糖生物学教案-研究版

第3章 糖的化学反应 三苯甲醚
硅醚
OH
HO HO
O OH
OR
Cl
OTr
HO HO
O OH
OR
OH
HO
O
HO
OH
NO2
OTMS
Me3SiCl TMSO TMSO
O OTMS
NO2
第3章 糖的化学反应 形成缩醛或缩酮
OH
HO HO
O
dry acetone
OH OH
ZnCl2
Me O
Me O O
OH O Me
2.2 糖的种类
1、单糖：不能被水解成更小分子的糖
2、寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成，以双糖最为普遍
3、多糖： 同多糖：淀粉、糖原、几丁质等。 杂多糖：半纤维素等。
4、结合糖(复合糖，糖缀合物)：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、 糖-核苷酸等
5、糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷
第2章 糖的结构和性质
第2章 糖的结构和性质
2.1 单糖的结构
2.1.1 单糖的定义
CHO H OH H OH HO H H OH
CH2OH
OH O HO H H OH H OH CH2OH
a. 与Fehling试剂或其它醛试剂反应，含有醛基。 b. 与乙酸酐反应，产生具有五个乙酰基的衍生物。 c. 用钠、汞剂作用，生成山梨醇。
水问题：
蛋白质与聚糖： 多价结合
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.8 聚糖功能的研究方法 1 应用凝集素或抗体对特异聚糖的定域或干扰 2 利用糖基化的代谢抑制或变更 3 发现特异性受体的天然聚糖配体 4 发现识别特异聚糖的受体 5 可溶性聚糖或结构模拟物的干扰 6 应用糖苷酶去除特异的聚糖结构 7 对天然或遗传工程的聚糖突变株进行研究 8 对天然或遗传工程的聚糖受体突变株的研究
c. 通过结晶的方法得到α、（热水加入醋酸） β、（热吡啶）
第2章 糖的结构和性质
2.1.3 糖环状结构的表示方法
哈沃斯式 ①将碳链向右放成水平，使原基团处于左上右下的位置。 ②将碳链水平位置弯成六边形状。 ③ 以C4-C5为轴旋转120°,使C5上的羟基与醛基接近， 然后成环（因羟基在环平面的下面，它必须旋转到环平 面上才易与C1成环)。
2.3 单糖的物化性质
2.3.1物理性质 旋光性：是鉴定糖的一个重要指标
甜度：以蔗糖的甜度为标准
溶解性：易溶于水而难溶于乙醚、丙酮 等有面溶剂
OH
2.3.2 化学性质 2.3.2.1变旋现象
HO HO 36%
O OH
OH
（1）结晶状态的单寡糖均为环
状结构
（2）多糖中糖残基均为环状结
构
HOHO
O HO
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.5 聚糖的性质-微不均一性 现象：电泳区带的扩散
微不均一性: 在一种特殊型细胞中的一种给定蛋白质的任何给定糖基化位点 上合成的聚糖的精确结构中发现有一定范围的变化
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.6 聚糖的功能 A 聚糖的固有功能 作为结构组分（细胞壁、细胞外基质） 修饰蛋白质（溶解度、稳定性）
OAc O
OH
AcO (PhO)2POCl/Py AcO
OAc
OAc O
OPO3H2 OAc
硝酸酯
Ph
O
O
HO
O OH
HNO3/Ac2O
OAc
Ph
O
O
O2NO
OTs O
AcO AcO OAc
OAc
NaI/DMF
I O
AcO AcO OAc
OAc AgNO3
O
ONO2 OAc
AcO AcO
ONO2 O
（3）溶液中单糖为链式，环式
OH OH
共存且二者处于互变平衡状态。
CHO H OH HO H H OH H OH
CH2OH
1%
OH
HO HO
O OH
OH
63%
HOHO
O HO
OH
OH
第2章 糖的结构和性质
在乙醇中重结晶 D-(+)-葡萄糖 在吡啶中重结晶
-D-(+)-葡萄糖（无结晶水） mp 146oC
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.9 生物工程和医药学中的 糖生物学 一 糖类作为药效团的药物
HO
人工栽培的香菇 OH
HO OH
野生香菇
HO HO
OH
O HO
O OH
OH OH
O
OH OH
O
O
OH
O
O HO
O HO
O OH
O OH
香菇多糖的结构
O HO O
OH
OH O OH
OH
第1章 糖生物学的概念与研究对象
OH OH
产生多种构型
糖苷键的形成： 一种酶，一连键规则：
H2O
OH OH O
HO OH
OH
O HO
