第二章糖类的结构与功能
第二章糖类化合物
最简单的醛糖是甘油醛 (Glyceraldehyde) 最简单的酮糖是二羟丙酮 (Dihydroxyacetone)
含有不同碳原子数的单糖都有其醛糖和酮糖形式。
醛糖和酮糖
甘油醛
二羟丙酮
单糖的构型
构型是指一个分子由于不对称碳原子上各原子或原子团特 定的空间排列，而形成的特定立体化学结构。
单糖中的己糖最为重要。
重要的己醛糖有D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-山 梨糖等，重要的己酮糖有D-果糖等。在自然界中只有葡萄糖 和果糖有大量的游离状态存在，其它一些单糖主要存在于双 糖或多糖中。
重要的单糖衍生物
重要的单糖衍生物
• 糖酸 • 脱氧糖 • 氨基糖 • 糖醇 • 糖苷
糖酸
糖酸是一种比较强的有机酸，常以内酯形式存在。
两个单糖仅仅在一个手性碳原子上构型不同的，互称为差 向异构体 (Epimers)。
D-葡萄糖与 D-甘露糖为 C-2差向异构。 D-葡萄糖与 D-半乳糖为 C-4差向异构。
单糖的环状结构
直链状单糖分子上的醛基与分子内的羟基形成半 缩醛时，分子成为环状结构，同时C1便成为不对 称碳原子，半缩醛羟基可有两种不同的排列方式， 由此产生了α型和β型两种异构体——异头体 (anomers)。
成脎反应
单糖脎衍生物的熔点
• 为什么葡萄糖与甘露糖的糖脎、半乳糖与塔洛糖的糖脎熔 点相同？
成苷反应
糖苷键的形成 糖可以与醇或胺形成糖苷。
糖环中的半缩醛可以与醇反应生成缩醛，形成的C-O苷 键称为O-糖苷键。
糖环中的半缩醛也可以与胺中的氮原子反应成苷，称为 N-糖苷键。N-糖苷键存在于糖蛋白和核苷中。
节肢动物外骨骼中的几丁质(chitin)，是由 N-乙酰-β-D-葡萄糖胺形 成的同多糖。
第二章 糖类的化学
第三节 寡糖的结构和性质
第一节 概 述
2.命名
(1) 单糖:依据来源命名：如葡萄糖曾是从葡萄中提取出来的， 果糖在水果中含量较高，所以分别称为葡萄糖和果糖。 根据单糖分子中含有的碳原子数命名：丙糖、丁糖 、戊糖、 己糖等。如上面提到的核糖、脱氧核糖均含5个碳原子，故 称为戊糖，而葡萄糖、果糖、半乳糖则是含6个碳原子的己 糖。 依据糖分子中的羰基位置不同命名：醛糖和酮糖，例如葡萄 糖和果糖虽然都是己糖，但前者羰基位于分子末端，相当于 醛的衍生物，把它称为己醛糖；后者的羰基位于2-C位，相 当于酮的衍生物，把它称为己酮糖。 (2) 寡糖的命名： 依据碳原子数分别称为二糖、三糖、四糖等 依据来源名称，如蔗糖、麦芽糖等。
三、环糊精
1.结构——环糊精为含有6-8个葡萄糖基的环状寡糖具有一定的抗 酸、碱和酶的作用，容易同一些小分子或离子形成包含络合物等 特点。
2.用途——环糊精在工业上有广泛用途 环糊精因其特殊的分子结构和上述的特殊性质，常作为 稳定剂、乳化剂、增溶剂、抗氧化剂等，广泛用于食品、 医药、轻工及农业化工等方面。
二、寡糖的性质
1.旋光性和变旋性——寡糖都有旋光性，个别 没有变旋性 寡糖分子中都存在不对称碳原子，因而都有 旋光性。例如蔗糖具右旋性，比旋光度为 +66.5°；麦芽糖和乳糖也都具有各自的比旋 光度。但并非所有寡糖都有变旋性，蔗糖由 分子中不存在半缩醛羟基，所以不具有变旋 性；麦芽糖和乳糖保留有半缩醛羟基，因而 具变旋性。
第二节
单糖的结构和性质
四碳糖由于具有2个不对称碳原子，其分子结构就可能有4种 (22)不同的排布方式， 因此具有4个对映异构体,依此类推， 凡分子中含 n 个不对称碳原子的，就有2n个旋光异构体.
