第三章 糖类的结构与功能
糖类的结构与功能
前言
❖ 常用单词、前缀和后缀 ❖ 学术定义 ❖ 通式 ❖ 糖的分类 ❖ 糖的生物功能
常用单词、前缀和后缀
❖ 单词 sugar, carbohydrate, saccharides（糖类）…
❖ 前缀 Glycobiology, Glycoconjugate, Glycoprotein, Glycolipid…
最简单的醛糖是甘油醛 (Glyceraldehyde) 最简单的酮糖是二羟丙酮 (Dihydroxyacetone)
❖ 含有不同碳原子数的单糖都有其醛糖和酮糖 形式。
以D－葡萄糖和D－果糖代表，它们的结构可 表示如下
❖ 上述结构式可以简化，用“ ┤”表示碳链及不 对称碳原子上羟基的位置，“△”表示醛基（－ CHO），“－”表示羟基（－OH），“ O ”表 示一级醇基（－CH2OH），则葡萄糖和果糖的 链状简化式为：
❖ D、L是指构型，“＋”、“－”指旋光方向。
（二）单糖的 D－ 及 L－ 构型
➢ 构型是指一个分子中各原子特有的固定的空间排列，即特定 的立体化学形式。如果某物质从一种构型转变为另一种构型 时，会涉及到共价键的断裂和重新形成。
➢ 单糖有D－及L－两种异构体。凡在理论上可由 D－型甘油醛 衍生出来的单糖皆为 D－型糖；由L－型甘油醛衍生出来的 单糖皆为 L －型糖。这两类化合物彼此类似，但并不等同， 它们互为镜像，不能重叠，又称对映体。
D-葡萄糖的氧化产物
Fehling反应（利用糖的还原性，即氧 化反应）
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Fehling反应的基础，可用于对还 原糖的定量或定性鉴定，也用于测定血糖和糖尿病 患者的尿糖。
糖类的结构与功能
糖类的结构与功能糖类是一类重要的有机化合物，广泛存在于自然界中，包括植物、动物和微生物体内。
糖类不仅是生物体的重要能量来源，还具有多种生物学功能。
本文将介绍糖类的结构和功能，并探讨其在生物体内的作用。
一、糖类的结构糖类是由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物，其基本结构为多羟基醛或酮。
根据糖类分子中含有的单糖单位数目，可以将糖类分为单糖、双糖、寡糖和多糖四类。
1. 单糖：单糖是由一个糖基单位组成的糖类，常见的单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖等。
单糖可以分为醛糖和酮糖两类，根据其分子中含有的羟基数目，又可分为三糖、四糖等。
2. 双糖：双糖是由两个单糖分子通过糖苷键连接而成的糖类，常见的双糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖等。
双糖的结构可以通过水解反应分解为两个单糖分子。
3. 寡糖：寡糖是由3-10个单糖分子通过糖苷键连接而成的糖类，常见的寡糖有低聚果糖、低聚半乳糖等。
寡糖的结构可以通过水解反应分解为多个单糖分子。
4. 多糖：多糖是由大量单糖分子通过糖苷键连接而成的糖类，常见的多糖有淀粉、纤维素、壳聚糖等。
多糖的结构复杂多样，可以分为直链多糖和支链多糖。
二、糖类的功能糖类在生物体内具有多种重要功能，主要包括能量供应、结构支持和信号传递等。
1. 能量供应：糖类是生物体的重要能量来源，通过代谢过程将糖类分解为能量分子ATP，供给细胞进行各种生物学活动。
葡萄糖是最常见的能量供应糖类，它在细胞内经过糖酵解和细胞呼吸等过程，最终转化为ATP。
2. 结构支持：糖类在生物体内起到结构支持的作用。
例如，纤维素是植物细胞壁的主要组成部分，赋予植物细胞机械强度和形态稳定性。
软骨和骨骼中的葡萄糖胺聚糖是维持骨骼结构的重要成分。
3. 信号传递：糖类在细胞间的信号传递中起到重要作用。
例如，细胞表面的糖类结构可以作为细胞识别和黏附的标志物，参与细胞间的相互作用和信号传递。
血型抗原就是一种由糖类构成的标志物，不同血型的人体内的糖类结构不同。
4. 免疫调节：糖类在免疫调节中发挥重要作用。
《糖类的结构与功能》课件
1 糖的能量代谢作用
了解糖类在细胞内的能量 代谢过程，包括糖酵解和 细胞呼吸。
2 糖的结构作用
探究糖类在细胞和组织结 构中的作用，如聚糖的支 持和细胞膜的糖基化。
3 糖的信号作用
了解糖类在细胞信号传导 中的作用，如糖基化蛋白 的调控和细胞凋亡的调节。
糖相关疾病
糖尿病的发病机制和防治
研究糖尿病的发病机制，包括胰岛素的功能失调和 胰岛素抵抗，以及预防和治疗该疾病的方法。
《糖类的结构与功能》 PPT课件
糖类是生命体内重要的有机物质，了解糖类的结构和功能对于我们理解生命 的基本过程至关重要。
糖类的基本概念
糖的定义和分类
探索不同类型的糖，包括单 糖、二糖和多糖，以及它们 在自然界中的分布和特点。
糖的化学结构及特点
了解糖分子的化学结构和特 性，包括立体结构、键合方 式和物理性质。
