第7章 糖类和糖类生物学

（一）贮存同多糖
1. 淀粉：是植物生长期间以淀粉粒形式贮
存于细胞中的贮存多糖，植物细胞能源的 储藏形式。天然淀粉一般含有两种组分， 直链淀粉和支链淀粉
作物名称 （种子） 淀粉含量 小麦 玉米 大米 土豆 红薯
65％
65％
75％
20％
16％
直链淀粉（amylose）
一级结构 空 间 结 构
α（1→4）葡萄糖苷键
（植物细胞壁结构多糖）（一大类生物资源）
葡萄糖β（1→4）糖苷键连接而成的无分支的多糖 8000~10000分子
一级结构
2.壳多糖/甲壳素/几丁质（chitin）
（甲壳动物、昆虫外壁，另一大类生物资源）
[2—N—乙酰—D —氨基葡萄糖β （1→4）糖苷]
(三)结构多糖(自学)
1. 2. 3. 4.
HO HO
CH2OH
O
OH
OH
椅式构象与糖命名
平面结构
名？
α —D—
空间
构象 命名时为 α （β ）—D（L）—糖名
葡萄糖
名？
β —D—
葡萄糖
2.呋喃糖的构象
见教材P93图7---9 β -D-呋喃核糖的信封式构象
（四）单糖的物理和化学性质
1、单糖的物理性质
（1）旋光性及变旋现象 （2）甜度（以蔗糖为参考） （3）溶解度
五 多糖
自然界中糖类主要以多糖形式存在。多糖未经 水解不具还原性，无变旋现象，无甜味，一般不 结晶。多糖是高分子化合物，相对分子量极大， 从30×103到400×106。他们大多不溶于水，虽然 酸或碱能使之转变为可溶性的，但分子会遭受降 解，因此多糖的纯化是十分困难的，即使纯的产 物在分子大小方面仍是不均一的。多糖除了根据 它的单糖组成分为同多糖和杂多糖之外，还可按 其生物学功能分为贮存多糖（淀粉、糖原等）和 结构多糖（纤维素、果胶物质、半纤维素、肽聚 糖、糖胺聚糖等）。
四 寡糖（低聚糖）
寡糖（包括低聚糖）是由2—20个单糖通过糖 苷键连接而成的糖类。单糖残基的上限数目并 不确定，因此寡糖与多糖之间无绝对界限，寡 糖与多糖同称为聚糖。 有人把寡糖分成初生寡糖和次生寡糖两类。 初生寡糖在生物体内以游离形式存在，如蔗糖、 乳糖和棉子糖等，其功能是代谢方面的。次生 寡糖多是高级寡糖，结构复杂，其功能做为糖 缀合物的信息成分。
环状分子的αβ构型（异头碳）
葡萄糖的环状结构
吡喃环
O H OH O OH H
＝
新手性碳
新异构型
α
β
3.单糖的两种环状结构:吡喃糖和呋喃糖
吡喃糖 （葡萄糖）
呋喃糖 （果糖）
（三）单糖的构象 1.吡喃糖的构象
船式
OH OH OH OH CH2OHO
葡萄糖的构象
HO HO
CH2OH
O OH OH
椅式
OH H2C CH O H HO HC
0 CH
半缩醛 羟基
仍具有 醛基还 原性
CH HC HO OH
单糖存在环状结构的依据
1.许多单糖新配置的溶液会发生旋光度的改 变，这种现象称为变旋，变旋是由于分子 的立体结构发生某种变化的结果。 2.葡萄糖作为多羟基醛，应该显示醛基的特 性反应，但实际上不如简单醛类那样显著， 推测单糖醛基可能被屏蔽。
4、旋光性（optical activity）
尼克尔棱镜 平面偏振光 左(L或-)/右旋(D或+) 旋光度（旋光性、光学活性）

旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力。
比旋光度
αD t [α] D= —————×100 c×L
t
5、构型和构象
构型： 原子或基团在空间的相对分布或排列。 构型的改变涉及共价键的断裂。
结构与支链淀粉类似； 遇碘为红紫色； 人体中的血糖浓度是定值 （红细胞、视网膜、脑组织）
血糖 血糖
糖原合成 糖原分解
又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色
糖原的结构
（二）结构同多糖 1. 纤维素：是生物圈里最丰富的有机物质，占 植物界碳素的50%以上。纤维素是植物（包括某 些真菌和细菌）的结构多糖，是它们的细胞壁的 主要成分。纤维素是葡萄糖通过β—1，4糖苷键 连接的线性同多糖，纤维二糖可看成是它的二糖 单位。β—1，4连接是纤维素链采取完全伸展的 构象（图7—22）。相邻而平行（指极性同向） 的伸展链在残基环面的水平方向通过链内和链间 的氢键网形成片层结构（图7—22），片层之间 即环面的垂直方向靠其余氢键和环的疏水内核间 的范德华力维系。这种若干条纤维素链聚集成紧 密的有周期性晶格的分子束，称为胶束，多个胶 束平行排列形成丝状的微纤维。
淀粉在酸或淀粉酶作用下被逐步降解，生成分子大 小不一的中间物，统称为糊精。糊精依分子质量的递 减，与碘作用呈现由蓝紫色、紫色、红色到无色。
2. 糖原:又称动物淀粉,是动物体内的主要贮 存多糖,它也以颗粒形式存在于动物细胞的 细胞液内。体内糖原主要存在于肝脏和骨骼 肌中，分别约占组织湿重的5%和1.5%。
