《基础生物化学课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础生物化学课件.ppt（65页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、糖类物质在生物体内有哪些作用？1糖类物质是异养生物的主要能源之一，糖在生物体内经一系列的降解而释放大量的能量供生命活动之需要。2糖类物质及其降解的中间产物，可作为合成蛋白质、脂肪的主要碳架机体其它碳架的来源。3在细胞中糖类物质与蛋白质、核酸、脂肪等常以结合状态存在，这些复合分子具有许多特异而重要的生物功能。,糖类,糖类物质是一类广泛存在于植物体内的一类重要有机物，占植物干重的50%以上。,糖和糖生物化学,碳水化合物是地球上最丰富的生物分子，每年全球植物和藻类光合作用可转换1000亿吨CO2和H2O成为纤维素和其他植物产物。植物体85-90%的干重是糖。,糖的世界,食用糖（蔗糖）医疗用糖（葡萄糖
2、及其衍生物，如葡萄糖酸的钠、钾、钙、锌盐等）绿色植物的皮、杆等（纤维素）粮食及块根、块茎中的糖（淀粉）动物体内的贮藏多糖（糖元）昆虫、蟹、虾等外骨骼（几丁质）食用菌中糖（香菇多糖、茯苓多糖、灵芝多糖、昆布多糖等）细菌、酵母的细胞壁结缔组织中的糖（肝素、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等）核酸、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖细胞膜及其他细胞结构中的糖血型糖,糖的定义,多羟基醛多羟基酮多羟基醛或多羟基酮的衍生物可以水解为多羟基醛或多羟基酮或它们的衍生物的物质,糖研究的简史 I,1843年，Dumas测定糖的实验式为（CH2O）n；1870年，Colley；1883年，Tollens设想葡
3、萄糖的结构式；1881年，Emil Fischer对单糖结构分析，人工合成了当时已知的所有的己糖和戊糖；1846年，Dubrunfont提出葡萄糖溶液有变旋现象；1893年，Fischer正式提出葡萄糖的环状结构；1895年，Tanret发现三种葡萄糖，其旋光性不同；1926年，WNHaworth提出葡萄糖的Haworth投影式；1928年，Malaprada发明过碘酸氧化法测定糖的结构；1932年，Fleury和Lange把这一方法完善化用于糖化学的研究；,糖研究的简史 II,1933年，NAS aeuson提出端基差向异构体，以表示还原糖及糖苷的、两种异构体；1950年，REReeves证
4、明己糖的椅式构象；1950s后，把生物化学最新的理论和方法用于糖生物化学的研究，尤其在结构与功能关系的研究上取得了重要突破，发展或兴起了糖化学或糖生物化学的研究时代，特别是糖复合物的研究上发起了生命科学研究的又一个热点。,第一节 生物体内的糖类,糖的组成,主要由C、H、O三种元素组成，有些还有N、S、P等。单糖多符合结构通式：（CH2O）n，但仅从通式上并不能判断某分子是否就是糖，即：符合通式的不一定是糖，如CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）；是糖的不一定都符合通式，如C5H10O4（脱氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）。,糖的分类 I,单糖（monosacchar
5、ides）不能水解为其他糖的糖，按碳原子数分为：丙糖（甘油醛）丁糖（赤藓糖）戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等）己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等;,寡糖（oligosaccharides）可以水解为其他糖的糖（2十几个单糖），一般包括：二糖（disaccharides）蔗糖、麦芽糖、乳糖三糖（trisaccharides）棉籽糖其他寡糖;,糖的分类 II,多糖（polysaccharides）可水解为多个其他单糖或其衍生物的糖，包括：同多糖（homoglycans,homopolysaccharides）水解为同一单糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等。异多糖（hetero
6、glycans,heteropolysaccharides）水解产物不止一种单糖或单糖衍生物，透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等；糖的衍生物 指糖的氧化产物、还原产物、氨基取代物及糖苷化合物等，如，D-氨基葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等；多糖复合物（polysaccharides complex）糖与脂、蛋白等共价相连组成蛋白多糖（protein polysaccharides）、糖蛋白（glycanproteins）、糖脂（glycanlipids）。,差向异构体（Epimers),葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，两两之间除一个不对称C（分别是C2和C4上的-OH位置）有所不
