第9章 多糖

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4.直链多糖与支链多糖
根据链连接方式可分为直链多糖与支链多糖。直链多 糖与支链多糖的区别：
用溶剂(如水)配成胶体溶液，涂于玻板上，干燥成膜。 支链多糖形成的膜脆弱，易碎裂；直链多糖形成的膜强 度高，聚合度越大，膜强度越高(聚合度>50)。
对于水不溶性糖可先乙酰化，用氯仿溶解所得乙酰酯 成膜性质。
常用季铵盐：
溴化十六烷基三甲基铵 氯化十六烷基吡啶铵
H3C
CH3 N C16H33Br CH3
N C16H33Cl
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(2) 水不溶性多糖的分离 A. 用水或有机溶剂除去杂质。例用碱液处理木材纤维
素除去半纤维素。
B. 用离子交换吸附柱分离多糖。此步蛋白质也被吸附。 pH=6, 阴离子交换柱吸附酸性多糖。pH>7, 阴离子交换 柱吸附中性多糖。
(2) 营养性多糖(贮藏食物)：氢键结合力弱，易吸水膨 胀成胶体溶液，易与化学试剂发生化学反应。如淀粉、 菊糖、糖原等。
(3) 其他功能的多糖：在生物体内不是以游离的多糖 形式存在，而是与蛋白质结合成蛋白糖。如透明质酸、 肝素等。
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二、多糖的分类和命名
1.多糖的分类
(1) 水溶性多糖的分离
方法1：用水或稀酸、稀碱、盐溶液等提取，然后用电 泳法或离子交换树脂法除去无机盐类，葡聚糖凝胶除小 分子。
方法2：用水溶解后，加有机溶剂(乙醇、丙酮、吡啶)， 使多糖沉淀，也可用冷冻干燥法分离出来。
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方法3：用分步结晶方法。例与铜盐形成不溶络合 物，与季铵盐生成不溶的盐。季铵盐可与多糖形成沉 淀，改变盐浓度和pH值，不同的酸性多糖可分别沉 淀出来。中性多糖可先与H3BO3形成络合物，再被季 铵盐沉淀。
IR图谱： 羰基 1725~1729 cm-1 强
α-糖苷键 844±8 cm-1 中强
β-糖苷键 891±7 cm-1 中强
β-D-葡萄糖胺
1601 cm-1
强吸收
NMR图谱：可确定多糖构象。
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百度文库.完全水解
多糖用无机酸在适当条件下能完全水解，定量地转变 成单糖，分离和分析单糖种类能确定多糖是由何种单糖 组成。一般pH=3~4，常用HCl，温度<50℃。
第八章 多 糖
一、 多糖的结构与组成 二、 多糖的分类和命名 三、 多糖的分离与分子量的测定 四、 多糖化学结构研究 五、 多糖的生理作用 六、天然多糖化合物
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糖、核酸和蛋白质是生命体中最重要的三类大分子量物 质，但对这三种物质的认识程度却有很大的不同，其中对 糖的结构与功能的认识远远落后于对核酸和蛋白质的认识， 主要原因有两方面：
来源不同的同一种多糖物性不同：分子量大小，颗粒 大小，溶解度、折光率等物性有差异。非水溶性多糖与 酸成酯，再用有机溶剂萃取。
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5.多糖的三类功能
(1) 支持组织的多糖(结构物质)：分子间氢键结合力强， 一般不溶于水，浸在水中不膨胀，与化学试剂不易反应。 如纤维素、木聚糖、甲壳素等。
(1) 同聚多糖 由同一种单糖聚合而成，又称均多糖。 主要包括：阿拉伯聚糖、木聚糖等戊聚糖。淀粉，纤维 素，琼脂，菊粉，果胶等己聚糖。 (2) 杂聚多糖 由不超过四种的不同种单糖聚合而成， 又称杂多糖，有二杂多糖、三杂多糖、四杂多糖。例如 存在于动物软组织中的二杂多糖多聚半乳糖氨基葡萄糖 醛酸。
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例：
COOH O OH
OH H
OCH3 OH
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3.含糖醛酸特征
糖醛酸与带阳离子高分子如蛋白质结合成盐，使蛋白 质沉淀。利用此特征于分离水溶性杂质，得纯酸性多糖。
若多糖中既含糖醛酸又含氨基糖，且两者几乎相等， 则此多糖具有两性。