其他和糖相关的疾病
了解其他与糖相关的疾病，如肥胖症、心血管疾病 和代谢综合征。
总结
糖类在人体中的重要 作用
总结糖类在能量代谢、结构支 持和信号传导等方面对人体的 重要作用。
糖类的特点和应用价 值
探讨糖类的独特特点和在食品、 医药和能源等领域的应用价值。
糖类研究的前景展望
展望糖类研究在未来的发展方 向和潜在的科学突破。
糖类的作用
探究糖类在生物体内的作用， 包括能量代谢、结构支持和 信号传导。
单糖的结构和性质
单糖的结构和分子式
探索不同单糖的化学结构和分子式，以及它们在生 物体内的功能。
单糖的手性性质
了解单糖分子的手性性质，以及这对它们在生物体 内起到的重要作用。
单糖的环化反应
探究单糖分子如何通过环化反应形成环状结构，并 了解这对它们的生物活性的影响。
第三章糖的结构与功能
D(-)-洛格酮糖
(psicose,allulose)
(fructose)
(sorbose)
(tagalose)
2）环状结构
环状结构提出的依据：
变旋现象（许多糖，新配制的溶液会发生旋光度 的改变的现象）
证明了链式结构后，发现葡萄糖的某些理化性质 与醛不同，实验证明仅能生成半缩醛。
过长氧桥不合理，W.N.Haworth 提出透视 式表达糖的环式结构（Haworth式结构）。
使用最多的是Fisher投影式
•左旋异构体(levorotary,L)，或L型异构体。
•右旋异构体(dextrorotary)，或D型异构体。
D系醛糖的 立体结构
D(+)-甘油醛 (allose)
D(-)-赤鲜糖 (erythrose)
D(-)-苏糖 (threose)
D(-)-核糖 (ribose)
d系醛糖的立体结构d阿洛糖d阿桌糖allosed葡萄糖d甘露糖glucosed古洛糖gulosed艾杜糖idosed半乳糖galactosed塔罗糖talosealtrosemannosed赤鲜糖erythrosed苏糖threosed甘油醛allosed核糖ribosed阿拉伯糖arabinosed木糖xylosed米苏糖lysosed系酮糖的立体结构d赤藓酮糖erythrulosed核酮糖ribulosed核酮糖xylulosed阿洛酮糖psicoseallulosed果糖fructosed山梨糖sorbosed洛格酮糖tagalose二羟丙酮dihytroasetone2环状结构吡喃型p呋喃型f糖的构型dl构型最远手性碳与甘油醛比较rs构型手性碳取代基优先性旋转糖的立体结构表示fischer投影式链状haworth式环状吡喃型呋喃型透视式注意
生物化学课件：糖类的结构与功能
六、多糖代表物
（一）澱粉與糖原 天然澱粉由直鏈澱粉（以α-(1,4)糖苷鍵連接）與支鏈澱粉 （分支點為α-(1,6)糖苷鍵）組成。 澱粉與碘的呈色反應與澱粉糖苷鏈的長度有關： 鏈長小於6個葡萄糖基，不能呈色。 鏈長為20個葡萄糖基，呈紅色。 鏈長大於60個葡萄糖基，呈藍色。 糖原又稱動物澱粉，與支鏈澱粉相似，與碘反應呈紅紫色。
核心蛋白
低聚糖
N-乙醯-D-葡萄糖胺 N-乙醯胞壁酸基
五肽橫鏈
（二）纖維素與半纖維素
纖維素是自然界最豐富的有機化合物，是一種線性的由D-吡 喃葡萄糖基借β-(1,4)糖苷鍵連接的沒有分支的同多糖。微晶 束相當牢固。
半纖維素是指除纖維素以外的全部糖類（果膠質與澱粉除外）。
（三）殼多糖（幾丁質）
由N-乙醯-D-氨基葡萄糖以β-(1,4)糖苷鍵縮合成的同多糖。比 較堅硬，為甲殼動物等的機構材料。
糖類的生物學意義：1.是一切生物體維持生命活動所需能 量的主要來源；2.是生物體合成其他化合物的基本原料； 2.充當結構性物質；4.糖鏈是高密度的資訊載體，是參與 神經活動的基本物質；5.糖類是細胞膜上受體分子的重要 組成成分，是細胞識別和資訊傳遞等功能的參與者。
糖的分類：
單糖 ：不能水解的最簡單糖類，是多羥基的 醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）
糖類的結構與功能
糖類的概念和分類 單糖的構型、結構、構象 自然界存在的重要單糖及其衍生物 寡糖 多糖 多糖代表物 糖複合物
一、糖類的結構與功能
最初，糖類化合物用Cn(H2O)m表示，統稱碳水化合物。 鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、去氧核糖（C5H10O4)
生物物理学中糖类的结构和功能研究
生物物理学中糖类的结构和功能研究1、糖类的基本结构与分类糖类是由碳、氧、氢组成的一类有机分子，具有多种结构和功能。
它是生物体内最常见的生物分子之一，与蛋白质和核酸一样，是细胞的三大生物大分子之一。
根据其分子大小、结构和化学性质，糖类可以分成单糖、双糖、寡糖和多糖等四类。
2、糖类的结构与功能糖类的结构决定了它们的功能。
在生物体内，糖类可分解为能量，也可以形成各种生理功能的分子，如细胞膜、酶、激素和免疫球蛋白等。
