多糖结构解析 PPT
糖类 课件(共54张PPT)
4．发酵成酒精 C6H12O6 酒――化→酶2C2H5OH＋2CO2
葡萄糖
能发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液反应的物质 有：醛类、甲酸、甲酸酯、甲酸盐、葡萄糖、麦芽糖。
(2013·昆明高二期末)下面是某化学活动小组在 研究性学习中探索葡萄糖分子的组成和结构时设计并完成 的一组实验：将下列四种液体分别取2 mL先后加到2 mL的 新制Cu(OH)2中，充分振荡。实验现象记录如下表：
葡萄糖是五羟基醛，分子中含有醛基和醇羟基，其结 构简式为CH2OH(CHOH)4CHO，因此，葡萄糖具有醛和醇 的化学性质。
2．氧化 (1)被银氨溶液氧化。 (2)被新制Cu(OH)2悬浊液氧化。 (3)使溴水或酸性KMnO4溶液褪色。 (4)在加热和催化剂条件下被O2氧化。 3．酯化反应 CH2OH(CHOH)4CHO＋5CH3COOH浓H△2SO4 CH3COOCH2(CH3COOCH)4CHO＋5H2O
淀粉 ―碘―水→ 变蓝、葡萄糖 银氨[或――△Cu→OH2] 银镜(或砖红
色沉淀)
1．下列有关葡萄糖的说法错误的是( ) A．葡萄糖的分子式是C6H12O6 B．葡萄糖能发生银镜反应 C．葡萄糖是人体重要的能量来源 D．葡萄糖能水解生成更简单的糖 【解析】 葡萄糖分子中有—CHO，可发生银镜反 应；葡萄糖是单糖，不能水解。 【答案】 D
CH2OH(CHOH)4CHO 通过单糖、低聚糖、多糖的探究实验，使学生进一步体验对化学物质探究的过程，理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提 高科学探究的能力。 ①葡萄糖分子中的官能团名称是什么？
CH2OH(CHOH)4CHO 【提示】 取患者尿液与Cu(OH)2(或银氨溶液)反应，看是否产生红色沉淀(或银镜)。 如还原成醇、氧化成酸、酯化反应发酵生成酒精。 ①如何检验某溶液中是否含有淀粉？ ①葡萄糖分子中的官能团名称是什么？ ①葡萄糖分子中的官能团名称是什么？ 【提示】 取患者尿液与Cu(OH)2(或银氨溶液)反应，看是否产生红色沉淀(或银镜)。
动物多糖ppt课件
02
诱导肿瘤细胞凋亡
动物多糖能够诱导肿瘤细胞凋 亡，促进肿瘤细胞的自我消亡
，从而达到抗肿瘤的目的。
03
抑制肿瘤血管生成
动物多糖能够抑制肿瘤血管的 生成，切断肿瘤细胞的营养供 给，进一步抑制肿瘤的生长和
扩散。
动物多糖的抗病毒活性
抗病毒作用
动物多糖具有抗病毒活性，能够抑制 病毒的复制和传播，减轻病毒对机体 的危害。
动物多糖的制备技术及其标准化
当前动物多糖的制备技术尚不成熟，缺乏标准化制备方法，需要加强相关技术研发和标准 化制定工作。
动物多糖的应用前景与市场潜力
随着对动物多糖的生物活性与药理作用认识的深入，其应用前景和市场潜力巨大，有望成 为未来生物医药领域的重要发展方向。
THANKS
调节剂的研发。
农药增效剂
02
动物多糖能够增加农药的附着性和渗透性，提高农药的防治效
果。
土壤改良剂
03
动物多糖能够改善土壤结构、增加土壤有机质和微生物活性，
可用于土壤改良。
动物多糖在其他领域的应用
01
日化工业
动物多糖具有保湿、抗衰老等 作用，可用于化妆品和洗护用
品的研发。
动物多糖可用于污水处理、重金 属吸附等方面，具有较好的环保
和连接方式。
04
动物多糖的应用
动物多糖在医药领域的应用
抗肿瘤作用
动物多糖具有抑制肿瘤细胞生长和扩散的作用， 可用于肿瘤辅助治疗。
免疫调节
动物多糖能够调节机体免疫功能，增强机体抵抗 力，对免疫系统疾病有治疗作用。
