基础生物化学课件.ppt

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1、糖类物质在生物体内有哪些作用？ 1糖类物质是异养生物的主要能源之一，糖在生物体内经一系列的降解而释放大量的能量供生命活动之需要。 2糖类物质及其降解的中间产物，可作为合成蛋白质、脂肪的主要碳架机体其它碳架的来源。 3在细胞中糖类物质与蛋白质、核酸、脂肪等常以结合状态存在，这些复合分子具有许多特异而重要的生物功能。,糖类,糖类物质是一类广泛存在于植物体内的一类重要有机物，占植物干重的50%以上。,糖和糖生物化学,碳水化合物是地球上最丰富的生物分子，每年全球植物和藻类光合作用可转换1000亿吨CO2和H2O成为纤维素和其他植物产物。植物体85-90%的干重是糖。,糖的世界,食用糖（蔗糖） 医疗用糖

2、（葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸的钠、钾、钙、锌盐等） 绿色植物的皮、杆等（纤维素） 粮食及块根、块茎中的糖（淀粉） 动物体内的贮藏多糖（糖元） 昆虫、蟹、虾等外骨骼（几丁质） 食用菌中糖（香菇多糖、茯苓多糖、灵芝多糖、昆布多糖等） 细菌、酵母的细胞壁 结缔组织中的糖（肝素、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等） 核酸、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖 细胞膜及其他细胞结构中的糖 血型糖,糖的定义,多羟基醛 多羟基酮 多羟基醛或多羟基酮的衍生物 可以水解为多羟基醛或多羟基酮或它们的衍生物的物质,糖研究的简史 I,1843年，Dumas测定糖的实验式为（CH2O）n； 1870年，Colle

3、y；1883年，Tollens设想葡萄糖的结构式； 1881年，Emil Fischer对单糖结构分析，人工合成了当时已知的所有的己糖和戊糖； 1846年，Dubrunfont提出葡萄糖溶液有变旋现象； 1893年，Fischer正式提出葡萄糖的环状结构； 1895年，Tanret发现三种葡萄糖，其旋光性不同； 1926年，WNHaworth提出葡萄糖的Haworth投影式； 1928年，Malaprada发明过碘酸氧化法测定糖的结构；1932年，Fleury和Lange把这一方法完善化用于糖化学的研究 ；,糖研究的简史 II,1933年，NAS aeuson提出端基差向异构体，以表示还原糖及

4、糖苷的、两种异构体； 1950年，REReeves证明己糖的椅式构象； 1950s后，把生物化学最新的理论和方法用于糖生物化学的研究，尤其在结构与功能关系的研究上取得了重要突破，发展或兴起了糖化学或糖生物化学的研究时代，特别是糖复合物的研究上发起了生命科学研究的又一个热点。,第一节 生物体内的糖类,糖的组成,主要由C、H、O三种元素组成，有些还有N、S、P等。 单糖多符合结构通式：（CH2O）n，但仅从通式上并不能判断某分子是否就是糖，即： 符合通式的不一定是糖，如CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）； 是糖的不一定都符合通式，如C5H10O4（脱氧核糖），C6H12

5、O5（鼠李糖）。,糖的分类 I,单糖（monosaccharides） 不能水解为其他糖的糖，按碳原子数分为： 丙糖（甘油醛） 丁糖（赤藓糖） 戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等） 己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等;,寡糖（oligosaccharides） 可以水解为其他糖的糖（2十几个单糖），一般包括： 二糖（disaccharides） 蔗糖、麦芽糖、乳糖 三糖（trisaccharides） 棉籽糖 其他寡糖;,糖的分类 II,多糖（polysaccharides）可水解为多个其他单糖或其衍生物的糖，包括： 同多糖（homoglycans, homopolysaccharides）

6、水解为同一单糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等。 异多糖（heteroglycans, heteropolysaccharides）水解产物不止一种单糖或单糖衍生物，透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等； 糖的衍生物 指糖的氧化产物、还原产物、氨基取代物及糖苷化合物等，如，D-氨基葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等； 多糖复合物（polysaccharides complex）糖与脂、蛋白等共价相连组成蛋白多糖（protein polysaccharides）、糖蛋白（glycanproteins）、糖脂（glycanlipids）。,差向异构体（Epimers),