糖类在细胞功能中有很重要的作用。
例如，细胞表面的糖链能够识别不同的分子，实现细胞间信号传递和细胞黏附等生理功能。
糖链还能够作为病原体感染宿主的“密码”，影响病毒或细菌的定位和侵染。
3、糖类分析方法糖类的结构和功能研究需要利用各种物理和化学分析方法。
糖类结构分析方法包括质谱、核磁共振和X射线晶体学等。
糖类含量的定量方法主要包括高效液相色谱、毛细管电泳、糖类分子印迹等技术。
利用这些方法，可以精确地确定糖类在生物内部的位置、结构和功能，为糖类的合成、改良和利用提供基础。
4、糖链研究的进展与展望糖链是由多种不同的糖类分子组成的复杂的高度分支的结构。
在生物内部，糖链不仅影响分子的生理功能，而且还性质稳定。
目前，糖链研究已成为生物物理学研究的前沿之一。
糖链的研究涉及到许多生物学和化学学科。
在糖链的结构研究中，X射线晶体学和核磁共振技术被广泛应用。
在糖链的生理和生化研究中，利用高通量的药物筛选、糖链酶的功能和机制的解析、基因工程和糖链的人工合成等方面也有很多的研究。
未来，糖链的研究不仅有助于探究其在生物功能和疾病中的作用，还有望发展为生物制药和生物材料的新领域。
糖类的结构与功能
第三章糖类的结构与功能学时数：2学时教学目标与要求：通过本章的教学，使学习者掌握糖的基本结构与类型，基本掌握糖的主要功能，了解几种主要糖代表物的构型与作用，熟悉并掌握糖复合物的在生命活动过程中的功能。
在教学过程中要求学生熟悉有机化学知识，扎实掌握植物学、动物学等基础课程的相关知识，在学习过程中，同学们要结合图片展开丰富的想象以便更好的理解有关糖的构型及构象。
教学重点：单糖的构型、结构、构象多糖的集中代表物糖复合物的功能教学难点：单糖的结构、构象淀粉与糖原糖蛋白与糖脂教学内容：一、糖类的概念与分类二、单糖的构型、结构与构象（一）单糖的构想（二）单糖的结构（三）单糖的构象三、自然界存在的重要单糖及其衍生物四、寡糖五、多糖六、多糖代表物的简要介绍（一）淀粉与糖原（二）纤维素与半纤维素（三）壳多糖（四）葡聚糖（五）糖胺聚物七、糖复合物（一）糖蛋白与蛋白多糖（二）糖脂与脂多糖教学方法：本章内容的教学采用提问式和启发式并用的教学方法，在教学过程中多联系实际，使学生有了感性认识，然后进行理论教学，增进教学效果。
同时采用大量的图片教学，以留下深刻的印象。
一、糖类的概念与分类糖类化合物是自然界分布广泛、数量最多的有机化合物。
其中以植物体中最丰富。
（一）糖的概念：糖也称碳水化合物（carbohydrate），用Cm(H2O)n表示。
碳水化合物这个名称并不确切，但因沿用已久，所以至今在西文中还广泛使用。
糖是多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。
糖类 saccharide（二）糖类化合物的分类：常按其组成分为：单糖、寡糖、多糖三类：—单糖：仅包含一个多羟基醛或多羟基酮单位—寡糖：2—10个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖—多糖：包含多个单糖分子缩合而成，由相同的单糖基组成的称为同多糖，不同的单糖基组成的称杂糖基。
按分子中有无支链分为直链、支链多糖；按功能的不同分为：结构多糖、贮存多糖、抗原多糖；按其分布分为：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖。
第三章__糖类的结构与功能
变旋现象，无甜味，一般不能结晶； 根据生物来源不同：有植物多糖、动物多糖、微生物多
糖； 重要多糖：淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等；
六、多糖代表物
（一） 淀粉
P73
1.由D-葡萄糖组成； 2.几乎存在于所有绿色植物的多数组织中； 3.在酸和淀粉酶作用下被降解：
吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖的Haworth式
单糖的环状结构
P69
D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
Fischer式中C*的右向羟基在Haworth式中处于含氧环面的下方, 左向羟基在Haworthh式中处于环面的上方,形成1-5型氧桥时,绕 C4-C5之间的键将旋转约109o,结果C5上的羟甲基旋至环面上 方,C5氢转到环面下方,当决定构型的C*羟基参与成环时,在标准 定位(即含氧环上的碳原子按序数顺时针排列) Haworth式中羟甲基在环平面上方的为D型糖,在环平面下方的为L 型糖；不论是D型糖还是L型糖,异头碳羟基与末端羟甲基是反式 的为α异头物,顺式的为β-异头物；
Hale Waihona Puke 1. 葡萄糖不具有典型醛类特性（阅读）
（1）缺少Schiff(品红-亚硫酸)化反应（不能使被亚硫酸漂 白了的品红呈现红色）；