抗病毒作用
某些动物多糖具有抑制病毒复制和传播的作用， 可用于抗病毒药物研发。
动物多糖在食品工业的应用
多糖的结构和功能的分子生物学研究
多糖的结构和功能的分子生物学研究多糖是一种高分子化合物，由不同的单糖分子通过碳-碳键或者碳-氧键连接而成。
多糖的结构不仅决定了它们的性质和功能，也影响了它们在生物系统中的作用和发挥。
多糖的结构研究一直是分子生物学研究的热点。
在多糖结构研究中，分子生物学的方法和技术得到了广泛的应用。
一、糖基化修饰的多糖结构多种生物大分子都会经历糖基化修饰，这是一种生物大分子表面化学修饰，涉及到蛋白质、核酸和多糖等。
糖基化修饰是多糖结构研究中一个重要的方向，它影响了多糖在细胞中的功能和分布，同时也对外界环境的变化有所响应。
以壳多糖为例，它是常见的一种多糖，存在于不同种类的细菌和真菌细胞壁中，同时也是常见的病原体。
壳多糖的结构研究发现，其糖基化修饰程度和方式的不同，可以影响到其生物活性和免疫学特性。
因此，对壳多糖的糖基化修饰的研究对于设计和生产新型抗生素和疫苗具有重要的意义。
二、多糖的三维结构解析在多糖结构研究中，三维结构的研究是另一个重要的方向。
与其他生物大分子相比，多糖较为复杂，不同的单糖子基、连接方式和伸展程度都决定了多糖的三维结构。
因此，研究多糖的三维结构就可以从原子层面了解多糖的性质和功能。
目前，多糖的三维结构研究主要通过核磁共振、X射线晶体学和电子显微镜等技术手段来完成。
例如，X射线晶体学可以解析多糖的晶体结构，提供高分辨率的空间信息。
电子显微镜则可以帮助研究人员获得多糖的三维形态，这有利于了解多糖在细胞和组织中的相互作用和变化。
三、多糖的生物学功能多糖在生物中具有多种生物学功能，例如参与免疫调节、细胞凝聚、防御外部信号等。
多糖功能的了解与其结构有着密切联系，因此研究多糖的生物学功能也是多糖结构研究的重要方向。
以纤维连接素为例，它是一种高分子化合物，存在于细胞外基质中，是细胞外支架的主要构成元素。
纤维连接素的结构研究表明，其结构的独特性决定了它对细胞外基质的组织和机械特性的影响。
同时，纤维连接素在胶原纤维和弹性纤维的修饰、不同细胞类型之间的相互作用等方面发挥着关键作用。
多糖结构分析
多糖结构研究方法多糖及其复合物是来自于高等动、植物细胞膜和微生物细胞壁中的天然大分子物质之一，自然界含量丰富，与人类生活紧密相关，对维持生命活动起至关重要的作用。
多糖和核酸、蛋白质、脂类构成了最基本的4类生命物质。
由于多糖的生物活性与多糖的结构关系密切，因此清楚认识多糖的结构是进行多糖研究和利用的基础。
多糖结构比蛋白质和核酸的结构更加复杂，可以说是自然界中最复杂的生物大分子。
从化学观点来看，多糖结构解析最大的难点就在于其结构的复杂性。
糖的结构分类可沿用蛋白质和核酸的分类方法，即多糖的结构也可分为一级、二级、三级和四级结构。
与蛋白质或核酸大分子相比，糖链的一级结构“含义”要十分丰富。
测定糖链的一级结构，要解决以下几个问题：(1)相对分子质量；(2)糖链的糖基组成，各种单糖组成的摩尔比；(3)有无糖醛酸及具体的糖醛酸类型和比例；(4)各单糖残基的D-或L．构型，毗喃环或呋喃环形式；(5)各个单糖残基之间的连接顺序；(6)每个糖苷键所取的a-或B．异头异构形式；(7)每个糖残基上羟基被取代情况：(8)糖链和非糖部分连接情况；(9)主链和支链连接位点：（10)糖残基可能连接硫酸酯基、乙酰基、磷酸基、甲基的类型等。
多糖的二级结构是指多糖主链间以氢键为主要次级键而形成的有规则的构象，与分子主链的构象有关，不涉及侧链的空间排布；多糖的三级结构和四级结构是指以二级结构为基础，由于糖单位之间的非共价相互作用，导致二级结构在有序的空间里产生的有规则的构象四。