7、同外，其余部分的结构完全相同，这种仅有一个不对称C原子构型不同，两镜像非对映体异构物称为差向异构体（epimers）。,差向异构体,甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）,三碳糖：,四碳糖（赤藓糖）,五碳糖,葡萄糖（醛糖）和果糖（酮糖）,吡喃葡萄糖和呋喃果糖,缩醛（醛缩醇）和缩酮（酮缩醇）,半缩醛,缩醛,半缩酮,缩酮,葡萄糖成环,吡喃葡萄糖的构象,寡糖（Oligosaccharides,oligose）,由2-10个单糖通过糖苷键连接而成，一般易溶于水、具甜味，最简单的是二糖。,麦芽糖（Maltose),麦芽糖（Maltose）,又称饴糖，分子式：C12H22O11，有变旋（存在、形式），能还原To
8、llens和Fehling试剂（具还原性），与笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一个半缩醛羟基），被溴水氧化为一元羧酸（一个半缩醛羟基），稀酸、麦芽糖酶水解，产物为D-(+)-Glc，结构为4-O-(-D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖-1，4。,异麦芽糖,蔗糖（Sucrose）,常用食糖，甜度大，易结晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中丰富，分子式C12H22O11，不能还原Tollens或Fehling试剂（无还原性），不能成脎（无异头物形式），不变旋，由一分子-D-Glc和一分子-D-Fru组成，既使葡萄糖苷，又是果糖苷，结构为：-D-Glc基-D-Fru-1，2，蔗糖水解反应中伴
9、随有从+到-的旋光符号的变化，这种水解称为（+）蔗糖的转化。,蔗糖(Sucrose),乳糖(Lactose),乳糖（Lactose）,存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中，分子式C12H22O11，还原糖，能成一个脎，脎水解产物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎，有变旋（有、形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解连接糖苷键）水解得到D(+)-Glc及Gal，结构为4-O-（-D-吡喃半乳糖基）D-吡喃葡萄糖-1，4，乳糖酶缺乏，小肠乳糖升高引起渗透性腹泻，肠道细菌使乳糖发酵产生大量气体。,纤维二糖（Cellobiose）,纤维素的结构单位，分子式C12H22O11，还原糖，能成脎，有变旋，水解为2分子
10、-D-（+）-葡萄糖，可为苦杏仁酶水解（连接），结构为4-O-（-吡喃葡萄糖基）-D-吡喃葡萄糖-1，4。,纤维二糖（Cellobiose),三糖（Trisaccharide）,棉子糖(raffinose)，分子式C18H32O16，许多植物中存在，棉籽与桉树分泌物中尤多。t=105.2，不能还原Fehling试剂，与酸共热水解生成Glc、Fru及Gal，结构为：,棉子糖(Raffinose),蔗糖酶,-半乳糖苷酶,多糖（Polysaccharides）,由许多单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连，一般无甜味、无还原性、酸或酶的作用下可水解为双糖、寡糖或多糖，重要的有淀粉、糖元
11、、纤维素、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。,同多糖(Homopolysaccharides)和杂多糖（Heteropolysaccharides),淀粉（Starch),几种主要农作物的淀粉含量,糖元（Glycogen）,有动物淀粉之称，细菌细胞中也有存在，动物组织内主要的贮藏多糖。肝脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、肌糖元。结构与支链淀粉相似，但分支长度较短，一般由8-12个Glc残基组成，分支多，分子量高达106-108。与KI-I2呈红褐色或棕红色。水解终产物是葡萄糖。,糖原（Glycogen),糖原示意图,纤维素（Cellulose）,自然界中分布最广的糖，以纤维二糖（cell
12、obiose）为基本单位缩合而成，纤维状、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，约由10000-15000个-D-Glc残基组成。水解需高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌的纤维素酶（cellulase）将部分纤维素水解为葡萄糖。,纤维素（Cellulose)个体链,几丁质（壳多糖）（Chitin）,存在于节肢动物昆虫、甲壳类动物外骨骼及真菌细胞壁，地球上仅次于纤维素的第二大类糖。由N-乙酰-D-葡萄糖胺以（14）糖苷键缩合而成，分子线状不分支。几丁质系列开发在保健及医疗上的应用。,几丁质（Chitin）,香菇多糖、茯苓多糖和昆布素,均为-1，3葡聚糖。香菇多糖存在