（2）难与亚硫酸氢钠发生加成反应，而醛类能； （3）在无水甲醇中以氯化氢作催化剂时，得到的是只含
一个甲基的化合物α-甲基葡糖苷，不像简单醛类那样 得到二甲缩醛，这就意味着半缩醛基的存在：
待续；
葡萄糖是由6个碳原子构成的直链状多羟基化合物 证明（阅读） 2-2
（3）葡萄糖能与乙酸酐结合，并产生具有5个乙酰基的衍 生物，证明葡萄糖分子含有5个羟基；
三糖类的结构与功能
+ HO C H O H C OH HC CH2OH
β-D-G（64％） α-D-G（36％）
异头物在水溶液中通过直链（开链）形式可以互
变（差向异构化），经过一段时间后达到平衡。这 就是产生变旋原因。
－D－吡喃葡萄糖 （36％）
醛式（链式）葡萄糖
－D－吡喃葡萄糖 （64%）
－D－呋喃葡萄糖 －D－呋喃葡萄糖 括号内数字为摩尔浓度百分数
CH3O
O CH3I CH3O
OO-
CH2OCH3
O
CH3O
OCH3
（6）形成糖苷：环状单糖的半缩醛（或半缩酮） 羟基与另一化合物（一般为醇或酚的羟基）发生 缩合形成的缩醛（或缩酮）。
（7）单糖脱水（无机酸作用）
A．Molisch’s test （莫利希试验）
糖 浓H2SO4 糠醛或糠醛衍生物 α- 萘酚 脱水
甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）
书写单糖的结构常用D、L；d或(+)、l或（-）； α、β表示。D-、L-是人为规定的单糖的构型， 是以D-、L-甘油醛为参照物
CHO H OH
CH2OH
D(+)－甘油醛
以距醛基（羰基）最远一个不对称碳碳原子为准， 羟基在左面的为L型，右面的为D构型。自然界中存 在的葡萄糖和果糖都是D型糖
HO H C
H C OH HO C H O
H C OH HC
CH2OH
H OH C
H C OH
+ HO C H O H C OH HC CH2OH
O
O
O
吡喃
吡喃糖
呋喃
O
呋喃糖
对葡萄糖吡喃型比呋喃型稳定
葡萄糖的结构
第三章 糖类的结构与功能1
• 直链淀粉的结构
要点：α-D-葡萄糖通过α-1,4-糖苷键连接 约300-400个葡萄糖残基构成 空间构象是卷曲螺旋形。
• 支链淀粉的结构
要点：α-D-葡萄糖通过α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖 苷键 分支为24-30个葡萄糖残基，主链为1112个残基产生支点 空间构象是卷曲螺旋形。
（二） 淀粉的性质
• 1、淀粉的糊化和凝沉（回生） • （1）淀粉的糊化作用 • 所谓淀粉的糊化，指淀粉在水溶液中加热 吸水溶胀，当温度升高到一定限度，体积膨胀 几十倍时，淀粉粒解体，分子内和分子间的氢 键断裂，分子由原来沉积于淀粉粒中的晶形或 非晶形有序状态变成无序状态，分散在热水中， 形成胶体溶液。 • 使淀粉发生糊化的温度称为糊化温度，糊化温 度受淀粉粒大小、淀粉来源等因素影响。因此， 糊化温度是一个范围，一般在60—80℃间。
蔗糖的水解产物含D-葡萄糖和D-果糖。前者 [〆]D20为+52.2°，后者为－92.4°。两相抵消， 水解液表现为正旋，与原来的蔗糖不同，故称其为 “转化糖”。 蔗糖易结晶、易溶于水，难溶于乙醇，熔点 186℃，加热至200℃,则是褐色焦糖。
2.乳糖（Lactose） 1分子〆-D-葡萄糖和1 分子β-D-半乳糖缩 合而成。不易溶于水，甜度低，是还原糖，能 成脎，酵母不能发酵乳糖。 乳糖是乳汁中的主要糖分，牛奶含4%左右， 人奶含5%——7%。
（4）Ｇ分子的哈沃斯（Ｈaworth）式 Fisher投影式环状结构的氧桥过长，不尽合理。 1926年Haworth提出了用透视式表达葡萄糖的结构， 称为哈沃斯（Haworth)式或透视式。
H HO HO H OH H α-D-呋喃葡萄糖 H HO HO H H β-D-呋喃葡萄糖 OH O HO H H OH O HO H OH H
第三章 糖类的结构与功能
残基水溶性较差。
支链淀粉（amylopectin）
支链淀粉的空间结构
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
非还原端的葡萄糖残基在能量动员的过程中被酶水解。
淀粉水解
用酶或酸水解
淀粉→红糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄
糖
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
多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成
的高聚物。多糖完全水解时，糖苷键断裂
而形成单糖。
多糖的功能：纤维素、淀粉、糖原、甲壳 素、植物粘液、树胶、果胶等。
性质
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。