多糖结构的分析手段很多。
不仅有仪器分析法，如红外、核磁共振、质谱等，还有化学方法，如完全酸水解、部分酸水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲基化反应等，以及生物学方法，如特异性糖苷酶酶切、免疫学方法等。
1质谱(MS)由于MS法在糖链结构分析中具有快速灵敏，样品用量少、结构信息直观的特点而得到越来越广泛的应用。
近年来各种软电离技术的诞生，如快原子轰击质谱(FAB—MS)，电喷雾质谱(ESI—MS)，基质辅助激光解析离子化质谱(MALDI-MS)等，使得糖结构分析的研究取得了日新月异的发展。
多糖结构表征
多糖结构表征多糖结构表征的重要性及其挑战多糖是一种复杂的生物大分子，在自然界中广泛存在。
它们在许多生物过程中扮演着关键角色，如细胞识别、免疫应答和能量储存等。
了解多糖的结构对于揭示其生物活性及其生理功能具有重要意义。
本文将介绍多糖的种类、功能及其结构表征的重要性，并探讨当前在测定和解析多糖结构方面存在的技术挑战以及可能的发展趋势。
一、多糖简介多糖是由多个单糖分子通过糖苷键连接而成的聚合物。
根据其来源和结构特点，多糖可分为不同的类型，包括同质多糖、异质多糖、半纤维素、脂多糖和肽聚糖等。
同质多糖是由一种类型的单糖组成的，如淀粉、纤维素和糖原。
异质多糖是由不同种类的单糖组成的，如阿拉伯胶和海藻酸盐。
半纤维素是一种与纤维素类似的生物聚合物，但其结构和组成与纤维素不同。
脂多糖和肽聚糖则是由多个单糖分子与脂肪酸或氨基酸连接而成的。
多糖在生物体中具有重要的功能和作用。
例如，纤维素是植物细胞壁的主要成分，参与了植物的生长发育和形态建成；淀粉是动物体内主要的能量来源；海藻酸盐是某些海洋生物的细胞外基质，参与了细胞间的识别和信号传递；脂多糖则是细菌细胞壁的一部分，具有免疫刺激作用等。
二、多糖结构表征的重要性了解多糖的结构对于揭示其生物活性及其生理功能具有重要意义。
多糖的结构表征可以帮助我们认识其在生物体内的功能和作用，以及其与生物大分子的相互作用机制。
此外，对于多糖的结构表征也有助于开发新的药物和疗法，以及优化现有药物和疗法的疗效。
三、常见表征方法常用于测定多糖结构表征的方法和技术包括核磁共振（NMR）、红外光谱、X射线衍射、质谱和糖基化位点分析等。
其中，NMR是一种非破坏性的分析方法，可以提供多糖中单糖组成、连接方式和序列信息等；红外光谱可以提供多糖中化学键的信息；X射线衍射可以提供多糖的晶体结构和构象信息；质谱可以用于测定多糖的分子量和组成；糖基化位点分析则可以确定多糖中单糖的位置和连接方式等。
四、具体案例分析以纤维素为例，它是一种由葡萄糖分子组成的同质多糖。
糖类 课件
果糖分子中含有酮基，为多羟基酮，属于酮糖，其结构简式为： CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CO—CH2OH。
【例2】 葡萄糖在水中存在如下平衡：
(1)上述平衡中的环状结构乙的分子是通过链状结构 甲分子中的________基和________基之间发生________ 反应而生成的。
(2)欲制备 烯为原料的有关化学方程式。
2．麦芽糖 ( 1 ) 分 子 结 构 ： 分 子 式 C 1 2 H 2 2 O 11 ， 与 蔗 糖 互 为 同 分 异 构 体。
(2)物理性质：白色晶体(常见的麦芽糖是糖膏)，有甜味， 易溶于水。
(3)化学性质。 ①水解反应：C12H22O麦1芽1糖＋H2O稀―H―2S→O42C6H1葡2萄O糖6