2 第二章 糖的化学
红黄色
用于还原糖检测，或还原糖浓度测定。
2.单糖被还原
在硼氢化钠类还原剂作用下，醛糖还原成糖醇，酮糖还原成一对差 向异构体的糖醇。
CHO
CH 2OH
CHO
CH 2OH
[H]
[H]
CH 2OH
CH 2OH
CH 2OH
CH 2OH
D-葡萄糖
CH 2OH H COH
D－甘露糖（mannose） D－葡萄醇（山梨醇）
肝脏和肌肉中含有糖原、乳汁中含有乳糖；
微生物：糖约占菌体干重的10~30%。
（三）生物学功能
① 生物体最主要的能源物质。 ② 生物体的结构成分。 ③ 具有复杂的多方面的生物活性与功能，如
作为细胞识别的信号分子。
④ 在生物体内转变为其它物质（作为其它物
质合成的碳骨架）。
二、糖的分类
（1）单糖(monosaccharide)：不能再被水解的最小单 位，是最简单的糖。 根据其所含碳原子（C）数目：丙糖、丁糖、戊糖和 已糖等；
不对称碳原子（手性碳原子）：碳原子和四个不同的 原子或基团相连;
L-甘油醛
D-甘油醛
对映体：互为镜像，不能重叠。 手性：不能与自己的镜像叠合，犹如人的左右手的关 系。
单糖从丙糖到庚糖，除二羟丙酮外，都含有手性碳原
子（C*）。 具有n个手性碳原子的单糖具有2n个异构体，2n-1对对 映体。
单糖构型的确定
CH 2OH
D－甘露醇
CH 2OH
[H]
C O
[H]
HO CH
CH 2OH
CH 2OH
CH 2OH
D－葡萄醇
D－果糖
D－甘露醇
3.单糖的成脎作用
苯肼是糖定性试剂
第二章——糖和苷类化合物
黄酮苷
芦丁
抗炎、维生素P样作用
苷类
苷元
香豆素苷 皂苷
东莨菪苷
抗炎、抗菌、抗凝血、 镇痛、利尿、治疗痢疾
人参皂苷
抗肿瘤、增强免疫力
蒽醌苷
芦荟苷
降压、软化血管、抗炎
醇苷
红景天苷
苷类
苷键
酚苷 酯苷
天麻苷 山慈菇苷A
氰苷
苦杏仁苷
抗疲劳、抗衰老、免疫 调节、清除自由基
植物中的三糖大多是以蔗糖为基本结构再接上其它单糖而成 的非还原性糖，四糖和五糖是三糖结构再延长，也是非还原性糖。
O
O O
O O
O
O
O
O
三糖：
1、增殖双歧杆菌，调节肠内菌群
2、防止便秘，抑制腹泻，双向调节
3、抑制内毒素，保护肝脏功能
4、增强免疫力，提高抗肿瘤能力调节人体
棉子糖
免疫系统，增强免疫力； 5、内服可抗过敏，有效改善神经性、过敏
存在于卷心草、花椰菜、马铃薯、甜菜、 性皮炎和痤疮等皮肤病，外涂可保湿锁水；
洋葱、葡萄、香蕉、猕猴桃、小麦、水稻、 6、合成维生素，促进钙吸收
燕麦、大豆、葵花籽、棉籽、花生等。
7、调节血脂，降低血压
8、抗龋齿
9、具膳食纤维生理功效
四糖：水苏糖
泽兰、大豆、绿豆等豆类，泽兰（地灵、银条）中含量最高，活性 与棉籽糖类似。
天然单糖以五碳糖、六碳糖最多，多数在生物体内呈结合 状态，只有葡萄糖、果糖等少数单糖游离存在。
阿拉伯糖苷
木糖糖苷
单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖 （五元环）和吡喃糖（六元环）。
CHO O
~ 糖处游离状态时
生物化学 第二章 糖类的化学
化铜的碱性溶液）。
单糖的立体结构 两种构象：船式结构、椅式结构
CH2OH HO HO O OH OH
HO HO
CH2OH HO HO
O
OH
β-D-葡萄糖
