第一章碳水化合物

第一章 碳 水 化 物
碳水化物是自然界存在很多的一大类物质。是食物中的主
要成分之一。由碳、氢、氧三种元素组成；每两个氢原子有一 个氧原子，这个比数和水相同，故名碳水化合物，简称碳水化 物。低分子量的碳水化物有甜味，所以碳水化物又称糖类。
一些糖的衍生物如糖醛酸、氨基糖、以及由它们组成的膳
食纤维，有一定的重要性；糖和脂质或蛋白质的结合物糖脂、 糖蛋白、蛋白多糖，有广泛的生理功用，日益受到重视，本章 也将予以简单介绍。
（5）纤维素是植物的结构糖
第二节、单糖的某些重要的化学性质
一、单糖的氧化 1、氧化成醛糖酸 醛糖含游离醛基，具有很好的还原性。碱性溶液中重金属离 子（Cu2+, Ag+,Hg2+，Br+等)Fehling试剂（酒石酸钾钠，氢氧化钠和CuSO4）或 Benedict试剂（柠檬酸，碳酸钠和CuSO4）中的Cu2+是一种弱氧化剂，能使醛糖 （还原剂）的醛基氧化成竣基，产物称醛糖酸（Aldonic acid）金属离子自身被还 原。能使氧化剂还原的糖称为还原糖(reducing sugar)所有的醛糖都是还原糖；许 多酮糖也是还原糖，例如果糖，因为它在碱性溶液中能异构化为醛糖（图1—）。 Feling试剂或Benedict试剂常用于检测还原糖。试剂中的酒石酸钾钠或柠檬酸用作 鳌合剂，与Cu2+ 络合以防止形成Cu(OH)而使Cu2+ 沉淀。1分子醛糖氧化成醛糖酸 需要2分子氢氧化铜的参与，反应如下：
Benedict 试剂由于较稳定且不易受其他物质如肌酸和尿酸等的干扰，临床上常被用作尿糖 （葡萄糖）的定性与半定量测试。药房出售的某些家庭用糖尿病自测试剂盒就是应用
Benedict反应。尿中含有不少于 0．l％葡萄糖，测试能给出阳性反应（黄红色)。未经治疗 的糖尿病患者尿中的葡萄糖可达百分之几。
必须指出，Feling 反应和Benedict反应虽然被用作还原糖的检验，但不能给出定量的 醛糖酸产物，因为所用的碱性条件会引起糖碳架的断裂和分解。但缓冲的溴水溶液(pH6)能 很好地氧化醛糖成为一羧酸，醛糖酸。此反应是醛糖专一的，酮糖则不能被溴氧化。
此反应可用来测定尿液中和血液中的葡萄糖浓度。为某些疾病（如糖尿病）的临 床诊断）提供依据。
Fehling试剂-CuSO4溶液与KOH和酒石酸钾钠 Benedict试剂--CuSO4溶液+Na2CO3+柠檬酸钠 酒石酸钾钠--防止反应产生Cu(OH)2或CuCO3沉淀，使之变为可溶性的而又能离 解的复合物，从而保证继续供给Cu离子以氢化糖 。 碱的作用--使糖起烯醇化变为强还原剂，同时使CuSO4变为Cu(OH)2
二、碳水化合物的结构 碳水化合物有开链式结构和环状结构。 （1）单糖的开链式结构
α-D-Glucose
L-型甘油醛
D-型甘油醛
2、糖的环状结构： α-D-葡萄糖
蔗糖
α-D-果糖 乳糖
环状单糖是由开链式单糖转化而来，例如：
开链式葡萄糖
环状葡萄糖
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开链式果糖
环状果糖
三、 糖的分布及其重要性：
二、单糖的还原 单糖的碳基在适当的还原条件下，例如用硼氢化钠处理醛糖或酮糖，则被还 原成多元醇（polyol）称糖醇，D-葡萄糖还原生成D一葡萄醇(D-glucitol）常称山梨 醇（Sorbitol）D-山梨醇 或L-山梨醇,反应式如下：
（2）糖蛋白（glycoprotein ） 广义讲，糖和蛋白质结合后的化合物都 是糖蛋白。通常每个分子的含糖量较少，约4%。糖蛋白的种类很多，包 括酶、激素、载体、凝集素、膜蛋白、抗体等。因此，有广泛的生理功用。
（3） 蛋白多糖（proteoglycan）含有与多肽链主链共价连接的大量（95%
或更多）杂多糖侧链的一种高分子量物质。蛋白多糖为多聚阴离子化合物。它们在 接缔组织的细胞外间质中形成基质。其功能是作为润滑剂和支持成分。
1、糖的分布
（1）所有生物的细胞质和细胞核含有核糖
（2）动物血液中含有葡萄糖
（3）肝脏中含有糖元
（4）植物细胞壁由纤维素所组成
（5）粮食中含淀粉
（6）甘蔗，甜菜中含大量蔗糖
2、糖的重要性
（1）水+CO2
碳水化合物
（2）动物直接或间接从植物获取能量
（3）糖类是人类最主要的能量来源
（4）糖类也是结构成分
第一节、 碳水化物的分类、结构和分布及重要性 一、 碳水化物的分类 碳水化物根据其化学组成分为简单糖和复合糖两大类。 1、简单糖 简单糖又根据其组成单位分为单糖、双糖、低聚糖、多糖四类。 （1）单糖 不能水解成更简单的糖的碳水化物叫单糖。单糖有3到7个 碳原子，依碳原子数的多少，依次称为丙、丁、戊、已、庚糖。丙糖和 丁糖以中间代谢物的形式存在，自然界存在最多是戊糖和已糖。 单糖具有醛基或酮基。有醛基者称醛糖，有酮基者称酮糖。 （2）双糖 每分子能水 解成两分子单糖的碳水化称双糖。营养上有 意义的双糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖三种。 （3）低聚糖 每分子水解成3～8个分子单糖的碳水化物称低聚糖， 也有人把水解成3～10个，甚至20个分子单糖的碳水化物归入这一类。 可再分两类：水解产生的所有糖分子都是葡萄糖的称麦芽糖低聚糖，由3 个葡萄糖分子组成的叫麦芽三糖，四个葡萄糖分子组成的叫麦芽四糖等 等。另一类水解时产生不止一种单糖，称杂低聚糖。如大豆中的杂低聚 糖水解产生棉子糖和木苏糖等，人不易消化，无法利用。但机体自己合 成的杂低聚糖，有很重要的生理功用。
（4）多糖 由 10 个以上的单糖分子通过糖苷键连接而形成的多聚大分子 的碳水化物称为多糖。主要有淀粉、糊精、糖原，纤维素等。除纤维素外， 膳食纤维还包括半纤维素、果胶、藻类、木质素。
2、复合糖
复合糖根据其结合的其他物质分为糖脂、糖蛋白、蛋白多糖三类。
（1）糖脂 糖和脂质的结合物称糖脂。简单可分两类：脑苷脂和神经 节苷脂。
2、氧化成醛糖二酸 如果使用较强的氧化剂如热的稀硝酸，醛糖的醛基和伯醇基均被氧 化成羧基，形成的二羧酸称醛糖二酸（aldaric acid）：或糖二酸（saccharic acid 旧名）， 例如 β–D-葡萄糖被氧化成D-葡糖二酸（D-glucaric acid）:
3、氧化成糖醛酸 某些醛糖在定特定的脱氢酶的作用下可以只氧 化它的伯 醇基而保留醛基，生成糖醛酸（uronic acid),例如葡萄糖醛酸。