③葡萄糖分子被氧化，碳链并不断裂，而是生成含6个C原子的葡 萄糖酸：说明葡萄糖分子中含有一个—CHO，综上所述，葡萄糖的 结构简式为：
4．葡萄糖的物理性质 通常是无色晶体，有甜味，易溶于水。 5．葡萄糖的化学性质 综合葡萄糖的分子结构可知与醇、醛的化学性质相似。葡萄糖可发 生氧化反应、还原反应和酯化反应等。 (1)葡萄糖在人体组织中进行氧化反应，并放出热量： C6H12O6(s)＋6O2(g)―→6CO2(g)＋6H2O(l) 1mol 葡萄糖按上式完全氧化，放出约2804kJ的热量。
(3)蔗糖和麦芽糖互为同分异构体。蔗糖是无色晶体，麦芽糖是白 色晶体。麦芽糖不如蔗糖甜。
【例3】 有关麦芽糖的下列叙述中，错误的是( ) A．纯净的麦芽糖是无色晶体，易溶于水，有甜味 B．麦芽糖能发生银镜反应，是一种还原性糖 C．1mol 麦芽糖水解得到1mol 葡萄糖和1mol 果糖 D．麦芽糖和蔗糖互为同分异构体
4．糖的来源 糖类是绿色植物光合作用的产物，例如： 6CO2＋12H2O叶―光绿 ―能→素C6H12O6(葡萄糖)＋6H2O＋6O2 葡萄糖在植物体内于一定条件下进一步转化，最终生成 淀粉或纤维素(多糖)。
《多糖结构解析》课件
质谱技术
通过电离多糖分子并测量其质量 ，可以获得多糖的分子量和组成 信息。
核磁共振技术
通过测量多糖分子中氢原子或其 他原子周围的磁场，可以解析多 糖的精细结构。
生物技术分析法
凝集素结合法
利用凝集素与多糖的特异 性结合，分离纯化多糖， 并进行结构分析。
抗体技术
利用抗体与多糖的特异性 结合，进行多糖的定性和 定量分析。
THANKS
感谢观看
亲和色谱法
利用多糖分子与配体之间的特 异性亲和力，将多糖分离纯化
出来。
分离纯化过程中的注意事项
注意温度和pH值
在提取和分离纯化过程中，要控制好温度和pH值 ，以保证多糖的稳定性和活性。
避免长时间高温
长时间高温会导致多糖的结构发生变化，影响其 生物活性和稳定性。
注意防止污染
在分离纯化过程中，要避免污染，如微生物、杂 质等，以保证多糖的纯度和质量。
03
多糖的结构解析方法
化学分析法
01
02
03
酸水解
在酸的作用下，将多糖水 解成单糖，然后进行衍生 化反应，通过气相色谱或 液相色谱进行分析。
碱水解
在碱的作用下，使多糖水 解成寡糖和单糖，同样需 要进行衍生化反应，再进 行色谱分析。
酶解
利用特异性酶将多糖水解 成特定结构的片段，再进 行分析。
物理分析法
食品工业
食品添加剂
01
多糖可作为增稠剂、稳定剂、口感改善剂等用于食品加工中，
提高食品品质和稳定性。
功能性食品
02
利用多糖的生理活性，开发具有抗氧化、抗肿瘤、降血糖等功
能的食品。
食品包装材料
03
多糖可制成可食用的食品包装材料，具有良好的阻隔性能和环
多糖结构解析的方法
多糖结构解析的方法多糖化合物的结构解析是糖化学和生物化学领域的中心问题之一、因为多糖的结构决定着它们的功能和生物活性。
多糖结构解析的方法可以分为物理方法和化学方法。
一、物理方法：1.光谱学方法：光谱学方法是多糖结构解析中常用的一种方法。
包括紫外光谱、红外光谱、荧光光谱和核磁共振等方法。
（1）紫外光谱：多糖在紫外光谱上表现出特有的吸收峰，可以确定它们的环状结构。
（2）红外光谱：红外光谱是解析多糖结构的重要手段，通过测定多糖分子中的官能团振动频率和强度，可以得到多糖分子的化学结构和键合特性。
（3）荧光光谱：荧光光谱可用于表征多糖的发光行为和其与其他生物分子的结合情况，从而推测其结构和功能。
（4）核磁共振：核磁共振是解析多糖结构的重要手段之一，通过测定多糖中氢、碳、氮等元素的核磁共振信号，可以确定多糖的类型和键合方式。
2.比色法：比色法是通过观察多糖与一些特殊试剂产生的颜色变化来判断多糖的结构。
