和糖原，在需要是可通过生物体内酶系统的作用，分解释放出单糖以供应能量。,二、多糖的性质 1、物理性质 （1）分子量大 （2）无甜味、在水中不能成真溶液，有的可溶于热水成胶体溶液、有的冷热水都不溶。 （3）不溶于乙醚、乙酸、丙酮、氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂（所以提取多糖时 往往是加三倍乙醇沉淀）。 （4）有旋光性，但无变旋现象。,2、化学性质 (1)单糖是由CHO元素组

6、成的多羟基醛或酮，分之中H与O的比例是2 : 1，所以多糖分之中H : O比例也是2 : 1。 (2)又不对称碳原子（手性碳原子），所以有旋光性。 (3)有醇性羟基，环状结构有半缩醛羟基，链状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：,第三节,自然界存在的重要多糖,一、淀粉（Amlyon）,1、淀粉的分类 用热水处理淀粉可分为： （1）可溶性部分直链淀粉 （2）不溶部分支链淀粉,2、直链淀粉 (1)占天然淀粉量的2030，药物辅料中的可溶性淀粉（冲剂中一般用）就是这一种。 （2）MW在50,000左右。 （3）结构：以 代表淀粉， 代表二个D葡萄糖残基通过1,4糖苷键连接

7、，则直链淀粉的结构为：,直链淀粉的结构,3、支链淀粉 （1）占天然淀粉量的7080。 （2）MW1百万左右. （3）结构：主链与直链淀粉一样，以通过1,4糖苷键连接 形成支链分枝点：以1,6糖苷键连接,4、淀粉的性质 （1）与碘作用而呈现颜色反应 直链淀粉与碘作用呈蓝色，支链淀粉与碘作用呈紫红色由此可鉴别直链与支链淀粉。 （2）直链淀粉溶于7080热水，而支链不溶于热水。由此可将两者分开。 （3）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，而与支链淀粉分开。,5、淀粉的功能 （1）重要营养素：人类活动所需的能量大部分由食物淀粉提供。 （2）淀粉也是制药工业（发酵产抗生素）、酿酒等原料

8、。,二、糖原 糖原是动物体内贮存的主要多糖，也称动物淀粉。 1、糖原的结构与性质 （1）糖原的结构与支链淀粉是十分相似的。 （2）糖原的性质也与支链淀粉相似。,2、糖原的生物合成及生理功能,是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。 1、纤维素的结构 （1）不含支链 （2）D葡萄糖残基之间是以-1,4-糖苷键连接。,三、纤维素,纤维素的结构,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、纤维素的生物学功能 （1）作为植物、动物或细菌细胞的外壁支撑和保护的物质，促使细胞保

9、持足够的扩张韧性和刚性。 （2）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。 （3）纤维素是衣料、纸张等工业品的原料。 （4）药用：如中药渣经水解后在投入使用，使药效增加45倍;纤维素对人体起吸附脂肪、毒物等共同排泄作用。,四、粘多糖 广泛存在于动植物组织中，作为组织细胞间天然黏合剂的一类多糖，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多糖有密切关系。,1、透明质酸 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、恶性肿瘤组织和某些细菌细胞壁中，因其具有很强吸水性，在水溶液

10、中能形成粘度很大的胶状液，故有粘合和保护细胞的作用。由于其很强的吸水性，所以在皮肤组织中起很强的保湿作用。现用于化妆品及眼科用药。,2、硫酸软骨素 从猪喉鼻软骨中提取得到，硫酸软骨素结构与透明质酸相似，但组成的单糖不同，分为A、B、C三种。 硫酸软骨素A、C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组成。硫酸软骨素B又名硫酸皮肤素，是皮肤结构的粘多糖。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。,3、肝素 肝素是动物体内的一种天然抗凝血物质，由于最早在肝脏中发现，故称为肝素，也存在于肺、肌肉、血管壁、肠粘膜等组织中，正常血液中几乎没有。 （1）肝素分子结构