多糖的结构主要由单糖组成、糖苷键类型
以及单糖的排列顺序决定。
同多糖、杂多糖。
Differences between homopolysaccharides and heteropolysaccharides
六、多糖的代表物简要介绍
（一）淀粉与糖原
1. 淀粉
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，15-25%）和支链 淀粉（外层，75-85%）组成。
自然界中戊糖和已糖有两种不同的结构：
多羟基醛的开链形式和半缩醛形式。
葡萄糖多以吡喃环结构存在（1-5缩合），
而戊糖多以呋喃环形式存在。
H C O H C OH HO C H H C OH H C OH
H C
OH
HO C
H
H C OH HO C H H C OH H C CH2OH O
H C OH
糖类的结构和功能
2008年12月29日1时59分
二、旋光异构
（一）有关旋光异构的几个概念
构型是指一个分子由于其各原子特有的空间排列而使该 分子具有特定的立体化学结构。当一个物质由一种构型 转变为另一种构型时，要求有共价键的断裂或重新形成。 表明一个物质应有其特定的构型。
• 学习要求
– 掌握糖的概念及其分类 – 掌握糖类的元素组成、化学本质及生物学功用 – 理解旋光异构 – 掌握单糖、二糖、寡糖和多糖的结构和性质 – 掌握糖的鉴定原理
2008年12月29日1时59分
一、引言
(一) 糖类的存在与来源
碳水化合物是地球上最丰富的有机化合物， 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% 的干重是糖类。总的说来，糖类在生物体内所起 的作用包括：能量物质、结构物质和活性物质。
规定：离羰基最远的不对称C上 的-OH方向判定糖的构型，在右 边的为D型、在左边的为L型。
2008年12月29日1时59分
单糖的异构体数
• 单糖从丙糖到庚糖，除二羟丙酮外，都含有手性 碳原子
• 甘油醛含有1个C*，有2个异构体 • 丁醛糖含有2个C*，可有4个异构体 • 含n个C*的化合物，异构体的数目等于2n个异构体。
作为细胞识别的信息分子。糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖；细 胞膜及其他细胞结构中的糖如血型糖；活性糖分子是重要的 信息分子；
在生物体内转变为其它物质。糖类是重要的中间代谢物，可 以转化为氨基酸、核苷酸和脂类。
作为药物使用。医疗用糖（葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸 的钠、钾、钙、锌盐等）；食用菌中的糖（香菇多糖、茯苓 多糖、灵芝多糖、昆布多糖等）可以作为药物使用；
生物化学第三章 糖类的结构和功能
二、糖的生物化学功能
⒈主要能量来源：例如，生物氧化产生ATP ⒉生物合成的碳素骨架：例如，合成氨基酸的α—酮酸、合
成核酸的核糖等。 ⒊结构物质：例如纤维素和半纤维素，甲壳素等。
三、糖类研究的历史及现状
18世纪后叶至19世纪20年代是糖类研究的第一个繁荣时期 。一大批糖被分离、纯化和表征；糖的结构、立体构型与光 学关系的法则及环状结构被建立。
吡喃
α-D-葡萄糖
β-D-葡萄糖
当形异 头碳羟基，该-OH有α型和β型两种异构体。 C1上羟基在环上方为β；在下方为α。这两种 异构体并非对映体，只是在异头碳羟基方向 不同而已，称为异头物。α型和β型可以通过 直链式而相互转变。
七、生成糖脎
糖的游离羰基能 与3分子苯肼反 应生成脎
糖脎为黄色结晶 ，难溶于水，各 种糖脎的形状与 熔点都不同，用 于鉴定糖。
九、脱氧作用
• 生成脱氧糖如D-2-脱氧核糖，L-鼠李糖、L-岩藻糖。 • 糖的显色反应
反应名称
酚试剂
适勇用于糖开类始，才反能找应到颜成色
功的路
莫利希反应 塞里万若夫反应 托伦氏反应 拜尔式反应
单糖的重要衍生物有糖醇、糖醛酸、氨基糖、 糖苷及糖脂。
糖醇：是糖分子内的醛基、酮基还原后的产物 。较稳定，有甜味。广泛分布于植物界的有甘 露醇、山梨醇。
甘露醇
由甘露糖等经镍催化加氢制 得，做片剂填充剂，用于易 吸湿药物防潮及干燥；冻干
勇于开始，才能找到成
功针的剂路载体；咀嚼片矫味剂， 使片剂溶解时吸热，口腔产 生清凉舒适感
许多糖苷是中药的有效成分，例如苦杏仁苷
黑芥子硫苷酸钾，十字花科的很多植物中，结构式如下
在辣根和芥菜籽内的酶作用下，水解为葡萄糖和异硫 氰酸烯丙酯（CH2=CH-N=C=S），产生辛辣味。
E 糖类
是由2-20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质 《生化化学》上册 P34
3)多糖：包含多个单糖分子缩合而成，由相同的单糖基组成的称 为同多糖，不同的单糖基组成的称杂多糖。 其中的单糖数目都大于20.
