01第一讲 糖概述

参考书目 1. 张惟杰 糖复合物生化研究技术 浙江大学出版社 张惟杰.糖复合物生化研究技术 浙江大学出版社,1994 糖复合物生化研究技术.浙江大学出版社 2. 赵永芳 生物化学技术原理及其应用(第二版 武汉大学出版 赵永芳.生物化学技术原理及其应用 第二版 生物化学技术原理及其应用 第二版).武汉大学出版 社,1994 3. 达世禄 色谱学导论 第二版 武汉大学出版社 达世禄.色谱学导论 第二版).武汉大学出版社 色谱学导论(第二版 武汉大学出版社,1999 4. 师治贤,王俊德 生物大分子的液相色谱分离和制备 第二版 科 师治贤 王俊德.生物大分子的液相色谱分离和制备 第二版).科 王俊德 生物大分子的液相色谱分离和制备(第二版 学出版社,1999 学出版社 5. 何炳林 黄文强 离子交换与吸附树脂 上海科技教育出版社 何炳林,黄文强 离子交换与吸附树脂.上海科技教育出版社 黄文强.离子交换与吸附树脂 上海科技教育出版社,1995 6. 吴寿金 赵泰,秦永祺 现代中草药成分化学 中国医药科技出版 吴寿金,赵泰 秦永祺 现代中草药成分化学.中国医药科技出版 赵泰 秦永祺.现代中草药成分化学 社,2002 朱正美,等译 糖生物学基础.科学出版社 等译.糖生物学基础 科学出版社,2003 7. 朱正美 等译 糖生物学基础 科学出版社
第一讲
单 糖
糖概述
一、 单糖的研究历程及发展 二、单糖的作用
低聚糖
一、 低聚糖的研究历程及发展 二、 低聚糖的作用
多 糖
多糖（ 多糖（Polysaccharides）是自然界含量最丰富 ） 的物质之一， 广泛存在于动物细胞膜、 的物质之一 ， 广泛存在于动物细胞膜 、 植物和微 生物细胞壁中， 生物细胞壁中 ， 是与人类生活紧密相关的一类生 物大分子，对维持生命活动起着重要的作用。 物大分子，对维持生命活动起着重要的作用。 一、多糖的研究历程 核酸、蛋白质和多糖并称为生命三大物质。 核酸、蛋白质和多糖并称为生命三大物质。 核酸、蛋白质研究进程显著快于多糖。 核酸、蛋白质研究进程显著快于多糖。
3．糖链与生理病理的关系 ． （1）与生理、病理的关系 ）与生理、 在正常生命过程中， 多糖参与细胞分化、 在正常生命过程中 ， 多糖参与细胞分化 、 胚胎发 育和免疫应答； 育和免疫应答； 在病理过程中，多糖参与癌变、感染过程。 在病理过程中，多糖参与癌变、感染过程。 （2）在分子内及分子间的作用 ） 分子内： 影响蛋白质的折叠、 半衰期， 分子内 ： 影响蛋白质的折叠 、 半衰期 ， 并对蛋白 质有监护作用。 质有监护作用。 分子间： 具有细胞识别、 分子间 ： 具有细胞识别 、 抗原性和信号转导作 用。
糖缀合物（ 糖缀合物（Complex carbohydrates） ）
糖肽（ 糖肽（Glycopeptides） ）
糖核酸（ 糖核酸（Glyco-nucleic aciHale Waihona Puke Baidu） ）
糖脂（ 糖脂（Glyco-lipid） ）
肽聚糖 （Peptidoglycans） ）
肽聚糖 （Peptidoglycans） ）
糖蛋白 （Glycoprotein） ）
糖蛋白 （Glycoprotein） ）
蛋白聚糖 （Proteoglycan） ）
蛋白聚糖 （Proteoglycan） ）
糖缀合物的研究在近30年才渐渐热起来 ， 糖缀合物的研究在近 年才渐渐热起来， 随 年才渐渐热起来 着生物和生化技术的发展， 着生物和生化技术的发展 ， 一些卓有成效的新技 术如高效液相色谱(HPLC)、核磁共振（NMR）、 、核磁共振（ 术如高效液相色谱 ） 质谱（MS）、放射免疫、定点突变等的应用，大 质谱（ ） 放射免疫、定点突变等的应用， 量糖缀合物的结构与功能不断地被揭示和认识。 量糖缀合物的结构与功能不断地被揭示和认识。