7、葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，两两之间除一个不对称C（分别是C2和C4上的-OH位置）有所不同外，其余部分的结构完全相同，这种仅有一个不对称C原子构型不同，两镜像非对映体异构物称为差向异构体（epimers）。,差向异构体,甘油醛（醛糖）和 二羟丙酮（酮糖）,三碳糖：,四碳糖（赤藓糖）,五碳糖,葡萄糖（醛糖） 和果糖（酮糖）,吡喃葡萄糖和呋喃果糖,缩醛（醛缩醇）和 缩酮（酮缩醇）,半缩醛,缩醛,半缩酮,缩酮,葡萄糖成环,吡喃葡萄糖的构象,寡糖 （Oligosaccharides, oligose）,由2-10个单糖通过糖苷键连接而成，一般易溶于水、具甜味，最简单的是二糖。,麦芽糖（Malto

8、se),麦芽糖（Maltose）,又称饴糖， 分子式：C12H22O11，有变旋（存在、形式）， 能还原Tollens和Fehling试剂（具还原性）， 与笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一个半缩醛羟基）， 被溴水氧化为一元羧酸（一个半缩醛羟基）， 稀酸、麦芽糖酶水解，产物为D-(+)-Glc， 结构为4-O-(-D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖-1，4 。,异麦芽糖,蔗糖（Sucrose）,常用食糖，甜度大，易结晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中丰富， 分子式C12H22O11， 不能还原Tollens或Fehling试剂（无还原性）， 不能成脎（无异头物形式）， 不变旋， 由一

9、分子-D-Glc和一分子-D-Fru组成，既使葡萄糖苷，又是果糖苷，结构为：-D-Glc基-D-Fru-1，2， 蔗糖水解反应中伴随有从+到-的旋光符号的变化，这种水解称为（+）蔗糖的转化。,蔗糖(Sucrose),乳糖(Lactose),乳糖（Lactose）,存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中， 分子式C12H22O11， 还原糖， 能成一个脎，脎水解产物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎， 有变旋（有、形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解连接糖苷键）水解得到D(+)-Glc及Gal， 结构为4-O-（-D-吡喃半乳糖基）D-吡喃葡萄糖-1，4， 乳糖酶缺乏，小肠乳糖升高引起渗透性腹泻，肠道细

10、菌使乳糖发酵产生大量气体。,纤维二糖（Cellobiose）,纤维素的结构单位， 分子式C12H22O11， 还原糖， 能成脎， 有变旋， 水解为2分子-D-（+）-葡萄糖， 可为苦杏仁酶水解（连接）， 结构为4-O-（-吡喃葡萄糖基）-D-吡喃葡萄糖-1，4。,纤维二糖（Cellobiose),三糖（Trisaccharide）,棉子糖(raffinose)，分子式C18H32O16，许多植物中存在，棉籽与桉树分泌物中尤多。t=105.2，不能还原Fehling试剂，与酸共热水解生成Glc、Fru及Gal，结构为：,棉子糖(Raffinose),蔗糖酶,-半乳糖苷酶,多糖（Polysacch

11、arides）,由许多单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连，一般无甜味、无还原性、酸或酶的作用下可水解为双糖、寡糖或多糖，重要的有淀粉、糖元、纤维素、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。,同多糖 (Homopolysaccharides) 和杂多糖 （Heteropolysaccharides),淀粉（Starch),几种主要农作物的淀粉含量,糖元（Glycogen）,有动物淀粉之称，细菌细胞中也有存在，动物组织内主要的贮藏多糖。肝脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、肌糖元。结构与支链淀粉相似，但分支长度较短，一般由8-12个Glc残基组成，分支多，分子量高达106-108。

12、与KI-I2呈红褐色或棕红色。水解终产物是葡萄糖。,糖原（Glycogen),糖原示意图,纤维素（Cellulose）,自然界中分布最广的糖，以纤维二糖（cellobiose）为基本单位缩合而成，纤维状、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，约由10000-15000个-D-Glc残基组成。水解需高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌的纤维素酶（cellulase）将部分纤维素水解为葡萄糖。,纤维素（Cellulose)个体链,几丁质（壳多糖）（Chitin）,存在于节肢动物昆虫、甲壳类动物外骨骼及真菌细胞壁，地球上仅次于纤维素的第二大类糖。由N-乙酰-D-葡萄糖胺以