4)糖复合物：是糖类与蛋白质、脂类等生物分子以共价键形成的 化合物。
2.果糖(fructose,Fru) ： 植物的蜜腺、水果及蜂蜜中存在。它是单糖中最甜的糖类，比旋光度
为-92.4度，呈针状结晶。在5℃时甜度为143，食用果糖后血糖不易升高， 游离的果糖为β－吡喃果糖，结合状态呈β－呋喃果糖。酵母可使其发酵。
3.甘露糖(Man)： 是植物粘质与半纤维素的组成成分。比旋＋14.2度。
吡喃糖：C1 和C5上的羟基形成六元环 呋喃糖：C2 和C5上的羟基形成的五元环
吡喃型
呋喃型
看图思考：
① α-呋喃葡糖和β-呋喃葡糖属于什么异构体？ ② α-和β-构型如何形成？
① 属于差像异构体； ② 成环时，多了一个手性C，可使-OH处于环的上面：β-型， 或环的下面：α-型。
2010-12． a—D一葡萄糖和β-D-葡萄糖的 主要区别是下列哪一个? (1分) （ A ） A．第l位碳原子上的羟基 B．第2位碳原子上的羟基 C．第5位碳原子上的羟基 D．第4位碳原子上的羟基
酵母可使其发酵。 4.半乳糖(Gal) ：
半乳糖仅以结合状态存在。乳糖、蜜二糖、棉籽糖、琼 脂、树胶、粘质和半纤维素等都含有半乳糖。它的D-型和L型都存在于植物产品中，如琼脂中同时含有D-型和L-型半乳 糖。D-半乳糖熔点167℃，比旋＋80.2度。可被乳糖酵母发酵。 5.山梨糖：
酮糖，存在于细菌发酵过的山梨汁中。是合成维生素C 的中间产物，其还原产物是山梨糖醇，存在于桃李等果实中。
第三章糖类的结构与功能
第三章糖类的结构与功能
糖类是有机化合物中最重要的一类，也是最广泛的一类。
它们构成植物体、动物体和益生菌体的重要组分，具有特殊的结构和功能。
一、糖类的结构
糖类是以碳氢键为基础的有机化合物,其中至少含有一个羟基（OH）和一个醛基（C=O），它们可以分为无机糖类和有机糖类两大类。
1、无机糖类
无机糖类是碳、氢、氧等元素组成的无机化合物，一般是水溶性或微溶性的，这类物质的结构和稳定性很强，一般不会发生变化，它们可以作为抗菌剂，稳定糖质和赋予食物特殊的口感等等。
常见的无机糖类有：氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁等。
2、有机糖类
有机糖类是由碳、氢和氧原子构成的有机化合物，它们具有鲜明的有机特性，可以稳定蛋白质、脂质的结构，同时也是众多药物的重要组分，它们可以被人体吸收，并参与人体代谢的重要环节，从而起到改善人体健康的作用。
常见的有机糖类有：半乳糖、葡萄糖和果糖等。
二、糖类的功能
1、能量素
糖类可以被人体有效地吸收，随着氧气经消化腺体损耗，可以快速合成水解成二氧化碳和水，转化为人体代谢所需的能量素，满足人体的能量需求。
2、调节消化系统。
生物化学第三章糖类的结构和功能
生物化学第三章糖类的结构和功能
糖类是生物体内最重要的有机化合物之一，它们参与了生物体的能量
代谢、细胞信号传递以及细胞骨架的构建等多个生理功能。
糖类包括单糖、双糖和多糖，它们的结构与功能密不可分。
其次，双糖是由两个单糖分子通过糖苷键结合而成的。
葡萄糖与果糖
结合形成蔗糖，蔗糖是植物体内最常见的糖类。
蔗糖在植物中起着能量的
输送和储存的作用。
在人类体内，蔗糖作为甜味剂被广泛应用于食品工业中。
乳糖是由葡萄糖与半乳糖结合形成的双糖，是乳和乳制品中的主要糖分。
乳糖在人体内需要乳糖酶的作用才能被消化吸收。
若乳糖酶缺乏则会
导致乳糖不耐症。
总之，糖类的结构和功能对生物体的正常运作起着不可忽视的作用。
通过理解糖类的结构和功能，可以更好地理解生物体的能量代谢、细胞信
号传递以及细胞结构和稳定性的重要性。
此外，糖类还广泛应用于医药、
食品、能源等众多领域，对于人类社会的发展也具有重要的意义。
糖类的结构与功能
第三章 糖类的结构与功能一 糖的基本概念（一）概念：多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物和衍生物的统称（旧时称为碳水化合物）。
醛糖Aldose ：甘油醛(glycerose) 核糖(ribose) D-葡萄糖(D-glucose)OH CHOCH 2OH HC H OH CHO C C C CH 2OH H OH H OH CHO C C C C CH 2OH H OH O H H H OH H OH酮糖Ketose ： 二羟丙酮(dihydroxyacetone) 核酮糖(ribulose) D-果糖(D-fructose)CH 2OH CH 2OH C=O CH 2OH C C C CH 2OH O H OH H OH CH 2OH C C C C CH 2OH O O H H H OH H OH（二） 糖的主要生理功能1、氧化生能功能1g 葡萄糖在体内完全氧化可释放16.7kJ 的能量。
糖类所供给的能量是机体生命活动主要的能量来源（正常情况下约占机体所需总能量的50～70%）。
2、构成组织细胞的基本成分核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖（统称糖复合物）。
糖复合物不仅是细胞的结构分子，而且是信息分子。
体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗体、许多酶类和凝血因子等。