糖醛酸因含-COOH，所以在水中离子化程度大，离 子化的羧基与水成氢键能力大，使多糖具有高溶解度。 可调增大pH值使多糖沉淀出来，原因是羧基离子化程 度降低，水化程度降低，多糖分子间的排斥作用减少到 一定程度而析出。
超速离心(冷冻离心)沉淀法：测MW(分子量<3×104) ，70℃；
等温蒸馏法：测MN(分子量103~2×104)。
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四、多糖化学结构研究
1.步骤与方法
(1) 步骤 ① 先将多糖完全水解成单糖。 ② 用纸色谱，薄层层析色谱等确定单糖种类，再用甲
基化方法确定糖单位的环形结构，糖苷键位置，非还原端 基的比例。
(2) 测定分子量方法
渗透压力法：溶液的渗透压力与浓度成下比，与分子量成 反比。测MN(分子量104~106)；
粘度法：高分子化合物的分子大，其溶液的粘度高，随分 子量的增大，粘度增高的程度大。测MW(分子量<104)；
光散射：当一束光通过溶液发生光散射现象。若溶质分子 小，则散射是对称的，若溶质分子大过射入光线波长约1/20 或1/15，则散射是不对称的，向前方向的散射光最强，向后 的散射光最弱，测定散射光的不对称程度，可测定容质的分 子量大小。 测Mw(分子量大小不限103~108)；
因单糖存在方式多：D-、L-型；环状(五员、六员环)； α-、β-式，以最稳定方式存在。如此多糖似乎很多，很复 杂，实际并不复杂。天然多糖有一定重复规律性。
例：纤维素是由D-葡萄糖经由β-1,4-糖苷键联结而成的 直链分子，这种结构在整个分子中重复。其它复杂多糖也 有一定的重复规律性。
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例多聚葡萄甘露糖表示含甘露糖为主的多糖或主链为 甘露糖组成、葡萄糖位于支链的多糖。 。
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部分同聚多糖的糖苷键种类和来源 :
名称
存在
糖苷键种类
多聚葡萄糖
直链
细菌
β-1,2-
直链 黑曲霉菌 α-1,3-；α-1,4-
直链
海藻
β-1,3-；β-1,4-
直链
真菌
α-1,4-；α-1,6-
2.多糖分子量测定
都为平均分子量，表示大小分子量的平均值。数量 平均分子量MN：根据分子大小的相对数量求得。重量 平均分子量Mw：根据分子大小的相对重量求得。
计算方法：
MN=
Σ
i
MiNi
Σi Ni
Ni—长度i分子的分子量。
Mw=
Σi Mi2Ni Σi MiNi
Mi—具有i长度的分子数量。
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分子大小不同的多糖用不同型号的葡聚糖凝胶或聚丙 烯酰胺凝胶分离，电泳法也能分离。
C. 除去蛋白质。用酶法、有机溶剂变性法等方法除去。 例：利用蛋白酶水解，然后用渗析法、吸附法或用乙醇 沉淀法分离所生成氨基酸或肽。
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(3) 多糖纯度的判别 主要有以下三种方法： A. 用两种以上不同方法分离多糖样品，如得到相同物
③ 部分水解成低聚糖并确定低聚糖种类、组成，以此 确定是否为杂多糖，进一步确定糖苷键的形式。
④ 确定分子量，分子形状等。
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(2) 方法
①化学方法：通过水解，甲基化，高碘酸氧化等方法 来确定单糖的种类、结构，糖苷键位置，非还原端基的 比例，链平均长度等。
②物理方法：用液相色谱，凝胶色谱，红外光谱和核 磁共振谱，X-衍射等分离并确定结构。测定多糖分子量： 渗透压法，粘度法，超速离心沉降法，光散射法。
2.多糖的命名：
(1) 俗名(以来源命名)
淀粉，纤维素，糖原，果胶，甲壳质。缺点：不能表 示化学组成和结构。
(2) 普通命名法(简称)
同聚多糖：多聚葡萄糖(简称葡聚糖)，多聚半乳糖(半 乳聚糖)，多聚果糖(果聚糖)；
杂聚多糖：IUPAC法先后次序无规则，一般：存在于 主链中的单糖放在后面，存在于支链中的单糖放前面； 仅有直链的杂聚多糖则主要的单糖放在后面。
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(3) 水解产物的检测 纸色谱：50~500mg多糖样品水解，灵敏度1~5μg。 纤维色谱：可分离8~10种单糖。 气相色谱：样品量更少，更灵敏。(鉴别D-，L-糖：需
