第三章糖的结构与功能
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。
第三章 糖和苷讲解
对于甲基五碳、六碳吡喃型糖: C5-R在面下时为L-型糖,在
面上为D型糖。
CHO
5
O
CHO
C H2O H
5O
CH3
CH3
L-鼠李糖
(L-rhamaose,Rha)
C H2O H
D-葡萄糖 (D-glucose,Glc)
第一节 糖类
一、糖的结构类型
(一)单糖
单糖的绝对构型:D,L
2.Haworth式
(8)糖醇:单糖分子的羰基 还原成羟基后所得的多 元醇称为糖醇。
第一节 糖类
一、糖的结构类型
(二)低聚糖类
由2~9个单糖分子聚合而成的直链或支链聚糖称为低聚糖。 按含有的单糖的个数可分为二糖、三糖、四糖等。常见的二 糖有蔗糖、槐糖、麦芽糖、龙胆二糖、芸香糖等。
第一节 糖类
一、糖的结构类型
(二)低聚糖类
第二节 苷类
一、苷类的结构和分类
(一)氧苷(O-苷)
这种苷的苷键既有缩醛的性质又有酯的
4的.酯苷苷,称通为过酯苷苷元或羧酰基苷与。糖性霉生或质菌酰糖,活基的易性重衍被的排生稀山反物酸慈应的和菇,端稀苷苷基碱元A,羟水由放基解C置1脱。-O日水如H久而具转易成有至发抗
山慈菇苷A
C6-OH而失去抗霉菌活性;水解后苷元 立刻环合成山慈菇内酯。
4、根据苷键原子的不同:分为氧苷(O-苷)、氮苷(N- 苷)、硫苷(S-苷)、碳苷(C-苷)等。在天然界中最 常见的为O-苷。
5、根据苷元连接糖基的位置数: 1个位置成苷—单糖链苷 2个位置成苷—双糖链苷
第二节 苷类
一、苷类的结构和分类
(一)氧苷(O-苷) 根据苷元上成苷官能团的不同,又可将氧苷分为醇苷、酚
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)
糖复合物的结构与功能
糖链的N-乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰 胺的酰胺氮连接,形成N-糖苷键,此种糖 链为N-连接糖链,也称N-连接聚糖。
连接点的结构
GlcNAcβ-N-Asn
糖基化位点
N-连接聚糖中Asn-X-Ser/Thr三个氨基 酸残基序列子(其中X是除脯氨酸外的任一 氨基酸)称为糖基化位点。
结构
高甘露糖型 复杂型 杂合型 Man Man
第二节 糖蛋白的结构与功能
定义 糖蛋白由糖与蛋白质通过共价键连接形成。 特点 蛋白质含量较多,糖所占比例变动大,表 现为蛋白质的特性。
分布 细胞膜、细胞浆、溶酶体及细胞外液
一、糖蛋白的分类与结构
GlcNAc Asn
N-连接 :
GalNAc Ser
连接方式 O-连接:
GPl-连接:
(一)N-连接糖蛋白
都有一个五糖核心结构
Man
GlcNAc
GlcNAc
Asn
核心结构
高甘露糖型
复杂型
杂合型
N-连接糖链结构
(二)O-连接糖蛋白 定义 糖链的N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸 或苏氨酸的羟基连接,形成O-糖苷键,糖链 为O-连接糖链,也称O-连接聚糖。 连接点的结构 GalNAcα-O-Ser/Thr
第一节
聚糖的结构
一、聚糖的分子结构 (一) 单糖的种类及结构 单糖的种类 葡萄糖(Glc) 甘露糖(Man) 岩藻糖(Fuc) 木糖(Xyl)
半乳糖(Gal) N-乙酰葡糖胺(GlcNAc) N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) 唾液酸(SA)
单糖结构
-D-葡萄糖 (Glc,▢)
-D-半乳糖 (Gal,●)
(* 由3个不同的氨基酸、核苷酸和已糖分别通过肽键、磷酸二酯键所组成的寡聚体数目)
【生化与分子生物学】糖的结构与功能
D、L-型的确定:
①链式结构: 最高编号的手性C原子上的-OH在右边,为D型; 在左边为L型。 ②环状结构:氧环上的碳原子按顺时针方向排列 时,羟甲基在平面之上为D型;在平面之下为L型。
手性碳原子:连接的四个基团各不相同。
原子或功能基团
镜
-与-构型的确定:D型 中,半缩醛羟基在平面之 下的为-型,平面之上的 为-型.