3、转变为体内的其它成分糖是合成脂类(脂肪酸、脂肪)的重要前体；糖在体内可转变成非必须氨基酸的碳骨架。
（三）分类：单糖、寡糖、多糖单糖：不能水解为更小单位的糖，根据碳原子数又分丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖；根据羰基的位置又分醛糖和酮糖。
寡糖：由2－10个单糖聚合而成的低聚糖，重要的有双糖、叁糖等；二 单糖的分类与结构（一）单糖的种类：根据所含碳原子的多少，分为：● 三碳糖（丙糖):甘油醛、二羟丙酮等● 四碳糖（丁糖）：赤藓糖等● 五碳糖（戊糖）：核糖、核酮糖、木酮糖等● 六碳糖（己糖）：葡萄糖、果糖、半乳糖等● 七碳糖（庚糖）：景天糖等多糖：由10个以上单糖聚合而成的多聚糖，根据单糖的组成又分为： 1 4 5●均一多糖：由相同单糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素●混合多糖：由不同单糖聚合而成，如果胶物质、半纤维素（二）单糖的立体结构1、单糖的构型单糖分子除了二羟基丙酮外，其余都含不对称碳原子，有旋光异构体：如甘油醛（P195），不对称碳原子上羟基朝左称为L-型。
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二、单糖的构造、构型、构象
单糖： P68
具有一个自由醛基或酮基，或有两个以上羟基的糖类物 质；
构造、构型、构象
1. 构造： 原子连接在一起的次序，用结构式表示；
2. 构型：一个分子由于各原子特有的固定空间排列，使该
分子具有的特定立体化学形式；（D，L） 3. 构象：分子所采取的特定形态。因单键自由旋转及键角 有一定柔性，具有相同结构和构型的分子在空间可采取 多种形态；
乳糖各一分子；
在蔗糖酶作用下，由棉子糖中分解出果糖而留下密二糖；
在密二糖酶作用下，密二糖水解成半乳糖和蔗糖。
五、 多 糖
1. 由多个单糖单位构成的糖类物质，相对分子质量极大：
从30 000到400 000 000；
2. 多不溶于水；
3. 属非还原糖（因很大的分子只有一个还原末端）,不呈
变旋现象，无甜味，一般不能结晶；
书写规定；
吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖的Haworth式
单糖的环状结构
P69
D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
Fischer式中C*的右向羟基在Haworth式中处于含氧环面的下方, 左向羟基在Haworthh式中处于环面的上方,形成1-5型氧桥时,绕 C4-C5之间的键将旋转约109o,结果C5上的羟甲基旋至环面上 方,C5氢转到环面下方,当决定构型的C*羟基参与成环时,在标准 定位(即含氧环上的碳原子按序数顺时针排列) Haworth式中羟甲基在环平面上方的为D型糖,在环平面下方的为L 型糖；不论是D型糖还是L型糖,异头碳羟基与末端羟甲基是反式 的为α 异头物,顺式的为β -异头物；
第三章
糖类结构与功能
一、 糖的概念与分类 二、 单糖的构型、结构、构象
（一）单糖的构型 （二）单糖的结构
（三）单糖的构象
三、自然界存在的重要单糖及其衍生物
四、 寡糖 五、 多糖 六、多糖代表物 七、糖复合物
一、糖的概念与分类
P67
糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物，或水解时能产生这 些化合物的物质；
单糖构型：D-型，L-型；
以距醛基最远的不对称碳原子（分子中
离羰基碳最远的那个手性碳原子*）为准， 人为规定：此碳原子上的-OH与D-甘油醛
*
C2-OH取向相同，为D型糖；
反之L型糖；
举例
P70 表3-2 由D-甘油醛衍生的醛单糖图示
由D-甘油醛衍生的酮单糖图示
旋光度 （optical activity）
大多数糖类物质：由碳、氢、氧三种元素组成；
实验式（CH2O）n 或 Cn（H2O）m；
葡萄糖和果糖是它们的典型例子；
糖和碳水化合物
多数糖中氢和氧的原子数比例是2:1，故曾称碳的水合
物(hydrate)。碳水化合物(carbohydrate)因此得名；
后 发 现 有 些 糖 ， 如 鼠 李 糖 (C6H12O5) 、 脱 氧 核 糖 (C5H10O4)等，其分子中H、O原子数之比并非2:1，而 一些非糖物质，如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)等，其 分子中H、O之比却是2:1，所以“碳水化合物”这一名 称并不恰当；
变旋是由于分子立体结构发生某种变化的结果；
3. 环状半缩醛（阅读）
上述性质用环状结构解释即可迎刃而解； 葡萄糖以环状糖苷形式存在，其C1成为不对称原子，在 水溶液中通过直链(开链)形式可以互变(差向异构化)， 经一定时间后达到平衡，这就是产生变旋现象的原因；
葡萄糖成环时由醛变成半缩醛，因此只能与一分子甲醇
葡萄糖的链状与环状互变（Fischer式）
*
*
葡萄糖的醛基特性表现不明显原因（阅读）
葡萄糖的链状与环状互变平衡后，α -D-葡萄糖约占36 ％,β -D-葡萄糖占64％,含游离醛基的开链葡萄糖占不
到0.024％，这是为什么葡萄糖的醛基特性表现不明显
的原因；
4. 吡喃糖和呋喃糖