O OH
OH
糖苷键的形成
OH OH O
HO OH O
O
NH
OO
NO
P OPO
O
O- O-
OH OH
糖基的供体
由于糖基转移酶对供体和接纳体有严格的专一性要求， 在特异的连键上一种酶只能添加一种形式的糖。
第1章 糖生物学的概念与研究对象
B 聚糖-凝聚素相互作用产生的外源功能：
指导糖缀合物穿行（细胞内、细胞外） 介导和调控细胞黏附作用 （细胞-细胞相互作用、
细胞-基质相互作用） 介导和调控信号（细胞外、细胞内）
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.7 聚糖与蛋白质的相互作用 锁匙学说：
聚糖与蛋白质的识别的作用力： 氢键、范德华相互作用、电荷、
OAc
AcO AcO
O OAc
OAc
AcO AcO
OAc O
OAc OAc
AcO AcO
OAc O
OAc
OAc
Cl O
OH
HO HO
O
OH
OH
Py
OBz
BzO BzO
O OBz
OBz
第3章 糖的化学反应
磺酸酯
Et3N/MeOH
HO HO
OH O
OH OR
TsCl Py
HO HO
LiAlH4
OTs O
H
HO
CH2OH O
H
HO H
H
OH H OH
α-D（+）-吡喃型葡萄糖
H
HO
CH2OH O
H
HO H
H
OH OH H
直立键
β-D（+）-吡喃型葡萄糖
平伏键
第2章 糖的结构和性质
2.1.4 D、L，-型及-的判定
a 成环的碳原子的取代基朝上的，不
管是呋喃糖还是吡喃糖，都属于D-构
OH
型
*
O
b 成环的碳原子上没有取代基，
糖生物学基础
第1章 糖生物学的概念与研究对象
第一章 糖生物学的概念与研究对象
1.1 糖生物学的概念
DNA RNA 蛋白质 细胞
生命体
概念: 广义来说，糖生物学可定义为研究自然界广泛分布 的糖类（糖链和聚糖）其结构、生物合成及生物学的一门学科
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2 糖生物学的研究对象-聚糖
浓缩 H2O () -D-(+)-葡萄糖
放置 的水溶液 []D = + 112o
在HOAc中重结晶
所得溶液 []D = 52.7o
放置
-D-(+)-葡萄糖 mp 148-150oC
H2O
() -D-(+)-葡萄糖 的水溶液 []D = + 18.7o
第2章 糖的结构和性质
2.3.2.2单糖的化学反应
O Me
Me O OH O
Me O
O O
Me Me
Me O Me Me Me O O O O OH
OH
HO HO
O
PhCHO
OH OH
ZnCl2
PhCHO
AcOH ZnCl2
HO O
Ph
O
O
O
Ph O
Ph OO HO
O O
O Ph
第2章 糖的结构和性质
与碱的作用 在弱碱性条件下，糖中与羰基相邻的不对称碳原子的构型发
CH2OH
H
OH
H
OH H
OH
OH
H OH
α-D-(+)-吡喃葡萄糖
CH2OH
H
O OH
H
OH H
OH
H
H OH
β-D-(+)-吡喃葡萄糖
褶皱式 由于葡萄糖半缩醛环上的C—O—C键角（111°）与 环己烷的键角（109°）相似， 故葡萄糖吡喃环和环己烷相似也有船式和椅式构象， 其中椅式构象使扭张强度减到最低因而较稳定。
略缩词表示
6 Manβ-1,4GlcNAcβ-1,4 GlcNAcβ-1-Asn 3
代表符号表示
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.3 聚糖存在的位置 膜上： 非膜上：
糖缀合物在细胞内外室的定位
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.4 聚糖的构成 OH OH
OH
O
O
HO
OH +
HO HO
形成Leabharlann Baidu原端、非还原端 OH
与强酸反应： 形成糠醛
OH
HO HO
O H+
OH OH
H2C OH
O
酚 CHO
苯酚：红色 -萘酚：紫红色
蒽酮：蓝绿 色
间苯二酚：
酮糖：20-30秒 生成鲜红色
醛糖：慢，颜色 浅
第3章 糖的化学反应
酯化反应 羧酸酯
苯甲酰酯
OH
HO HO
O
Ac2o/Py
OH OH
Ac2o/ZnCl2
Ac2o/NaOAc
MeO MeO
OSO3O
HOOC MeO O
MeO
O O
OSO3O
OMe -O3SO
OSO3-O MeO
O
O -O3SO COOH OMe
OSO3O
OSO3- OMe
肝素五糖片段Sanorg34006
HO
OH
HO
O
OH
O
OH
HO
O
OH
O
OH
HO
O
OH
Synsorb-PK的 结构
O
(CH 2
)5
O NH
生变化，这称为差向异构化。
弱碱如吡啶、三级胺等（差向异构化）
CHO
