生物化学综述

生物化学综述

摘要：

单糖就是不能再水解的糖类，是构成各种二糖和多糖的分子的基本单位。按碳原子数目，单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。自然界的单糖主要是戊糖和己糖。根据构造，单糖又可分为醛糖和酮糖。多羟基醛称为醛糖，多羟基酮称为酮糖。例如，葡萄糖为己醛糖，果糖为己酮糖。单糖中最重要的与人们关系最密切的是葡萄糖等。常见的单糖还有果糖，半乳糖，核糖和脱氧核糖等。

关键词：

糖单糖物化性质单糖衍生物

（一）单糖的结构

1.单糖的链状结构

确定链状结构的方法（葡萄糖）：

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。

最简单的单糖之一是甘油醛，它有两种立体异构形式，这两种立体异构体在旋光性上刚好相反，一种异构体使平面偏振光的偏振面沿顺时针方向偏转，称为右旋型异构体，或D型异构体。另一种异构体则使平面偏振不的编振机逆时针编转，称左旋异构体或L型异构体。像甘油醛这样具有旋光性差异的立体异构体又称为光学异构体，常用D，L表示。以甘油醛的两种光学异构体作对照，其他单糖的光学异构构与之比较而规定为D型或L型。差向异构体：又称表异构体，只有一个不对称碳原子上的构型不同的非对映异构体，如D-等等糖与D-半乳糖。链状结构一般用Fisher投影式表示：碳骨架、竖直写；氧化程度最高的碳原子在上方。

2.单糖的环状结构

在溶液中，含有4个以上碳原子的单糖主要以环状结构。单糖分子中的羟基能与醛基或酮基可逆缩合成环状的半缩醛。环化后，羰基C就成为一个手性C原子称为端异构性碳原子，环化后形成的两种非对映异构体称为端基异构体，或异头体。环状结构一般用Havorth结构式表示：用FisCher投影式表示环状结构很不方便。Haworth结构式比Fischer投影式更能正确反映糖分子中的键角和键长度。

转化方法：

①画一个五员或六员环②从氧原子右侧的端基碳开始，画上半缩醛羟基，在Fischer投影式中右侧的居环下，左侧居环上。

构象式：

Haworth结构式虽能正确反映糖的环状结构，但还是过于简单，构象式最能正确地反映糖的

环状结构，它反映出了糖环的折叠形结构。

3.几种重要的单糖的链状结构和环状结构

(1) 丙糖：D-甘油醛二羟丙酮(2) 丁糖：D-赤鲜糖D-赤鲜酮糖(3) 戊糖：D-核糖D-脱氧核糖D-核酮糖D-木糖D-木酮糖(4) 己糖：D-葡萄糖( -型及 型) D-果糖(5) 庚糖：D-景天庚酮糖

4.变旋现象

在溶液中，糖的链状结构和环状结构之间可以相互转变，最后达到一个动态平衡，称为变旋现象。从乙醇水溶液中结晶出的D-glucose称为α-D-（+）Glucose （[α]20 D=+113°），从吡啶溶液中结晶出的D-glucose称为β-D-（+）glucose（[α]20D=+18.7°）。将 -D-(+)葡萄糖与-D-(+)葡萄糖分别溶于水中，放置一段时间后，其旋光率都逐渐转变为+52.7 C。原因就是葡萄糖的不同结构形式相互转变，最后，各种结构形式达到一定的平衡。

5.构型与构象

构型：分子中由于各原子或基团间特有的固定的空间排列方式不同而使它呈现出不同的较定的立体结构，如D-甘油醛与L-甘油醛，D-葡萄糖和L葡萄糖是链状葡萄糖的两种构型。一般情况下，构型都比较稳定，一种构型转变另一种构型则要求共价键的断裂、原子(基团)间的重排和新共价键的重新形成。构象：由于分子中的某个原子(基团)绕C-C单键自由旋转而形成的不同的暂时性的易变的空间结构形式，不同的构象之间可以相互转变，在各种构象形式中，势能最低、最稳定的构象是优势对象。

6.构型与旋光性旋光性是分子中具有不对称结构的物质的一种物理性质。显然，构型不同旋光性就不同。但构型是人为规定的，旋光性是实验测出的。因此，构型与旋光性之间没有必然的对应规律，每一种物质的旋光性只能通过实验来确定。