比如，酚硫酸法可以用于检测多糖的含量和环状结构。
3.色谱法：色谱法是多糖结构解析的重要方法之一、包括薄层色谱、柱层析、气相色谱和高效液相色谱等方法。
通过对多糖的分离和分析，可以得到多糖的组成和分子量信息。
二、化学方法：1.普通化学方法：多糖的碳水化合物性质决定了其一些基本反应，比如酸水解、酶降解、氧化还原等反应。
利用这些反应可以推测多糖的结构。
2.酶法：酶法是多糖结构解析的重要方法之一、不同酶对多糖的酶解反应具有特异性，通过观察酶解产物，可以推测多糖链的连接方式和单糖的种类。
3.质谱法：质谱法是近年来发展起来的一种多糖结构解析方法，主要有质谱分析和质谱成像两种方法。
通过质谱技术可以得到多糖的精确分子量和分子结构，尤其适用于大分子多糖的分析。
综上所述，多糖结构解析的方法多种多样，可以从不同的角度揭示多糖的化学成分和结构特征。
尽管目前多糖结构解析仍然是一个具有挑战性的问题，但随着新技术的发展，相信将能更加准确和全面地揭示多糖的结构和功能。
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以1→2位键合(1→2,6类似)
O H
H
O
H
O H H
H O
0
H O H
IO -4
C2H OH
C H 2O H
O N aB H 4
O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱH +
C2H OH
CH OO HC OOC H 2O HH O H 2 C
OH 2 O2CHOH
O
C2H OH
以1→4位键合(1→4,6类似)
O H
C2 O HH
C H 2 O H
①喷试剂A，室温风干；②将纸浸入B液中，待斑点显色；③再浸 入C中以洗去滤纸上的氧化银；④水冲洗1小时左右，风干，显棕黑 色斑点。
2、乙酰解 冰醋酸溶液加入少许硫酸进行 乙酰解，可以生成乙酰化单糖通过气相色 谱鉴定。
原因：因为1-6糖苷键多糖对酸水解相对 稳定一些，但在乙酰解中则优先断裂，有 利于结构的研究。
C2 O HH
+ O H O H H HO H H O0IO -4 O OO H O H C O N C a B H 4OH C O H 2 O 2 H O CH O H H + 2 O C H C2 O H O HH O H C C2 2 H C O O H H
度及层析行为，灼烧实验，化学定性反应等。 3 结合文献调研。
(2)测定分子式,计算不饱和度 1、元素定量分析 2、分子量测定 3、同位素峰法 4 、HI – MS等
(3)确定分子式中含有的官能团（基本骨架等的结构分 析）
1、官能团的定性及定量 2、测定并解析化合物的有关光谱 （UV,IR,MS,HNMR,CNMR等） (4) 推断并确定分子的平面结构 1、 结合文献调研 2 、结合光谱解析及官能团定性定量分析结果。 (5)推断并确定分子的主体结构 1、测定CD或ORD谱 2、测定NOE,NOESY或ZD-NMR谱 3、进行X射线晶体衍射分析或人工合成
多糖结构解析
多糖（Polysaccharide）是天然大分子物质， 是天然化合物中最大族之一。多糖结构的分析较 蛋白质结构分析复杂，一方面是因为组成多糖的 单糖品种繁多（目前已知的单糖有200多种）； 另一方面即使只有一种单糖组成的多糖其连接方 式的不同以及可能有分枝（蛋白质没有分枝）， 所以多糖的结构种类就很多，不容易分析。
3、碱降解
4、酶解
二、糖与蛋白之间连接键型分析
β-消除反应
原理：糖温和条件下稀碱水解，可以把与肽链上丝氨酸 的羟基或苏氨酸的羟基相连的单糖或糖链水解下来。与 天冬酰胺相连的N-型连键则不能被稀碱水解下来。所 以，β-消除反应在糖蛋白的结构分析中，常被用来区别糖 链的连接性质。