11、中组成的单糖是氨基葡萄糖、艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。 （2）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，但由于肝素对血液凝固系统几个环节强烈的抑制作用，使用时常伴有出血、血小板减少及骨质疏松等副作用。但小分子量的肝素副作用较小。,肝中含量最为丰富，因此得名。广泛分布于哺乳动物组织和体液中。猪胃粘膜中含量十分丰富，肺、脾、肌肉和动脉壁肥大细胞中肝素含量也很高。生物功能：它具有阻止血液凝固的特性，输血时广泛以肝素为抗凝剂，临床上常用于防止血栓形成。,五、几丁质 又称甲壳素、壳聚糖、壳多糖、甲壳质、几丁聚糖（脱乙酰甲壳素），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些真菌细

12、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。,1、结构 由N-乙酰氨基葡萄糖通过-1,4糖苷键连接起来的多糖：,2、性质 一般是与protein结合而存在于自然界，不溶于水和有机溶剂，分子量从几十几百万。浓碱处理可是其部分或全部脱掉乙酰基而成为几丁质（chitosan）,该产品可溶于烯酸。 3、用途 药物辅料：人造皮肤、手术缝合线（不用拆线） 络合回收金属离子（贵重金属离子） 降血脂、消炎、杀菌剂（伤口愈合剂） 食品添加剂（保鲜剂） 同样具有保湿作用、也大量用于化妆品中。,六、其他多糖 1、半纤维素 2、琼脂 3、树胶和粘胶 4、果胶 5、藻类物地衣类多糖,第四节,糖类的生物活性

13、及药理作用,一、目前已发现的糖类药物 （一）单糖类 葡萄糖：制备大输液 氨基葡萄糖：治疗关节炎 甘露醇、山梨醇：降低颅内压、抗脑水肿,（二）、低聚糖 蔗糖、麦芽糖、乳糖、果糖 右旋糖苷： 右旋糖酐70为血容量扩充剂，其相对分子质量与人血白蛋白相近，具有提高血浆胶体渗透压、增加血浆容量和维持血压的作用。 可使聚集的血小板解聚，防止血栓形成。 甘露聚糖： 本品为a2溶血性链球菌33#菌株绎深层提练而成的其免疫活性的a-甘露聚糖肽类物质， 具有增强机体免疫功能和激活吞噬细胞、升高外周白细胞的作用；能提高骨髓造血机能和机体应激能力。,（三）、糖的衍生物 1，6二磷酸果糖： 治疗急性心肌缺血休克、心肌梗

14、塞 葡萄糖酸内脂：治疗肝炎、肝中毒 葡萄糖酸钙：钙补充剂,（四）、多糖类 1、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B、针裂蹄多糖、酸多糖、枸杞多糖、当归多糖、人参多糖、地衣多糖 2、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、 3、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、硫酸角质素、透明质酸、壳多糖、胎盘脂多糖,多糖的生物功能示意图,二、多糖的生物

15、活性和药理作用 （一）、对免疫功能的调节作用 （二）、抗肿瘤作用 （三）、抗衰老作用 （四）、促进细胞DNA、蛋白质合成、促进细胞的增殖生长。 （五）、抗感染作用 （六）、抗辐射损伤作用和升白作用 （七）、降血脂和抗凝血作用,多糖生物学功能及其开发,主要作用机理：通过激活免疫细胞（T细胞、B细胞、活化补体巨噬细胞、自然杀伤细胞、细胞毒T细胞等），促进细胞因子生成等途径对免疫系统发挥多方面的调节作用。 产品：抗肿瘤、艾滋病；新型免疫性药物；新型免疫、抗感染功能，对正常细胞没有毒副作用；抗疲劳、抗衰老，平衡人体生理机能。降血脂、抗辐射的综合治疗药品和保健品。 市场：中国大陆目前癌症病人600万，肝

16、炎病人约1亿，按5%使用率、10g/M.a 计算，年需多糖产品约53吨。近年我国适合此类病人的多糖的总产量不足2吨，市场缺口大。,第五节,我国糖类药物的研究现状,一、单糖和寡糖类 1,6-二磷酸果糖（TDP）：是EMP途径的一个重要代谢中间产物，属于高能化合物，对人体代谢调节、补充能量等有重要作用，是大输液中的重要组分之一。用于治疗急性心机缺血性休克、心肌梗塞 二、多糖类 目前上市的有： 香菇多糖， 猪苓多糖注射液 芸芝多糖注射液 茯苓多糖 肝素 硫酸软骨素等,目前糖类药物的使用和销售量已在药物市场占有很大的比例。有统计显示，当前在市场上销售的糖类药物的数量大约有500余种；在美国市场上，糖类