2、低聚糖(寡糖): 由2~6个单糖分子失水缩合而成的糖。
以双糖存在最为广泛,如蔗糖、麦芽糖和乳糖等。水解 后生成单糖。 3、多糖: 能水解成多个单糖分子的糖。如纤维素、淀粉等。
第一节 单 糖
一、单糖的结构 1.链式结构 (1)醛糖: 分子中含有醛基的单糖。
醛糖
(2)酮糖:分子中含有酮基的单糖。
•
• (2)乳糖:乳糖由半乳糖和葡萄糖通过β-1,4糖苷键结合而成, 是哺乳动物乳汁的主要糖分。乳糖为白色结晶,在水中的溶解度 较小,相对甜度为蔗糖的39 %。
•
2、非还原性双糖:由两个单糖分子各提供半缩醛羟基,脱水缩合而成。 无游离的半缩醛羟基,因此既无变旋现象,又无还原性。 (1)蔗糖:蔗糖由一分子葡萄糖 和一分子果糖通过α-1,2糖苷键 结合而成。是食物中存在的主要 低聚糖,食品加工中最常用的 甜味剂。
其衍生物。糠醛及其衍生物能与a-奈酚反应显紫色;间苯二酚与 盐酸遇酮糖呈红色,遇醛糖呈很浅的颜色。常用于糖的定性和定 量分析。 • 6.氨基化作用 • 单糖分子中的羟基可被氨基取代,产生氨基糖,称为糖胺。
三、工业上重要的单糖
• 1.戊糖 • (1)核糖 • 自然界中存在的核糖有D-核糖、D-2-脱氧核糖。 • 它们是细胞中遗传信息的载体——核酸的组成成分。
在酸或蔗糖酶作用下可 水解,产生等量的葡萄糖和果糖 的混合物,称此混合物为转化糖。
糖的结构多样性与生物功能
糖的结构多样性与生物功能糖是一类在自然界中广泛存在的有机化合物,具有多样的结构和生物功能。
从简单的单糖到复杂的多糖,糖分子的多样性为生物体提供了重要的能量来源和生物学功能。
本文将探讨糖的结构多样性及其在生物中的功能。
第一节:简单糖的结构与功能简单糖是构成糖类分子的单元,由一个或多个碳原子以及与之相连的氢氧基团组成。
根据碳原子的数量,可以将其分为三种主要类型:三碳糖(三个碳原子)、五碳糖(五个碳原子)和六碳糖(六个碳原子)。
常见的三碳糖包括甘露糖和二氢木糖,五碳糖有葡萄糖和鲁洛糖,而六碳糖则有葡萄糖、果糖和半乳糖等。
这些简单糖在生物体内具有重要的功能。
首先,它们是细胞能量的重要来源。
葡萄糖是所有生物体中广泛存在的糖类分子,它通过细胞呼吸过程产生的能量被细胞利用。
其次,糖类分子也可以作为细胞膜的结构组分,维持细胞的形态和功能。
此外,一些简单糖还参与了生物体的信号传导和细胞识别等重要生物学过程。
第二节:多糖的结构与功能相对于简单糖,多糖是由多个简单糖单元通过糖苷键连接而成的聚合物。
多糖的结构和功能因其组成的简单糖种类和排列方式而异。
常见的多糖包括淀粉、纤维素和壳聚糖等。
淀粉是植物细胞中的能量储备物质,由大量的葡萄糖分子通过α-1,4-糖苷键连接而成。
在消化系统中,淀粉可以被酶类分解为葡萄糖,并提供给身体进行能量代谢。
纤维素是一种主要存在于植物细胞壁中的聚糖,由β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖分子组成。
尽管人类无法消化纤维素,但它对于维持正常的消化系统功能以及预防便秘具有重要作用。
壳聚糖则是一种存在于昆虫外骨骼和真菌细胞壁中的多糖,由N-乙酰葡萄糖胺单元通过β-1,4-糖苷键连接而成。
壳聚糖可以作为一种天然的抗菌剂,广泛应用于食品、医药和农业等领域。
除了能量和结构功能外,多糖还具有其他重要的生物功能。
例如,一些多糖具有抗氧化和抗炎作用,可以帮助降低动脉硬化等疾病的风险。
此外,多糖还可以增强免疫系统的功能,促进身体抵御感染。
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
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。
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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反应名称 Molisch 反应 Seliwanoff 反应 Tollen 试验 Bial 试验
试剂
显色情况
用途