开链单糖形成环状半缩醛时，出现五元环和六元环结构;
D-核酮糖-5-磷酸ຫໍສະໝຸດ D-景天庚酮糖-7-磷酸等是戊糖磷酸
途径和光合作用的Calvin循环中的中间物；
核糖糖苷的磷酸酯（核苷酸），如腺苷一磷酸(AMP)、 腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP)等，都是代谢中的 重要磷酸酯；
生物学中最重要的几个单糖磷酸酯的结构式
单糖磷酸酯以荷电形式存在的生物学作用（阅读）
糖胺 ，又称氨基糖 糖苷
四、寡糖
P71
寡糖是由2～20个左右单糖通过糖苷键连接而成的糖类 物质，有的结构非常复杂；
寡糖与多糖之间无绝对界线；
已知的寡糖不下500种（主要存在于植物中）；
（一）结构与性质（阅读）
1. 参与组成的单糖单位 （1）有些寡糖如麦芽糖由同一种单糖（葡萄糖残基）组
成；
（2）有些寡糖由两种或多种不同单糖组成，如蔗糖，含 葡萄糖和果糖两种残基；
糖的磷酸酯酸性比正磷酸（H3PO4）还强，头两步解离 的pKa分别约为1～2和6～7，这些化合物在细胞内（pH 约7.2）是以1价阴离子和2价阴离子的混合物存在的；
单糖磷酸酯以荷电形式存在的生物学作用之一是防止它
们扩散到细胞外，因为荷电的分子一般不能穿越生物膜；
其他单糖及衍生物
糖醇
糖醛酸
（1）D-葡萄糖C5上的羟基与C1的醛基加成生成六元环的 吡喃［型］葡糖（glucopyranose）； （2）D-果糖C5上的羟基与C2的酮基加成形成五元环的呋 喃［型］果糖（fructofuranose）；
Fischer 投 影 式 不 能 准 确 反 映 糖 分 子 的 立 体 构 型 ，
Haworth提出了透视式，称Haworth式，并提出了具体
糖、庚酮糖等；
2. 寡糖（oligosaccharide）
由2～20个左右分子的单糖结合而成：
（1）双糖（ disaccharide，二糖）：
水解时生成2分子单糖，如麦芽糖、蔗糖等； （2）三糖（trisaccharide）： 水解时产生3分子单糖，如棉子糖； （3）四糖（tetrasaccharide）；五糖 （pentasaccharide）；六糖（hexasaccharide）等。
1. 葡萄糖不具有典型醛类特性（阅读）
（1）缺少Schiff(品红-亚硫酸)化反应（不能使被亚硫酸漂 白了的品红呈现红色）； （2）难与亚硫酸氢钠发生加成反应，而醛类能； （3）在无水甲醇中以氯化氢作催化剂时，得到的是只含 一个甲基的化合物α -甲基葡糖苷，不像简单醛类那样 得到二甲缩醛，这就意味着半缩醛基的存在：
D-葡萄糖主要以吡喃糖存在，呋喃糖次之；对葡萄糖来说， 吡喃型比呋喃型稳定； D-果糖也以两种形式存在；
（三）单糖的构象
P69
己糖的C-C键都保持正常四面体价键的方向，不是在一
个平面上，而是折叠成椅式和船式两种构象：
A：椅式 C：船式
三、自然界存在的重要单糖及其衍生物
P70
单糖磷酸酯（sugar phosphate ester）
以葡萄糖为例阐述单糖的化学组成和分子结构；
葡萄糖是由6个碳原子构成的直链状多羟基化合物 证明（阅读）2-1
（1）葡萄糖经元素组成和相对分子质量测定，确定其分 子式：（CH2O）6 ，即C6H12O6； （2）葡萄糖能与费林氏(Fehling)试剂或其他醛试剂反
应，证明葡萄糖分子含有醛基；
待续；
单糖磷酸酯广泛存在于各种细胞中，是很多代谢途径中 的主要参加者：
如：D-葡糖-1-磷酸、D-葡糖-6-磷酸、D-果糖-6-磷酸、 D-果糖-1,6－二磷酸、D-甘油醛-3-磷酸、二羟丙酮磷
酸等是糖酵解途径的中间物；
待续；
续：单糖磷酸酯
D-赤藓糖-4-磷酸、D-核糖-5-磷酸、D-木酮糖-5-磷酸、
1）麦芽糖：由两分子葡萄
糖单体脱水缩合形成；
2）蔗糖：由一分子葡萄糖
和一分子果糖缩合形成;
3）乳糖：由一分子葡萄糖
和一分子半乳糖缩合而
成；
（三）三 糖
三糖中的棉子糖与人类关系较大，常见于许多植物，尤
其是棉子与甜菜中；
它不能使Fehling试剂还原；
与酸共煮时，棉子糖即行水解，生成葡萄糖、果糖和半
反应而生成甲基葡糖苷(一种缩醛)，又由于异头碳上的
羟基可以有两种取向，因而能形成α 、β 两种甲基葡糖
苷；
α -型和β -型葡萄糖
1893年，Fischer E提出葡萄糖分子环状结构学说和
Fischer式:
羟基和羰基处于同一分子内，可以发生分子内亲核加成, 导致环状半缩醛形成；
成环后，C1成为不对称原子，其上的羟基与最末的手性 碳原子的羟基具有相同取向时称α -型，反之称β -型； 二者互为异头物；
3. 多糖（polysaccharide）
水解时产生约20个左右以上单糖分子的糖类，包括：
（1）同多糖(homopolysaccharide)：
水解时只产生一种单糖或单糖衍生物，如糖原、淀粉、 壳多糖等；
（2）杂多糖(heteropolysaccharide)： 水解时产生一种以上的单糖或／和单糖衍生物，如透明
半缩醛基
2. 变旋现象（阅读）
溶液发生旋光度改变的现象；
葡萄糖以两种具有不同旋光率的形式存在:
（1）[α ]20D=＋112.20，称为α -D-（+）型； （2）[α ]20D=＋18.70，称为β -D-（+）型； 将两种葡萄糖分别溶于水后，其旋光率都达到同一恒定 值：＋52.6o；