二、多糖分类 1．根据组成单糖的类别，多糖可分为: ．根据组成单糖的类别，多糖可分为: （ 1）均聚多糖 （ homopolysaccharides）： 指由同一种单 ） 均聚多糖（ ） 糖组成，如淀粉（ 糖组成，如淀粉（starch）、纤维素（cellulose）。 ） 纤维素（ ） （2）杂多糖（heteropolysaccharides）：杂多糖则是由多 ）杂多糖（ ） 种单糖组成，如树胶（gums）、粘胶多糖（mucillages）、 种单糖组成，如树胶（ ） 粘胶多糖（ ） 果胶（ 果胶（pectins）、半纤维素（hemicelluloses）等。 ） 半纤维素（ ） （3）糖缀合物（glycoconjugates ）：糖缀合物是指多糖 ）糖缀合物（ 与其它非糖部分如蛋白质、 与其它非糖部分如蛋白质、肽、脂类以及核酸等结合形成 （glycoconjugates）。 ）
（2）三级结构 ） 多糖链一级结构的重复顺序，由于糖单位的羟基、 多糖链一级结构的重复顺序，由于糖单位的羟基、羧 氨基以及硫酸基之间的非共价相互作用， 基、氨基以及硫酸基之间的非共价相互作用，导致在二 级结构的基础上进一步卷曲或折叠， 级结构的基础上进一步卷曲或折叠，或者是两链双螺旋 排列关系而形成的一定构象即多糖的三级结构。 排列关系而形成的一定构象即多糖的三级结构。 （3）四级结构 ） 多糖的四级结构是相同或不同多糖链的协同结合而 形成的聚集体，也即亚单位现象。 形成的聚集体，也即亚单位现象。多糖的内部基团有相 互作用，因其不同氢键的形成而构成特定的高级结构。 互作用，因其不同氢键的形成而构成特定的高级结构。
2．按来源不同，可分为五大类： ．按来源不同，可分为五大类： 真菌多糖 高等植物多糖 藻类地衣多糖 动物多糖 细菌多糖
三、多糖的结构 多糖是由多个相同或不同的单糖基以糖苷键相 连而形成的高聚物，自然界分布很广， 连而形成的高聚物 ， 自然界分布很广 ， 植物的纤 维素、半纤维素、树胶、粘胶、果胶、淀粉， 维素 、 半纤维素 、 树胶 、 粘胶 、 果胶 、 淀粉 ， 动 物的糖原、甲壳质 、 粘性物质等都是多糖或由多 物的糖原 、 甲壳质、 糖组成的。 糖组成的 。 对多糖的结构研究虽远不及蛋白质及 核酸，其结构分类与蛋白质的结构含义基本相同， 核酸 ， 其结构分类与蛋白质的结构含义基本相同 ， 也可分为一级结构与高级结构。 也可分为一级结构与高级结构 。 而高级结构又可 分为二级、三级及四级结构。 分为二级、三级及四级结构。
2．国内外的研究现状及研究计划 ． 美国： 美国： 1986年，“糖库计划”； 年 糖库计划” 2001年，“功能糖组学研究计划”，研究蛋白质 年 功能糖组学研究计划” 研究蛋白质/ 糖链—细胞通讯。 糖链 细胞通讯。 细胞通讯 日本： 日本： 1991年，“糖工程前沿计划”； 糖工程前沿计划” 年 2002年，“糖链功能 糖链功能1000”计划，研究糖链功能 糖 计划， 年 计划 研究糖链功能/糖 类药物。 类药物。 欧盟： 欧盟： 1994年“欧洲糖类研究开发网络”； 年 欧洲糖类研究开发网络” 欧盟第四、 六框架” “欧盟第四、五、六框架”，研究糖链结构与功 能