————————————————————————————————
蒽酮反应
-萘酚 紫红色 糖类的定性鉴定 间苯二酚 红色 鉴别酮糖 间苯三酚 樱桃红 鉴别戊糖 甲基间苯二酚 绿色溶液或 鉴别戊糖 (地衣酚) 绿色沉淀 测定RNA的含量 蒽酮 蓝绿色复合物 总糖量的测定
性质:① 无变旋现象
② 无还原性
③ 不能成脎
3、乳糖
结构: 两种异构体。 -D-半乳糖 (1-4)糖苷键 (或)D-葡萄糖
-Lactose -lactose
性质:① 有变旋现象 ② 具有还原性 ③ 能成脎
乳糖——半乳糖+葡萄糖
4、纤维二糖(cellobiose) 结构:两分子-D-葡萄糖 -(1,4)糖苷键
• (一)单糖的结构 1. 单糖的构型 2. 单糖的结构 1)单糖的链状结构 2)单糖的环状结构 3. 单糖的构象 • (二 )单糖的性质 • (三 )单糖分类及重要的单糖和衍生物
(一)单糖的结构
1、D/L构型:
根据离羰基最远的不对称C原子的-OH位置判断:
-OH 在左:L; -OH 在右:D 天然单糖大多数是 D-型糖。
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)。
糖
合成 代谢
糖-碳来源
七十年代以后——糖类化合物 研究的新局面:
通过对糖类的研究发现了许多新
的生物合成反应与酶调节机理
认识许多基本的生命过程:如细胞环境、细胞识 别、细胞生长与分化、免疫、先天缺陷遗传病、 药物的作用等等 生物信息的携带者——糖类化合物(多糖、寡糖) 是第三(核酸、蛋白质)大重要的生物高分子化 合物
D-木酮糖
两种重要戊糖
D-核糖
D-脱氧核糖
重要的庚糖
甘露糖 部分
甘油 部分
D-景天庚酮糖
D-甘露庚酮糖
L -甘油- D-甘露庚糖
2、重要的单糖衍生物
1)、糖醇:由单糖的羰基还原而得,较稳定,有 甜味。 一般为生物体内的代谢产物,也 有不少为工业原 料。如: 甘露醇:降压、药物、药物辅料。 山梨醇:氧化形成葡、果、山梨糖;合成VitC的 原料。 肌醇:对代谢有调节作用、属B族Vit、可从玉 米淀粉或微生物发酵制取。
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)
2、化学性质
单糖是多羟基的醛或者酮,以上三种基团均能参加反 应 (典型的有机化学反应) 1)变旋 溶液中,链状结构和环状结构(、)相互转变, 最后达到动态平衡——变旋
单糖是多羟基的醛或者酮,以上三种基团均 能参加反应
(典型的有机化学反应)
a. 由醛﹑酮基产生的性质
(1) 单糖的异构化作用 (2) 单糖的氧化(即单糖的还原性) (3) 单糖的还原 (4) 单糖的成脎作用
呋喃型 ( f)
注意:糖的构型(D、L)与旋光方向 (+、-)并无直接联系。
DL构型(最远手性碳与甘油醛比较)
糖的构型
RS构型(手性碳取代基优先性旋转) 透视式 糖的立体结构表示 Fischer投影式(链状) 呋喃型 Haworth式(环状) 吡喃型
3、构象
X-衍射表明,糖分子中的C-C键不在 一个平面上,有椅式和船式两种。 X-衍射、红外光谱、旋光性数据表明 环己烷及其衍生物主要以椅式构象存 在。
-D-吡喃葡萄糖 成环 转折 旋转
成环 -D-吡喃葡萄糖
D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
单糖由链状结构变为环状结构后,羰基碳原子成 为新的手性中心,导致C1差向异构化产 生两个非对映异构体(即异头物) α葡萄糖与β葡萄糖
-OH在下: α-;
-OH在上:β-
吡喃型 (p)
b. 由羟基(半缩醛羟基和醇性羟基)产生的性质
(5) 成酯成醚作用 (6) 成苷作用 (7) 脱水作用 (8) 糖的高碘酸氧化:多糖结构的测定(计算分支数目) 氧化断裂邻二羟基、 -羟基醛等的碳-碳键
2、 (异构化) 弱碱作用
3. 单糖的氧化
单糖的氧化产物:
————————————————————————————————— 氧化剂 醛糖 酮糖
D(-)-阿拉伯糖 (arabinose)
D(+)-木糖 (xylose)
D(-)-米苏糖 (lysose)