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-葡萄糖
CHOH
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
烯二醇
CHO
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-甘露糖
CH2OH O
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-果糖
第2章 糖的结构和性质
形成糖苷 单糖的半缩醛羟基很容易与醇或酚的羟基反应，
OH HO
OH OH
则糖的构型由环上最靠近成环的
D
碳原子上的取代基的取向来定， 即不管呋喃还是吡喃糖，凡朝下 的，为D-构型，朝上为L-构型
O
OH
OH
* OH
L
c 确定端基异构体，首先看糖环的构型： D下为，D上为；L下为，L上为
*
O OH
OH OH
HO
OH
L
O
*
OH
OH OH
D
第2章 糖的结构和性质
失水而形成缩醛式衍生物，称糖苷。非糖部分叫配糖体
OH
MeOH,-H2O,H+
O
MeOH,+H2O,H+
O OMe
OH OH O
HO OH
OH OH
MeOH,H+
OH
-H2O
HO
O
+
OH OMe
OH OH
O
OMe +
HO OH
HO HO
O
HO
OMe + HO HO
OH
O HO
OMe
OH
第3章 糖的化学反应
1.2.1 糖缀合物的概念： 单糖、寡糖或多糖与蛋白质和脂质连接形成糖缀合物
糖蛋白
蛋白多糖 糖缀合物 糖脂
连接脂的聚糖 聚糖 N-聚糖
脂多糖
O-聚糖
多糖
第1章 糖生物学的概念与研究对象
1.2.2 聚糖的表示方法 HO OH HO HN O
HO
OH HO
HO HN
O
O
HO
COO- OH OH
O
O
O
O
OH OR
DMF NaI
HO HO
I O
OH OR
Me
HO HO
O
OH OR
硫酸酯
OH
AcO AcO
O
OAc
SO3,Py
OAc
AcO AcO
OSO3H O
OAc OAc
第3章 糖的化学反应
磷酸酯
OAc O
AcO AcO OAc
OAc
H3PO4
AcO AcO
OAc
O
OAc OPO3H2
AcO AcO
OAc OAc
第3章 糖的化学反应 硼酸酯
O OH B
O OH
O
O
BO B
O
O
第3章 糖的化学反应
形成醚
O Me S Me
NaOH
O Me S CH2
OH
HO HO
O OH
OH
O
O O
O O
O
OMe
MeI MeO MeO
O OMeOMe
苄基醚
OH
HO HO
O OH
OH
Br
OBn
BnO BnO
O OBnOBn
OH HO
OH O
HN
O
HO O
O
HO HO
COO- OH OH O
O OH
HO HO
O
O
HO
O
O
O
O
HO HO OH
HN
O
HO O
O HO
OH O
HN
O
OH O
O HO HN
O
完整化学结构表示
NH Asn
NeuAcα-2,3Galβ-1,4GlcNAcβ-1,2Manα-1
NeuAcα-2,3Galβ-1,4GlcNAcβ-1,2Manα-1
二硫代缩醛的制备
HO HO
OH O
OH
EtSH,DNF OH 浓 HCl
HO HO
OH
OH SEt
OH SEt
二硫代缩醛的反应
OH OH
OH
HO
SEt
OH SEt
HCl 1%
HgO; EtOH,HgCl2
OH
类似物2
O NH (CH2)13Me
第1章 糖生物学的概念与研究对象
二 糖基作为辅助基团药物
NH2
HO
O
HO HO
NH2 O
H2N
O
O
NH2
CH3
H2N
O OH O
OH
HO
NH2
新霉素
H3C
O O HO
O O
OH
O
O
O
O
MeO
OMe OMe
足叶乙苷
三 用于药物寻靶和药物转运的糖类化合物
第2章 糖的结构和性质
第2章 糖的结构和性质
2.1.2 单糖的环状结构
CHO H OH H OH HO H H OH
CH2OH
a. 葡萄糖用酸性甲醇处理时，不生成二缩甲醇,
OH
H H
OH
HO
H
OH
H OH
OH
α-吡喃葡萄糖
OH
H H
OH
HO
H
O OH
H H
OH
得到两个异构化的单甲基化合物。
β-吡喃葡萄糖
b. 葡萄糖的乙酰化给出两个五乙酰化的异构体。
大肠杆菌 O157:H7
第1章 糖生物学的概念与研究对象
HO
HO AcHN
OH HO
O
O OH
OH
O
OH O
Me
O O
OH
HO HO
OH O OR
NHcA
Sialyl Lewisx
OH
HO
O HOOC
O
H
O
OH
O
O
OH Me
HO HO
类似物1
H3C
O
HOOC ( )3 N
HO Me O
HO
OH N