CH2OH O OH OH
α-D-葡萄糖
HO HO CH2OH O OH
OH
OH
α-D-半乳糖
α-D-阿洛糖
湖 北 工 业 大 学 工 程 技 术 学 院
椅式
湖 北 工 业 大 学 工 程 技 术 学 院
比旋光度(旋光率):
D
t
t D
cL
100
L为光程，即旋光管的长度，dm； c为浓度，即在100mL溶液中所含溶质的质量，g；
是在以钠光灯（称为D线，为589.6nm和589.0nm）为
t D
光源、温度为t的条件下实测的旋光度。
CH 2OH
CH 2OH
果糖
CH 2OH
湖 北 工 业 大 学 工 程 技 术 学 院
几个概念： 旋光异构、旋光异构体 对映异构体:若两个分子互为镜像关系， 称这两个分子为对映异构体。它们的旋 光活性正好相反，但旋光度相同。 外消旋体:等量的一对对映异构体混合， 旋光性恰好互相抵消，即得到没有旋光 活性的体系，此体系为外消旋体。
第二章 糖类的化学
第一节 概述
湖 北 工 业 大 学 工 程 技 术 学 院
一、糖的定义与元素组成
1、定义
糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化 合物或聚合物； 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、 杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。
湖 北 工 业 大 学 工 程 技 术 学 院
第二章糖类的生物化学
第二章糖类的生物化学第二章糖类的生物化学糖类生物化学是在以糖链为“生物信息分子”的水平上，阐明多细胞生物的高层次生命现象的一门科学。
它是20世纪90年代才发展起来的生物化学中最后一个广褒前沿。
1993年科学家们提出，将研究糖类的方法和基本技术，以及把基础研究获得的知识进一步转化为生产技术等领域称为“糖生物工程”。
1993年5月在美国旧金山召开首届“国际糖生物工程会议”。
在生物体内，除核酸和蛋白质外，糖类是第三大类信息分子。
与DNA不同，糖类的作用不是贮存信息，而是进行通讯识别。
核酸和蛋白质是以分子量大为基础贮存大量的生物信息，而糖类作为信息分子则是以其结构多样性为特征。
6种不同结构的单糖可形成108种异构体，糖类化合物所拥有的异构体数和多种多样的连接方式可以构成一个巨大的信息库。
如果把20种氨基酸构成千变万化的蛋白质比拟为由26个字母组成一本厚厚的词典，那么由不到10种常见单糖构成种类纷繁的寡糖和多糖，则可比喻为由7个音符组成无数优美动听的乐谱。
糖类物质的生物学功能1 糖类是生物细胞结构的组成成分2 糖类是生物体中重要的能源物质3 糖类参与细胞识别和细胞信息传递4 糖类是合成其他重要生物分子的碳架来源5 糖类对生物机体具有保护和润滑作用第一节天然单糖天然单糖是指已在自然界发现或从生物材料中检出，并已确认其存在的单糖及其衍生物。
不包括人工合成的糖。
一、天然单糖的分布：六十年代后期，人们应用层析技术检测了多种动物、植物和生物材料，其结果是在动物体内糖含量只占其干重的2%左右，这表明动物极少贮存糖类物质，而不是不需要糖类物质。
植物体内，糖含量占干重的85-95%，表明植物体的结构和贮存物绝大多数是糖类化合物。
在微生物体内，糖含量约占其干重的10-30%，居中。