四、多糖的生物活性 多糖的生物学功能是多种多样的， 多糖的生物学功能是多种多样的，除众所周知的多 糖在生物体内有的是贮存物质、有的是结构支持物、 糖在生物体内有的是贮存物质、有的是结构支持物、 有的有水合机械保护作用等等外， 有的有水合机械保护作用等等外， 随着对糖类在生命 现象中重要性的不断认识， 现象中重要性的不断认识 ， 发现生物多糖可以携带巨 大的信息量，而成为参与生命现象中形形色色识别作 大的信息量， 用的基础。 用的基础 。不论是生物体作为通讯识别的信息分子还 是细胞间的识别无不与糖链有关。 是细胞间的识别无不与糖链有关。 近年来，大量研究表明多糖具有免疫调节、 近年来 ， 大量研究表明多糖具有免疫调节 、 降血 降血脂、抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗衰老、 糖、降血脂、抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗衰老、抗 凝血、抗溃疡、防辐射等多种生物学功能。 凝血、抗溃疡、防辐射等多种生物学功能。
2．多糖的高级结构 ． 多糖的高级结构（即构象）决定于其一级结构， 多糖的高级结构 （即构象 ）决定于其一级结构， 其 结构层次可分为二级、三级、四级结构。 结构层次可分为二级、三级、四级结构。 （1）二级结构 ） 多糖的二级结构通常指多糖的骨架的形状， 多糖的二级结构通常指多糖的骨架的形状 ， 即多糖 骨架链内以氢键结合所形成的各种聚合体。二级结构 骨架链内以氢键结合所形成的各种聚合体。 一般只关系到多糖分子的主链构象， 一般只关系到多糖分子的主链构象 ， 不涉及侧链的空 间排布。例如纤维素分子是锯齿形带状， 间排布 。 例如纤维素分子是锯齿形带状，直链淀粉是 空心螺旋状。在多糖链中， 空心螺旋状。在多糖链中 ， 糖环的几何形状几乎是硬 性的，各个单糖残基绕糖苷键旋转而相对定位， 性的， 各个单糖残基绕糖苷键旋转而相对定位 ，可决 定多糖的整体构象。 定多糖的整体构象。
中国： 中国： 跟踪性研究和探索生研究， 跟踪性研究和探索生研究 ， 急需国家重大科 技计划支持。 技计划支持。 作为三种生物大分子之一， 作为三种生物大分子之一 ， 糖类的研究工作 和蛋白质、 核酸的研究工作相比， 和蛋白质 、 核酸的研究工作相比 ， 在我国还是一 个薄弱环节。 现在国际上多糖研究以日本、 美国、 个薄弱环节 。 现在国际上多糖研究以日本 、 美国 、 德国、 加拿大处于领先地位， 德国 、 加拿大处于领先地位 ， 我国多糖的研究起 步较晚， 经过一个相对寂静的时期之后， 步较晚 ， 经过一个相对寂静的时期之后 ， 自 80年 年 代各地的研究如雨后春笋般掀起。 代各地的研究如雨后春笋般掀起。
1．生物体内糖的研究历程 ． 19世纪 ： 认为多糖是能量物质 ， 主要研究多糖 世纪： 认为多糖是能量物质， 世纪 的代谢与转化途径； 的代谢与转化途径； 20世纪 ： 认为多糖是机体的结构物质 ， 主要研 世纪： 认为多糖是机体的结构物质， 世纪 究细胞外的基质成分； 究细胞外的基质成分； 21世纪 ： 认为多糖是机体的信息物质 ， 主要研 世纪： 认为多糖是机体的信息物质， 世纪 究细胞的信号转导。 究细胞的信号转导。
1．多糖的一级结构 一级结构主要是由单糖基的构型（ 或 ） 一级结构主要是由单糖基的构型 （ L或 D） 、 异头物的构型（ 糖基环化方式（ 异头物的构型（α或β）、糖基环化方式（五元环 或六元环） 有无分支、 或六元环）、有无分支、糖基上多个羟基是否被取 代（如氨基、硫酸基、磷酸基、酰基等取代）、相 如氨基、硫酸基、磷酸基、酰基等取代） 邻 单 糖 基 相 连 糖 苷 键 的 的 位 置 （ 1→2 ， 1→3 ， → → 1→4）、单糖基相邻的顺序等因素组成。 → ） 单糖基相邻的顺序等因素组成。