方法：将糖样品用浓度为0.2mol/L的NaOH溶解，在60℃ 水浴反应1hr.。以0.2mol/L的NaOH溶液为参比，在230270nm范围内扫描。
过碘酸及其盐的氧化反应
多糖的非还原末端或非末端的（1→6）键与邻三元醇相似，其与 过碘酸盐作用则糖环开裂得到一分子比例的甲酸而消耗二分子比例 之过碘酸盐。非末端的（1→2）或（1→4）键与邻二元醇相似，其 开裂后产生二分子醛而消耗一分子比例之过碘酸盐。对于非末端的 （1→3）键或C-2和C-4有分枝的则不受过碘酸盐影响。因此多糖氧 化后定量测定过碘酸盐的消耗、甲酸的生成和剩余糖的比例，就可 确定多糖中各种单糖的键型及其比例。
结果判断：在270nm处无明显吸收峰增加，提示：糖与蛋 白之间的连接键属非O-型糖苷键。
三、结构研究的化学方法
完全酸水解
阐明结构的第一步就是鉴别多糖的单糖组成。多糖酸水解是常用 的方法。多糖水解的难易与其组分中单糖的性质、单糖环的形状和 糖苷键的构型等有关；含有糖醛酸或氨基糖的多糖不易水解，α型较 β型易水解，吡喃型戊聚糖较吡喃型己聚糖易水解，呋喃糖苷键一般 较吡喃糖苷键易水解。水解后中和水解液，然后用层析方法分析， 常用的层析方法有纸层析、纤维粉薄层层析和气相层析。近几年这 种酸水解方法分析已经达到完全自动化。
一、组成成分分析
1、酸水解 1-3N硫酸，100℃，水解6-8小时。用碳酸钡 中和，G4漏斗过滤，蒸发皿蒸干。
气相色谱分析 纸层析（PG）：
展开剂： 正丁醇∶乙酸∶水=4∶1∶5； 正丁醇∶吡啶∶水=6∶4∶3
显色剂：常用硝酸银显色剂 A：16%硝酸银水溶液∶丙酮=1∶9（V/V） B：1%NaOH乙醇溶液（W/V） C：6 mol/L氢氧化铵
1、过（高）碘酸氧化 原理：可选择性断裂糖分子中连二羟基或连三羟基，生成
相应的多糖醛、甲醛或甲酸。
结果：
1 2或1 4键：每个糖基仅消耗一个分子的高碘 酸，无甲酸释放。
1 3位键：不被高碘酸氧化
1 6位键：消耗两个分子高碘酸，同时释放一个分 子甲酸。
然后用0.1mol/L氢氧化钠溶液滴定甲酸释放量。
部分酸水解
控制水解条件得到几个单糖连在一起的寡聚糖。水解得到的较低 分子量的寡聚糖可用凝胶过滤、离子交换和分配层析等方法分离。 其中最常用的为硅胶挤压层析和碳柱层析以及后来发展起来的高压 液相层析。解析寡糖结构较多糖简便的多，但需减少回复现象，水 解时多糖的浓度小于5%。
碱降解反应
碱降解通常发生在单糖的羟基或羧基连接的酯上。多糖还原端的 单糖逐个被剥落的碱降解反应常称为“剥皮反应”。分析多糖碱降 解所得到的醛酸就可推断出原来单糖的键型。酶降解反应发生在分 子的非还原端。
防止发生超氧化：控制pH3-5；避光；空白对照实验
1→、1→6键型
O H
+ H
H
O 2IO 4-
O H H
C H 3 O
C H 2O H
N a B H 4
O
H O
0
H O H
H C C + O O H HO OHC OC H 2O HH O H 2C
C2O HH
H +
C2O HH CHOH
OH 2 OC2O HHC2O HH
多糖结构测定的意义
从天然物质中分离得到的单体多糖化合物即 使具有很强的活性与具有较大的安全性，但如果 结构不清楚，则无法进一步开展其药理学与毒理 学研究，也就不可能进行人工合成或结构修饰改 造工作，更谈不上进行高质量的新药开发研究， 其学术及应用价值将会大大降低。
结构研究的主要程序
(1)初步推断化合物类型 1注意观察样品在提取、分离过程中的行为。 2测定有关理化性质，如不同pH，不同溶剂中的溶解