对其中的单糖进行统计分析结果表明，醛糖及其衍生物约600多种、酮糖及其衍生物180多种。
游离单糖中除D-葡萄糖和D-果糖大量存在外，其它天然存在的单糖基本上是以微量存在的。
高中生物 细胞中的糖类和脂质
第二章第3节细胞中的糖类和脂质一、细胞中的糖类1、元素组成和功能（1）元素组成：由C、H、O组成，多数糖类中H与O之比为2；1（2）功能细胞中主要的能源物质2、分类（1）单糖：不能水解的糖类种类：葡萄糖、果糖（只存在于植物细胞）、半乳糖（只存在于动物细胞）、核糖和脱氧核糖（也是还原糖）（2）二糖：由两分子单糖脱水缩合形成的糖种类：蔗糖（一分子葡萄糖和一分子果糖构成，分布于植物细胞）、麦芽糖（两分子葡萄糖构成，分布于植物细胞）、乳糖（一分子葡萄糖和一分子半乳糖构成，分布于动物细胞）作用：水解成单糖供能（3）多糖：可水解为多个单糖的糖类种类: 淀粉、糖原、纤维素、几丁质(壳多糖)、果胶等，是生物体内绝大多数糖类的存在形式分布场所：淀粉分布于植物细胞；糖原分布于动物细胞，主要存在于肝脏和骨骼肌中，肝糖原可直接分解为葡萄糖来补充血糖，肌糖原不能发生分解。
纤维素存在于植物细胞，几丁质存在于甲壳类动物和昆虫多糖的作用；淀粉；植物体内的储能物质糖原；人和动物细胞的储能物质纤维素；植物细胞壁的主要成分几丁质；1、甲壳类动物和昆虫外骨骼重要组成成分2、与重金属离子有效结合，用于废水处理3、用于制作食品包装纸和食品添加剂4、用于制作人造皮肤注意点：1、构成淀粉、糖原、纤维素的单糖是葡萄糖，但并非所有多糖的基本单位都是葡萄糖2、二糖和多糖必须被水解后才能被细胞利用3、糖不一定都有甜味，有甜味的不一定是糖4、糖类的作用（1）作为生物体的结构成分（2）作为生物体的主要能源物质（3）在生物体内转变为其他物质（4）作为细胞识别的信号分子，如糖蛋白二、细胞中的脂质1、元素组成和特点（1）元素组成：主要由C、H、O组成，有些还含有N、P （2）特点：与糖类相比，脂质分子中O含量低，H含量高合成场所：真核细胞的内质网2、性质：非极性分子，通常不溶于水，而溶解于脂溶性的有机溶剂（相似相溶原理）3、分类和功能（1）脂肪，又叫甘油三酯①组成元素：C、H、O②结构：3分子脂肪酸+1分子甘油③生理功能：细胞内良好的额储能物质良好的绝热体 e.g皮下脂肪层缓冲和减压，保护内脏器官脂肪酸的理化性质：分子中全部是C-C单键的是饱和脂肪酸，熔点较高，容易凝固，室温时呈固态。
第二章 糖类的化学
2 ．酸反应―糠醛是戊糖与酸反应的产物
已醛糖被强酸分解则产生羟甲基糠醛 。
2 ．酸反应―糠醛是戊糖与酸反应的产物
不同单糖在强酸作用下脱水生成的呋喃甲醛 类化合物，可与酚试剂形成有色物质，借此可 对糖进行定性定量测定。
异构化
第三节 寡糖的结构和性质
一、寡糖的结构 二、寡糖的性质 三、环糊精
一、寡糖的结构
1、概念--寡糖是单糖（2-10个)的缩醛衍生物。
2、常见寡糖--二糖和三糖 1）蔗糖： 是由葡萄糖的半缩醛羟基和果糖的半缩酮羟 基缩水而成的，因而没有还原性。
蔗糖水解后产生等量的D-葡萄糖和D-果糖，这个混合物称为转化糖
第四节 多糖的结构和性质
一、同聚多糖 二、杂聚多糖 三、复合糖类
1 ．淀粉― 天然淀粉
1）直链淀粉 ： 由α-D -葡萄糖分子通过1→4 糖苷键连接 而成，呈螺旋结构，遇碘显蓝色。
1 ．淀粉― 天然淀粉
