糖类的结构和功能

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分子量:176.13
坏血病:是几百年前人类就知道的疾病,但是由于以前人类对
它发生的原因不了解,当时被称作不治之症,且死亡率很高。 一直到1911年,人类才确定它是因为缺乏维生素C而产生的。
在18世纪,坏血病在远洋航行的水手中非常普遍(他们远离陆地 ,缺乏新鲜水果和蔬菜);也流行在长期困战的陆军士兵中、长 期缺乏食物的社区、被围困的城市、监狱犯人和劳工营中。例如 140年前加州的淘金工人和90年前阿拉斯加的淘金工人都有大批 的坏血病病例。

蔗糖 (甘蔗、甜菜) 二糖 麦芽糖 (发芽的大麦) 乳糖 (动物乳汁) 多糖
C12H22O11
淀粉 (谷类、薯类) 纤维素 (植物的细胞壁、 棉花、木材) 糖原(动物体内 肝糖原 肌糖原)
糖 类
项目
类型
概念 不能水解 的糖 水解后能 够生成二 分子单糖
种类 核糖
分子式 C5H10O5
分布 动、植物 细胞 植物细胞 动物细胞 植物细胞


(1)蔗糖: 葡萄糖+果糖。 广泛存在植物,甜菜,甘蔗中最多。 因为葡萄糖与果糖结合成蔗糖后其醛基和酮基都完全丧失,因此,
蔗糖没有还原性。
6 1CH2OH CH2OH O O H H H 5 H HO 4 1 2 H 5 H OH O OH CH2OH 3 4 2 3 H OH H OH
蔗糖
,而B抗原糖链末端为半乳糖。
一、糖的概念、分类及功能
1.糖(carbohydrates)的概念

组成:C、H、O三种元素
又叫做碳水化合物 carbohydrates 通式:Cn(H2O)m 例如:葡萄糖(glucose)、蔗糖(sucrose)、淀粉 (starch)、纤维素(cellulose)等它们的化学式都符 合这个通式。
(1)淀粉:由多个α-D-葡萄糖组成。存在于植物的根茎和种子 中,是植物营养物质的一种贮存形式。 直链淀粉:α-D-葡萄糖,以α-1,4糖苷键相连。如小麦、大麦、 大米等
直链淀粉 (数千个葡萄糖组成,分子量150000-600000)
直链淀粉分子的空间构象 卷曲形成螺旋管状,这种紧密结实的结构与其贮藏功能相适应。 每一回转为6个葡萄糖基。
5、提高人体的免疫力 (Vc可增强中性粒细胞的趋化性和变形 能力,提高杀菌能力),提高机体的应急能力:人体受到异常 的刺激,如剧痛、寒冷、缺氧、精神强刺激,会引发抵御异常 刺激的紧张状态。该状态伴有一系列身体,包括交感神经兴奋 、肾上腺髓质和皮质激素分泌增多。肾上腺髓质所分泌的肾上 腺素和去甲肾上腺素是有酪氨酸转化而来,在此过程需要Vc的 参与。
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O
糖的生理功能
糖是自然界存在的一类有机物,广泛存在于动、
植物及微生物体内,尤其以植物含量最多,约占干
重80%以上。 ① 一切生物体维持生命活动所需的能量来源; ② 生物体合成其它化合物(氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷)的基 本原料——C源;
③ 是细胞壁的主要成分;
常与蛋白质或脂类共价结合,以糖蛋白,糖脂的形式存在。
连接糖蛋白的糖链与蛋白的共价键类型:N-糖苷键型 O-糖苷键型。
二糖:蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖

由两个分子单糖脱水缩合而成,能水解成两个 单糖分子。 蔗糖→葡萄糖+果糖(存在于植物细胞) 麦芽糖→葡萄糖+葡萄糖(存在于植物细胞) 乳糖→葡萄糖+半乳糖(存在于动物细胞)
H C H C HO C H C H C H2C OH OH H OH OH H O OH H OH OH CH3 糖苷键 O H2O C H C HO C H C H C H2C
O
+ HO CH 3
甲醇
糖基
-D-葡萄糖
甲基--D-葡萄糖
糖基:提供半缩醛羟基的糖
三、寡糖
1、寡糖的命名
若干个单糖间若都以糖苷键相连接,单糖基数为2—10个构 成的糖类物质,称为寡糖或低聚糖。
糖酸:醛基氧化 醛酸:伯醇基氧化 二酸:醛基、伯醇基同时氧化
单糖氧化形成的羟基可以进一步形成环状内酯;
L-抗坏血酸,Vc:D-葡萄糖酸的内酯衍生物,在 体内是一种强还原剂。 人体内不能合成Vc,因为缺乏合成Vc的酶。
缺乏Vc将导致坏血病。
2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯
分子式:C6H8O6
主要功能 组成核酸 能源物质 水解成葡 萄糖 植物细胞 储能物质 细胞壁 动物细胞 储能物质
单糖
脱氧核糖 C5H10O4
葡萄糖
蔗糖 麦芽糖 乳糖 淀粉 纤维素 糖原
二糖
C6H12O6
C12H22O11
多糖
水解后能 够生成许 多个单糖 分子的糖
(C6H10O5)n 动物细胞
单糖按所含碳原子的数目再进行分类
③ 多糖( polysaccharides ) :由多于10个单糖缩合而成,水解
后产生多个单糖。如 淀粉(starch) 、纤维素(cellulose) 、糖原等
1 maltose
H+
H2O H+
2 glucose
disaccharides
1 glucose + 1 fructose n glucose
四、多糖
多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物,包含 20个以上单糖分子,是一类结构复杂(单糖组成种类,数量,连 接方式的不同)的大分子物质,广泛的存在于动物,植物中,是 重要的能量贮存形式。 ※多糖的共性:无还原性、无变旋现象,无甜味,大多不溶于水 ※常见的几种多糖:淀粉、糖原、纤维素、几丁质等。 均一性多糖(由同一种单糖分子组成)和不均一性多糖(由两种 或以上单糖分子组成)
具有一个自由的醛基(或酮基)以及两个以上羟基的 糖类物质称为单糖。 按含有羰基官能团的种类分为:醛糖和酮糖
甘油醛
二羟基丙酮
1、单糖的化学结构
(1)单糖的链状结构及D、L构型 例如:甘油醛分子(最简单的单糖)
*
*
(2)单糖的环状结构与α-β构型
五个碳以上单糖除直链结构外还可通过醛(酮)基与其它碳 原子上的羟基成环生成半缩醛形式,形成环状结构。如葡萄糖 分子
支链淀粉:α-D-葡萄糖,以α-1,4糖苷键相连成主
链, 分支处以α-1,6糖苷键相连。不形成螺旋管状。如 糯米。增加非还原性末端,增加粘性。
每支链平均含有24-30个葡萄糖基,每两个分支点的距离平均
约为11-12个葡萄糖残基;支链数目可达50-70个。
淀粉的化学性质:
①无还原性; ②淀粉+碘→变色反应; 聚合度为20左右,与碘形成红色络合物
Vc的功效:
4、抗氧化作用:谷胱甘肽在体内有氧化还原作用。它有两种存 在形式,即氧化型和还原型,还原型对保证细胞膜的完整性起 重要作用。Vc是一种强抗氧化剂,其本身被氧化,而使氧化型 谷胱甘肽还原为还原型谷胱甘肽,从而发挥抗氧化作用。
有些酶需要有自由的巯基(-SH)才能保持活性。Vc能够使二硫 键(-S-S)还原为-SH,从而提高相关酶的活性,发挥抗氧化的 作用。
-葡萄糖(12)果糖苷 或 -果糖(21)葡萄糖苷
(2)麦芽糖:葡萄糖+ 葡萄糖,谷物发芽的种子中含
有麦芽糖淀粉水解后大多能得到麦芽糖。还原性糖
(3)乳糖:半乳糖+葡萄糖, 主要存在于动物乳汁中,还原性糖。
CH2OH O OH H H OH H H H OH
H O
CH2OH O H H OH H OH
丙糖 丁糖 戊糖
己糖 醛糖 甘油醛 赤藓糖 核糖 脱氧核糖 半乳糖 甘露糖 葡萄糖 酮糖 二羟基丙酮 木酮糖 核酮糖 果糖
庚糖 辛糖
景天庚酮糖 辛酮糖
糖是多羟基醛或多羟基酮及其聚合物和衍生物的 总称。 例如:
葡萄糖为多羟基醛——醛糖(aldose) 果糖为多羟基酮——酮糖(ketose)
二、单糖
H OH
-半乳糖(14)葡萄糖苷
三糖:棉子糖 具有旋光性,无还原性
CH2
O H H OH O
OH
CH2OH H HO H
H H HO OH H
O H H OH
HOH 2 C O H OH
O
H CH2 OH H
HO