制成衍生物再测定。) 电泳纸色谱：用H3BO3缓冲液pH=10，H3BO3与糖形成
络合物。例可把古罗糖，甘露糖分离开来(其它方法不能 分离)。
随着分离分析和化学手段突飞猛进的发展，使人们对糖 的结构有了全新的了解，糖化学这门经典学科在21世纪又 涣发出新的活力。
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一、多糖的结构与组成
多糖为单糖组成的天然高分子化合物，约三百种。在 水里不能形成真溶液，只能形成胶体溶液。
1. 多糖的结构
多糖的结构与低聚糖相似，都是单糖通过糖苷键组成。 从化学结构考虑，多糖为多个单糖分子经失水缩聚而成。
性的多糖，则可判定为纯的多糖。 B. 用两种以上不同方法分离多糖得不同部分都具有相
同成分和性质，则为纯多糖。 例：90%乙醇(组份1)；75%乙醇(组份2)。两组份相
同则为纯多糖。 C. 高速离心沉淀法和电泳法等。 例电泳法：样品中加H3BO3生成络合物，增加电荷，
改变其电泳性质测定。
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(1) 测分子量样品要求
A. 多糖溶于适当溶剂。
B. 保持多糖分子在溶液中能完全均匀地分散存在。
C. 与溶剂不发生反应。
D. 在溶液中不降解。
例：被溶物质
溶剂
纤维素
铜铵及乙二胺溶液
淀粉
乙二胺溶液加适量碱
在上述溶剂中仍难免降解，为免降解可用多糖的衍 生物醋酸酯或硝酸酯。
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(1) 完全水解的难易规律 ①五元环糖苷键比六元环易水解。
②α-糖苷键比β-糖苷键易水解。 ③多聚六元环戊糖比多聚六元环己糖易水解，速度相差 10~1000倍。 ④氨基取代或糖醛酸增加不易水解。
复杂多糖具有水解难易不同的糖苷键则用分级水解。
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淀粉与糖原的水解：
高压液相色谱：样品量少，灵敏，适用面广。
······
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3.部分水解
常用无机酸、醋酸、酶，控制水解反应进行到一定程度， 水解产物包括单糖、二糖、三糖和其它低聚糖。
单、二、三、四聚糖可用活性炭:硅藻土(1:1)混合柱分 离，水解液中和后上柱，水洗脱，先得单糖，再用乙醇水 溶液洗脱，并逐步提高乙醇浓度(40%，60~65%)，二、 三、四聚糖相继被洗脱，分离开来。再用纸层析，薄板层 析检测。
直链，支链中α-1,4-糖苷键水解难易相同。但具支链的 α-1,6-糖苷键难切割，据此可确定有多少支链。
环形α-1,4-糖苷键结构比直链α-1,4-糖苷键难得多，据此 可判断环糊精或一般淀粉。
(2) 水解条件
① 多聚六环己糖用1NHCl煮沸。 ② 纤维素或其它水不溶性多糖β-糖苷键需分二步。 ③多聚阿拉伯糖，多聚果糖用0.01N无机酸，85℃左右水 解15~25小时。 ④ 糖醛酸中- COOH用LiAlH4还原为-CH2OH，较易用酸 水解 。
多聚果糖
直链
菊芋
β-1,2-
例菊芋中的菊糖是由30多个D-果糖β-1,2连接，末端 连一个D-葡萄糖。
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三、多糖的分离与分子量的测定
1.多糖的分离
各种多糖在生物体中都是与其它物质共同存在，应将 需要的多糖先分离成纯粹的状态，以便于其分子量的测 定和结构的研究。多糖的分离较复杂，无统一的分离方 法，可分成水溶性多糖和水不溶性多糖两类进行分离。
① 糖的化学较核酸和蛋白质复杂。核酸和蛋白质:通过 磷酸二酯键和酰胺键相连的线性分子；糖:糖苷键(α、 β两种立体异构形式)相连，单糖有数个羟基形成支链结 构。因此，糖的分离、结构分析和化学合成都较困难。
② 糖在生物体中的合成也远比核酸和蛋白质复杂。核 酸和蛋白质合成:模板控制、高度精确的过程；糖链：合 成或断裂由特定糖基转移酶或水解酶控制，是不精确的。
2.多糖的组成
组成多糖的单糖和糖醛酸有以下几种：
(1) 己糖：主要有D-葡萄糖，D-甘露糖，D-果糖，D半乳糖。少数为L-半乳糖，D-艾杜糖，L-阿卓糖。
(2) 戊糖：最重要的是D-木糖。
(3) 其他单糖：除已糖、戊糖外，近年发现多糖中含稀 有的脱水糖、二脱氧糖、庚糖、辛糖等。
(4) 己糖醛酸：D-葡萄糖醛酸，D-半乳糖醛酸，D-甘 露糖醛酸，L-古罗糖醛酸，L-艾杜糖醛酸等。