13、于香菇中，对动物肉瘤180有明显抑制作用；茯苓多糖是茯苓中的多糖，也被用于抗肿瘤治疗；昆布素是昆布中的葡聚糖，用于治疗动脉粥样硬化。,右旋糖酐（dextran）,利用微生物制造的右旋糖酐，由许多Glc通过-1，6、-1，4、-1，3糖苷键组合的多糖，分子量平均在75000左右的为高分子右旋糖酐，是一种血浆代用品，用于提高血浆胶体渗透压，能将组织的水分吸到血中，维持血容量，临床用于出血性休克和创伤性休克。分子量在20000-40000的为低分子量右旋糖酐，主要用于降低血液粘滞度，防止血栓形成，并有助改善微循环，兼有利尿作用。,杂多糖（Heteropolysaccharides）,由不止一种单糖或
14、单糖衍生物组成的多糖，包括糖胺聚（多）糖(glycosaminoglycans)、粘多糖（mucopolysaccharides）、氨基多糖（polyaminoglucose）及酸性糖胺聚糖等名称，粘多糖就是氨基多糖，主要由氨基己糖与己糖醛酸以及硫酸等脱水缩合而成，溶液粘性较大，分子中的羧基及硫酸等阴离子通过静电作用与蛋白等大分子结合。分布很广，大多以蛋白多糖（proteoglycan）存在，并进一步与胶元蛋白结合构成结缔组织机质的重要成分，如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。,透明质酸（Hyaluronic acid,hyaluronan）,高等动物组织中发现，细菌中也有存在，主要存在于结
15、缔组织如眼球玻璃体、鸡冠、脐带、软骨等组织。主要功能是在组织中吸着水，有润滑剂作用，对组织起保护作用。糖胺聚糖中结构最简单的一种，有重复的二糖结构单位，D-GlcUA与GlcNAc以-1，3糖苷键相连，二糖单位间以-1，4连接，分子链状、无分支，分子量很大，可达1000万以上，分子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离子。,透明质酸（Hyaluronic acid),肝素（Heparin）,最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏中丰富，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠黏膜是较好的材料来源。结构复杂，由D-GlcN与L-IduUA或D-GlcUA组成二糖单位，同时C2上的-NH2和C6上的-OH分
16、别被硫酸酯化。常被用作抗凝剂，防止血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。,硫酸软骨素（Chondroitin sulfate）,软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量一般低于10万（约250个重复二糖），个别可超过30万，有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为D-GlcUA与GalNAc以-1，3相连，糖链生成后由专一性酶在4位或6位进行硫酸化。,6-硫酸软骨素,结合糖（复合糖，糖复合物）,糖与非糖物质如脂类或蛋白共价结合，分别形成:糖脂（Glycolipids）、糖蛋白(Glycoproteins)及蛋白多糖（proteoglycans
17、）等糖复合物。,糖脂（Glycolipids）,种类很多，革兰氏阴性菌细胞壁含有十分复杂的脂多糖，其分子结构一般包括三部分：外层专一性寡糖链中心多糖链脂质 其中，外层部分的组分随菌株而异，可使人体致病。脂多糖在细胞表面与细胞的各种识别事件相关，如鞘糖脂决定人类血型A、B、O。,糖蛋白（Glycoproteins）,自然界中分布最广的一类复合糖，几乎所有的细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖与蛋白质共价连成，连接通过2种不同类型的糖苷键，一种是糖链上的半缩醛羟基与肽链上的Thr,Ser,HyPro,HyLys的-OH形成O-糖苷键；另一种是半缩醛羟基与肽链上的Asn的-NH2形成N-糖苷键。,蛋白聚（多）糖（Proteoglycans）,蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成的大分子复合物，糖胺聚糖链连在核心蛋白上，是具有多聚阴离子的杂多糖，由氨基己糖和己糖醛酸交替排列成线性顺序，不同部位还有硫酸取代基。有三种不同的糖肽键连接，D-Xyl与Ser的-OH形成O-糖肽键；GlcNAc与Asn形成N-糖肽键；GalNAc与Thr或Ser的-OH形成O-糖肽键。,蛋白多糖结构,