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H
α -1,6糖苷键
α , β -( 1
2)糖苷键
α -半乳糖
α -葡萄糖
β -果糖
C1-C5成六元环 吡喃糖
C1-C4成五元环 呋喃糖
*
*
成环后,C1也成为不对称C*原子,半缩醛羟基可有两种不同的 排列方式,由此产生α和β两种异构体。
α-型:半缩醛羟基与决定DL构型的羟基同侧为 α-型;
β-型:半缩醛羟基与决定DL构型的羟基不同侧为β-型。
2.单糖的理化性质---物理性质
旋光性:变旋现象
2.糖的分类
saccharide,醣
按组成及水解情况—能否水解和水解后的产物分为: ① 单糖( monosaccharides ):不能被水解为更小的单位,具有 一个自由的醛基(酮基)以及两个以上OH。 ② 寡糖( oligosaccharides ) :由2-10个单糖缩合而成,水解后 产生单糖。如:蔗糖(sucrose)、麦芽糖(maltose)、乳糖等
1 sucrose 1 starch
H2O H+
H2O
xCO2 + yH2O + solar E carbohydrates + xO2 E
ADP ATP E
enzyme enzyme
carbohydrates + xO2 xCO2 + yH2O + E
ATP ADP
葡萄糖 (带甜味的水果) 六碳糖 单糖 五碳糖 果糖 (水果) 半乳糖 核糖 C5H10O5 脱氧核糖 C5H10O4
④ 参与细胞识别和信息传递; ⑤ 与免疫、血型、细胞间联系有关。
糖的消化
人类食物中的糖是主要有植物淀粉、动物糖原以及 麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等,其中以淀粉为主。
消化部位
主要在小肠,少量在口腔,在胃中不进行消化。
A、B、O三种血型抗原化学结构 的差异,仅在于糖链末端的1个 单糖。
A抗原糖链末端为N-乙酰半乳糖
1912年,波兰裔美国科学家卡西米尔·冯克,发表了维生素的理论。他 认定自然食物中有四种物质可以防治夜盲症,脚气病,坏血病,和佝偻 病。这些物质被丰克称为 Vitamin,中文称为维生素或维他命,四种物 质分别被称为维生素A,维生素B,维生素C和维生素D。
Vc的功效: 1、胶原蛋白的合成:胶原蛋白的合成需要维生素C参加,所以Vc缺乏 ,胶原蛋白不能正常合成,导致细胞连接障碍。(胞间质的关键成分是 胶原蛋白) 2、治疗坏血病:当体内Vc不足,微血管容易破裂,血液流到邻近组织 。这种情况在皮肤表面发生,则产生淤血、紫癍;在体内发生则引起疼 痛和关节涨痛。严重情况在胃、肠道、鼻、肾脏及骨膜下面均可有出血 现象,乃至死亡。 3、预防牙龈萎缩、出血,预防动脉硬化,作为抗氧化剂 ,治疗贫血, 防癌(丰富的胶原蛋白有助于防止癌细胞的扩散 ;Vc的抗氧化作用可以 抵御自由基对细胞的伤害防止细胞的变异;阻断亚硝酸盐和仲胺形成强 致癌物亚硝胺 )
(2)酯化反应
单糖具有多个醇性羟基,故具有醇的性质。尤其是半缩 醛羟基更活泼,容易与酸反应生成酯。 生物体中最常见最重要的糖脂是磷酸糖脂,硫酸糖脂。
糖代谢的活性成分
(3)形成糖苷
环状单糖是一种半缩醛,它的半缩醛羟基与另一含 羟基化合物(或其他非羟基化合物)缩合生成的缩 醛类物质,称为糖苷。
配基或配糖体
聚合度为20-60,与碘形成紫红色络合物
聚合度大于60,与碘形成蓝色络合物 ③淀粉水解最终生成葡萄糖,水解程度可用碘加以检测: 淀粉 →
溶解度:单糖都是无色结晶,羟基(多)在水
溶液中溶解度很大,难溶于乙醇,丙酮。 甜度:单糖都有甜味,果糖 170 ,蔗糖 100 ,转 化糖130。以蔗糖的甜度为标准。
变旋现象:
原因:不同结构形式的葡萄糖可互变,各种形式 最后达到一定的平衡所致。
2.单糖的理化性质---化学性质
单糖分子除了具有上述的旋光性和变旋性外,由于其分子 结构上存在醛基,酮基,羟基等官能团,因此在特定条件下可 以发生氧化还原反应,酯化反应,形成糖苷等反应。 (1)氧化反应 只发生在开链形式上; 在氧化剂、金属离子(二价铜)、酶的作用下; 所有的单糖都是还原性糖,可被弱氧化剂氧化。 氧化反应的类型:
第四节 糖类脂类结构和功能 糖类的结构和功能
一、糖的概念、分类、功能
二、单糖
三、寡糖(二糖、三糖)
四、多糖(淀粉、糖原)
当病人因为生病无法进食时,常常注射葡萄糖溶液 糖类是人类能量的主要 来源。食用含糖食物后,血 液中的葡萄糖(血糖)浓度 升高,一部分进入细胞内被 氧化,为人类活动提供能量; 另一部分血糖用于合成糖元 和脂肪,贮存于人体内。 酶
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