D(+)-阿洛糖 D(+)-阿桌糖 (allose) (altrose)
D(+)-葡萄糖 D(+)-甘露糖 (glucose) (mannose)
D(+)-古洛糖 (gulose)
D(-)-艾杜糖 (idose)
—————————————————————————————————————————
弱氧化剂 费林(斐林,Fehling)试剂,Benedict 试剂 溴水 较强的氧化剂(硝酸) 两个酸(强氧化剂) 有些情况下
醛糖酸 醛糖酸 糖二酸
醛糖酸 - 羰基处断裂成
糖醛酸
——————————————————————————————————————————
8、单糖脱水(无机酸的作用)
与强酸共热生成糠醛:
戊糖 +浓HCl 己糖
糠醛 羟甲基糠醛
不同的糠醛或羟甲基糠醛与 多元酚产生特有的颜色反应
α-萘酚 糠醛 紫红 羟甲基糠醛 紫红 间苯二酚 酮糖 红 醛糖 浅红 用于鉴定。
一些特征反应
————————————————————————————————
CHO H OH CHO HO H CH2OH H CHO OH CH2OH HO H H H OH OH CH2OH HO H H CHO O H OH OH CH2OH
L-(-)甘油醛 D-(+)甘油醛
D-(+)葡萄糖
L-(-)果糖
2、结构
1)链状结构:
构型的表示方法( 以葡萄糖为例):
H HO H H CHO OH H OH OH CH2OH CHO OH HO OH OH CH2OH CHO
————————————————————————————
9. 糖的高碘酸氧化
氧化断裂糖中邻二羟基或α-羟基醛的C-C键。
可用于判断糖苷是呋喃型还是吡喃型以及测定 多糖的聚合度、分支点数目。
R
R
R
R
(三)单糖分类及重要的 单糖和衍生物
1、单糖的分类及重要的单糖
• 根据碳原子数多少 丙糖, 丁糖, 戊糖, 己糖, 庚糖,辛糖 • 根据是否含有醛基或酮基 1)醛糖:有醛基的糖; 2)酮糖:有酮基的糖;
第三章 糖类的结构与 功能
第一节 糖类的概述 第二节 单糖 第三节 寡糖 第四节 多糖 第五节 糖复合物
第一节 糖类概述
(一)糖的分布与来源
所有生命机体中,其中: • 植物:含糖量占其干 重的85-90%; • 动物:含糖量不超过 其干重的2% • 微生物:含糖量占其菌体干重的10-30% • 来源:光合作用
2)糖酸:由单糖氧化而得
依据氧化剂氧化能力大小分为三类: 1)糖酸(醛基被氧化):常以内酯形式存在。 葡萄糖酸内酯,葡萄糖酸(钙),抗坏血酸,
2)糖二酸(醛基+伯醇基被氧化) 3)糖醛酸(伯醇基被氧化成-COOH):葡萄糖 醛酸 葡萄糖醛酸:肝脏解毒剂; 半乳糖醛酸:存在果胶中。
3)糖胺(氨基糖):
重要的己糖
-D-吡喃葡萄糖
-D-吡喃半乳糖
- L -吡喃半乳糖
-D-吡喃甘露糖
-D-呋喃果糖
-L-吡喃山梨糖
四种重要的己糖
葡萄糖
甘露糖
半乳糖
果糖
重要的戊糖
-D-呋喃核糖
2-脱氧-D-呋喃核糖
-D-吡喃木糖
-D-芹菜糖
-L-呋喃阿拉伯糖
-D-呋喃阿拉伯糖
D-核酮糖
定义:
多羟基的醛类或酮类化合物,及其衍生
物和缩聚物
醛糖 酮糖
丙糖 (甘油醛和二羟丙酮)
丁糖
戊糖
己糖
(四)分类
单糖
寡糖
糖类
复合糖
多糖
杂多糖
同多糖
• 单糖:凡不能被水解为更小分子的糖称~。 如: 核糖、葡萄糖。 • 寡糖:凡能被水解成少数(2—20个)单 糖分子的糖称~。 如:蔗糖 = 葡萄糖+果糖 • 多糖:凡能被水解成多个单糖分子的糖称~。 如:淀粉 n葡萄糖,包括同多糖和 杂多糖。 • 复合糖:指与非糖物质结合的糖,又称糖复合 物。如:糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等。
箭毒苷
苦杏仁苷
第三节 寡糖(oligosaccharide) :2-20个单糖缩合 的聚合物 分布:自然界存在的主要是双糖、三糖
一)重要的双糖 1、麦芽糖(maltose):二分子α-D-葡萄糖, α-1,4-糖苷键
性质: ① 变旋现象 ② 具有还原性 ③ 能成脎