（二）单糖的物理化学性质

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

2.化学性质

（1）变旋在溶液中，糖的链状结构和环状结构之间可以相互转变，最后达到一个动态平衡，称为变旋现象。三者间的比例因糖种类而异。只有链状结构才具有下述的氧化还原反应。

（2）糖醛反应(与酸的反应) ①Molish反应Molish反应可以鉴定单糖的存在。②Seliwannoff反应据此区分酮糖与醛糖。还可利用溴水区分醛糖与酮糖。

（3）氧化反应

氧化只发生在开链形式上。在氧化剂、金属离子如Cu2+、酶的作用下，单糖可以发生几种类型的氧化：醛基氧化：糖酸伯醇基氧化：醛酸醛基、伯醇基同时氧化：二酸能被弱氧化剂(如Fehhing试剂、Benedict试剂)氧化的糖称为还原性糖，所有的单糖都是还原性糖。单糖氧化形成的羟基可以进一步形成环状内酯(Lactone)。内酯在自然界中很普遍，如L-抗坏血酸，又称Vc (Vitamcn c)，就是D-葡萄糖酸的内酯衍生物。式量176.1，它在体内是一种强还原剂。豚鼠、猿和人不能合成Vc，从能合成Vc的肝脏微粒体中分离到合成Vc 的三种酶，人和猿缺乏。缺乏抗坏血酸将导致坏血病，龄龈、腿部等开始出血，肿胀，逐渐扩展到全身，柑橘类果实中含有丰富的Vc。

（4）还原反应单糖可以被还原成相应的糖醇。D-葡萄糖被还原成D-葡萄糖醇，又称山梨醇。糖醇主要用于食品加工业和医药，山梨醇添加到糖果中能延长糖果的货架期，因为它能防止糖果失水。用糖精处理的果汁中一般都有后味，添加山梨醇后能去除后味。人体食用后，山梨醇在肝中又会转化为果糖。

（5）异构化在弱碱性溶液中，D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖，可以通过烯醇式相互转化，D-葡萄糖异构化为D-甘露糖后，由于其中的一个手性碳原子的构型发生变化，又称差向异构化。

（6）酯化生物体中最常见也是最重要的糖酯是磷酸糖酯和硫酸糖酯。磷酸糖酯及其衍生物是糖的代谢活性形式(糖代谢的中间产物)。硫酸糖酯主要发现于结缔组织的蛋白聚糖中，由于硫酸糖酯带电荷，因此它能结合大量的水和阳离子。葡萄糖的核苷二磷酸酯，如UDPG 参与多糖的生物合成。

（7）糖苷化单糖环状结构上的半缩醛羟基与醇或酚的羟基缩合失水成为缩醛式衍生物，通称为糖苷。

（8）糖脎反应(亲核加成) 糖脎反应发生在醛糖和酮糖的链状结构上。糖脎易结晶，可以根据结晶的形状，判断单糖的种类。

（三）重要的单糖

1.三碳糖

2.四碳糖

3.五碳糖

4.六碳糖

（四）重要的单糖衍生物

1.糖醇

2.糖醛酸单糖的伯醇基被氧化成-COOH。动物体内有两种很重要的糖醛酸： -D-葡萄醛酸和差向异构物 -L-艾杜糖醛酸，它们在结缔组织中含量很高。葡萄糖醛酸是肝脏内的一种解毒剂，它与类固醇、一些药物、胆红素(血红蛋白的降解物)结合增强其水溶性，使之更易排出体外。

3.氨基糖(糖胺) 单糖的一个羟基(通常是C2位)被氨基取代。常见的氨基糖有D-葡萄糖胺和D-半乳糖胺。氨基糖的氨基还经常被乙酰化形成N-乙酰糖胺。

4.糖苷单糖的半缩醛羟基与其它分子的醇、酚等羟基缩合，脱水生成缩醛式衍生物，称糖苷。糖苷可分为：O糖苷、N糖苷、S糖苷。糖苷物质与糖类的区别：糖是半缩醛，不稳定，有变旋；苷是缩醛，较稳定，无变旋。糖苷大多数有毒，其中不少有药理作用。

5.脱氧糖重要的有6-脱氧D-甘露糖，L-岩藻糖和2-脱氧D-核糖。岩藻糖常见于一些

糖蛋白中，如红细胞表面ABO血型决定簇。

参考文献：【1】张部昌主编《生物化学》安徽教育出版社2010.7 【2】王镜岩主编《生物化学》