3.从羰基的性质了解到，醇与醛或酮可以发 生快速而可逆的亲核加成，形成半缩醛或 半缩酮。
2.单糖羰基碳的差向异构化:α -异头物和β -异头物 异头物：一个确定的单糖由开链变成环状结构后，羰
基碳原子成为新的手性中心，导致羰基碳差向异构化，
产生两个额外的非对映异构体。这种羰基碳上形成的差 向异构体称为异头物（教材P91图7-5）。 在环状结构中，半缩醛碳原子也称异头碳原子或异头 中心。异头碳上的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有 相同取向的异构体称为α -异头物，具有相反取向的异 构体称为β -异头物。
细胞表面识 别标记－糖
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旋光异构
（一）有关旋光异构的几个概念
1.（同分）异构（isomerism）
原子组成、分子式、分子量相同
2、手性C原子（asymmetric carbon atom)
3、不对称碳原子
不对称碳原子:与四个不同的原子或原子基团共价 连接并因而失去对称性的四面体碳。
（一）寡糖的结构 一.寡糖结构的描述: 1.寡糖中单糖残基的种类及其结构特点:D/L， 吡喃糖/呋喃糖。 2.单糖残基之间连接键的类型：异头碳的构 型—α/β，连接的位置— 1→4，1→6或 其他。 3.指出是否含有游离异头碳,含有游离异头碳 的残基的一端称为还原端,另一端称为非还 原端。如乳糖（Galβ1→4Glc) 。
（二）常见的二糖
蔗糖
1
1
2
[O-α-D-吡喃葡糖基-(1→2)- β- D-呋喃果糖苷]
乳糖
麦芽糖
海藻糖
纤维二糖
CH2OH O
1
CH2OH O OH O
4
1
β-型 β-型 [O- β-D-吡喃葡糖基-(1→4)- β- D-吡喃葡糖苷]
•人体无法利用
•低聚糖的保健作用
（三）其他简单寡糖
棉子糖 水苏糖 （四）环糊精
有游离的 异头碳
非还原端
还原端
二 寡糖的命名
1.先写出非还原端残基的名称，称某糖基，以表示 成苷时它是异头碳的提供者；并在该名称前冠以 例如Ｏ-α-D-的字样,前两个字母表示形成的糖苷 键类型,Ｏ代表连键是通过氧原子的，α和β代表 连键的异头碳构型。 2.为区分五元环和六元环结构，在单糖残基名称中 插入吡喃或呋喃字样。 3.被糖苷键连接的两个碳的原子位置常用箭头连接 起来的两个序号来表示，例如（1→4）或1→4表 示第一个单糖残基（左边）的C1被连接到第二个 残基（右边）的C4上。如果有第三个单糖残基， 可用同一惯例描述第二个糖苷键，依次类推。 4.最后一个残基，如果它的异头碳是游离的则称某 单糖，如果异头碳也参与成键则称某单糖苷。
构象： 当单键旋转时，取代基团可能形成不同的 立体结构。 构象的改变不涉及共价键的断裂。
一、引言
(一)糖类的生物学意义 糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物。概括 起来有以下几个方面的生物学作用: 1.作为生物体的结构成分； 2.作为生物能源的主要物质； 3.在生物体内转变为其它物质； 4.作为细胞识别的信号分子。 近10年多来，对一些寡糖链的结构和功能有了更 深入的了解。发现细胞识别、免疫保护、代谢调控、 受精机制、形态发育、发育、癌变、衰老和器官移 植等，都与质膜上的寡糖链有关，并因此出现了一 门新的学科——糖生物学（糖分子生物学）。
二、单糖的结构和性质
（一）单糖的链状结构 结构通式 醛糖 酮糖
•碳原子是不对称 的
•有旋光异构现象（＋/-）以及对映体D、L型
1.Fischer 投影式
COOH OH H CH3
2.单糖的立体化学:D系单糖和L系单糖
1 L-葡萄糖 2 3 4 5 D-葡萄糖
6 L-甘油醛 D-甘油醛
第7章 糖类和糖生物学
糖类(carbohydrate)是地球上最丰富
的生物分子,地球生物量干重的50%以上是 由葡萄糖的多聚体构成。据估计全球每年 有10 吨CO2的碳通过光合作用被固定为纤 维素和其他植物产物。
11
肌糖原－能源
动物干重2％
结缔组织－结构糖
韧带－结构糖
糖蛋白、糖脂、信息分子糖
对 映 体 异 构
HC=O HC-OH HO-CH HC-OH HC-OH HO-CH2
L-（-）葡萄糖
D - （+）葡萄糖
(二)单糖的环状结构
1.环状半缩醛的形成
葡萄糖的 开链结构 葡萄糖的 吡CH HC OH HC OH H2C OH
吡喃环
O
开链
HC 0 HC OH HO CH HC OH HC OH H2C OH
C
O
C
H2O α —葡萄糖
糖苷
麦芽糖【葡萄糖-α （1→4）葡萄糖苷】
三、重要的单糖和单糖衍生物