13、（14）糖苷键缩合而成，分子线状不分支。 几丁质系列开发在保健及医疗上的应用。,几丁质（Chitin）,香菇多糖、茯苓多糖和昆布素,均为-1，3葡聚糖。 香菇多糖存在于香菇中，对动物肉瘤180有明显抑制作用； 茯苓多糖是茯苓中的多糖，也被用于抗肿瘤治疗； 昆布素是昆布中的葡聚糖，用于治疗动脉粥样硬化。,右旋糖酐（dextran）,利用微生物制造的右旋糖酐，由许多Glc通过-1，6、-1，4、-1，3糖苷键组合的多糖，分子量平均在75000左右的为高分子右旋糖酐，是一种血浆代用品，用于提高血浆胶体渗透压，能将组织的水分吸到血中，维持血容量，临床用于出血性休克和创伤性休克。分子量在20000-40

14、000的为低分子量右旋糖酐，主要用于降低血液粘滞度，防止血栓形成，并有助改善微循环，兼有利尿作用。,杂多糖（Heteropolysaccharides）,由不止一种单糖或单糖衍生物组成的多糖，包括糖胺聚（多）糖(glycosaminoglycans)、粘多糖（mucopolysaccharides）、氨基多糖（polyaminoglucose）及酸性糖胺聚糖等名称，粘多糖就是氨基多糖，主要由氨基己糖与己糖醛酸以及硫酸等脱水缩合而成，溶液粘性较大，分子中的羧基及硫酸等阴离子通过静电作用与蛋白等大分子结合。分布很广，大多以蛋白多糖（proteoglycan）存在，并进一步与胶元蛋白结合构成结缔组织

15、机质的重要成分，如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。,透明质酸（Hyaluronic acid, hyaluronan）,高等动物组织中发现，细菌中也有存在，主要存在于结缔组织如眼球玻璃体、鸡冠、脐带、软骨等组织。主要功能是在组织中吸着水，有润滑剂作用，对组织起保护作用。 糖胺聚糖中结构最简单的一种，有重复的二糖结构单位，D-GlcUA与GlcNAc以-1，3糖苷键相连，二糖单位间以-1，4连接，分子链状、无分支，分子量很大，可达1000万以上，分子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离子。,透明质酸（Hyaluronic acid),肝素（Heparin）,最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏

16、中丰富，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠黏膜是较好的材料来源。结构复杂，由D-GlcN与L-IduUA或D-GlcUA组成二糖单位，同时C2上的-NH2和C6上的-OH分别被硫酸酯化。常被用作抗凝剂，防止血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。,硫酸软骨素 （Chondroitin sulfate）,软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量一般低于10万（约250个重复二糖），个别可超过30万，有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为D-GlcUA与GalNAc以-1，3相连，糖链生成后由专一性酶在4位或6位进行硫酸化。,6-硫酸软骨素,结

17、合糖（复合糖，糖复合物）,糖与非糖物质如脂类或蛋白共价结合，分别形成: 糖脂（Glycolipids）、 糖蛋白(Glycoproteins) 及蛋白多糖（proteoglycans） 等糖复合物。,糖脂（Glycolipids）,种类很多，革兰氏阴性菌细胞壁含有十分复杂的脂多糖，其分子结构一般包括三部分： 外层专一性寡糖链中心多糖链脂质 其中，外层部分的组分随菌株而异，可使人体致病。 脂多糖在细胞表面与细胞的各种识别事件相关，如鞘糖脂决定人类血型A、B、O。,糖蛋白（Glycoproteins）,自然界中分布最广的一类复合糖，几乎所有的细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖与蛋白质共价连成，连接通过2种不同类型的糖苷键，一种是糖链上的半缩醛羟基与肽链上的Thr, Ser, HyPro, HyLys的-OH形成O-糖苷键；另一种是半缩醛羟基与肽链上的Asn的-NH2形成N-糖苷键。,蛋白聚（多）糖 （Proteoglycans）,蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成的大分子复合物，糖胺聚糖链连在核心蛋白上，是具有多聚阴离子的杂多糖，由氨基己糖和己糖醛酸交替排列成线性顺序，不同部位还有硫酸取代基。有三种不同的糖肽键连接，D-Xyl与Ser的-OH形成O-糖肽键；GlcNAc与Asn形成N-糖肽键；GalNAc与Thr或Ser的-OH形成O-糖肽键。,蛋白多糖结构,