17、治疗剂的销售量已从1993年的3.29亿美元上升到2000年的52.5亿美元，年增长率为49%，而到2002年，销售额达到120亿美元。“糖类药物”已从不登大雅之堂的角落走出来，在药学领域占据了其应有的一席之地。,迄今为止，糖类药物涉及的临床适应症主要包括肿瘤、糖尿病、AIDS、流行性感冒、细菌感染和风湿性关节炎等，而近来基于糖类的疫苗也取得了令人瞩目的成就。,Acarbose,用于治疗IDDM和NIDDM。 降糖作用的机制是抑制小肠壁细胞和寡糖竞争，而与-葡萄糖苷酶可逆性地结合，抑制酶的活性，从而延缓碳水化合物的降解，造成肠道葡萄糖的吸收缓慢，降低餐后血糖的升高。,阿卡波糖由德国拜耳公司研制

18、，销售金额一直领跑口服糖尿病用药。获准生产阿卡波糖制剂的生产企业有3家：拜耳医药保健有限公司、杭州中美华东制药有限公司和四川宝光药业股份有限公司。华源医药电子商务公司提供的数据显示，原研厂家拜耳医药占据市场 83%的金额份额，近几年略有下降，所丢失的市场主要被杭州中美华东公司抢占，两家的产品均为阿卡波糖片，而四川宝光的50mg阿卡波糖胶囊仅占1%的市场份额。 伏格列波糖由日本Takeda公司开发，曾在全球畅销药排行榜排在前150位，市场推广也较为强劲，但在中国市场与阿卡波糖的销售相比处于下风。20042008年，伏格列波糖的金额份额持续下降，2008年仅占1%。主要生产企业为天津武田公司、江苏

19、晨牌药业有限公司和浙江震元制药有限公司。晨牌药业的伏格列波糖分散片和震元制药的伏格列波糖胶囊市场份额逐年升高，2008年两家总份额达到14%。,将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年。 有3家实验室几乎同时发现血管内皮细胞当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的异物。 这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。 更令人吃惊的是，进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似于上述的机制穿过血管，进而导致癌症的转移。紧接着又出现了以这一基础研究的成果为依据的开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。,关于 SLex,当组织受损或感染时，白细胞黏附于内

20、皮细胞，沿血管壁滚动并穿过管壁进入受损组织，杀灭入侵病原物，但过多的白细胞聚集，则会引起炎症及类风湿等自身免疫疾病。 血管内皮细胞白细胞黏附分子，后改称 E选择蛋白（Eselectin），能识别白细胞表面的SLex四聚糖(一种血型抗原）。 SLex可用于封闭血管内皮细胞表面的 E选择蛋白，从而达到抗炎的目的。 市值估价为20亿美元/kg，美籍华裔科学家王启辉首先用酶法合成了SLex，而合成价格降低了34个数量级，已由Cytel公司生产。Glycomed公司则从中药甘草中，找到了SLex的类似物甘草素。,三、目前多糖类药物研究过程中存在的问题 （一）、纯度问题 生物体内，多糖多数是与蛋白质或其他

21、成分结合而存在，因此提取纯化过程中要除杂。 （二）、多糖药品申报过程中质量标准问题 1、物理常数测定 包括：溶解度、比旋度、特性粘度 2、分子量测定 一般选23种方法，如：凝胶柱层析法、特性粘度法、超离心法 3、纯度分析 一般通过凝胶柱层析法、电泳法、HPLC法、紫外扫描法、含氮量测定法,4、组成单糖的鉴定及各单糖组成比的测定 一般通过纸层析、GC法、颜色反应、元素分析。 5、糖苷键的连接方式和连接位置的测定 主要测定是还是连接；是-1,4、1,3、1,6还是-1,4、1,3、1,6等连接方式。 可以通过酶解法、红外光普法、核磁共振光谱法测定连接方式。 可以通过高碘酸氧化与smith降解反应或甲基化反应产物的分析确定糖苷键连接位置。,