2）支链淀粉 ： 组成它的葡萄糖残基之间以α（1→4 ) 糖苷键连接，在结合11 -12个葡萄糖残基后 即产生一个分支，支链与主链以α（1→6） 糖苷键连接。与碘反应呈红色。
酮糖例外
CHO
多羟基 醛的开 环形式 HCOH HOCH
葡萄糖
的结构
HCOH HCOH CH2OH
吡喃糖
OH
CH2OH
5
O
1
OH
OH OH
CH2OH
半缩醛 呋喃糖
HO-CH
4
O OH
1
OH
OH
2 ．构象― 单糖的立体结构
• 葡萄糖的构象有船式和椅式，椅式比船式稳 定，椅式构象中β-构象比α-构象稳定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2．由羟基产生的性质2
(2)成苷作用
HCl
α-型糖
醇
HCl
α-糖苷
β-型糖
醇
β-糖苷
2．由羟基产生的性质3
(3)脱水作用
HCl,加热，
-3H2O
D-葡萄糖
5-羟甲 基糠醛
2．由羟基产生的性质4
(4)脱氧作用
脱氧
核糖
脱氧核糖
2．由羟基产生的性质5
(5)氨基化1
原理：OH基（C-2,C-3上为主）被NH2基
取代而产生氨基糖，也叫糖胺
举例：N- 乙酰D-葡萄糖胺(NAG)、N-乙 酰胞壁酸（NAM）
2．由羟基产生的性质5氨基化2
(5)氨基化3
N-乙酰胞壁 酸（NAM）
2．由羟基产生的性质5
(5)氨基化4
N-乙酰神经氨酸（NAN）
三、自然界的重要单糖与衍生物
1．取代单糖 2．糖醇和糖酸
3．糖苷
1. 取代单糖1
第二章 糖类化学
第一节 糖的概念及分类 第二节 单糖 第三节 寡糖 第四节 多糖
第一节 糖的概念及分类
一、定义与组成
二、分类
一、定义与组成
1.基本元素组成： C H O 2.最初通式： Cn(H2O)m 脱氧核糖(C5H10O4) 3.不符合上述通式：鼠李糖（C6H12O5）
二、分类1
单糖：据所含碳原子数目：丙糖、丁糖、 戊糖和己糖 据羰基特点：醛糖或酮糖 寡糖：2-10个分子单糖缩合而成 多糖：据单糖基相同否：同多糖与杂多糖 据有无支链：直链多糖与支链多糖 据功能：结构多糖、贮存多糖 抗原多糖 据分布：胞外多糖、胞内多糖 胞壁多糖 其他：糖缀合物（复合糖） 如：糖肽、糖脂、糖蛋白
二、分类3（赤藓糖）
醛糖
酮糖
二、分类2（1）
H
赤藓酮糖
二、分类2（2）
第二节 单糖
一、单糖的结构、构型与构象 二、单糖的重要化学性质
三、自然界存在的重要单糖及其衍生物
一、单糖的结构、构型与构象
1．结构
2．构型 3．构象
1.结构1
自然界的戊糖和己糖都有的结构
一种是多羟基醛的开链型式
另一种是分子内反应而形成的半缩醛
1．醛、酮基产生的性质1
（1）氧化5
葡萄糖
葡萄 糖酸
1．醛、酮基产生的性质1
（1）氧化6
葡萄糖 酸
葡萄糖 二酸 葡萄糖1．醛、酮基产生的性质2Fra bibliotek(2)还原
D-葡萄糖
D-甘露糖 D-果糖
[H]
D-葡萄糖醇
D-甘露醇糖 D-葡萄糖醇 D-甘露醇糖
[H]
[H]
1．醛、酮基产生的性质3
(3)成脎作用1
应用：糖类在碱性溶液中的还原作用
常被用来作为还原糖的定性及定量的依 据，常用的试剂为含Cu2+的碱性溶液
1．醛、酮基产生的性质2
（1）氧化2
Fehling（裴林）试剂：硫酸铜溶液
与KOH(NaOH)和酒石酸钾钠（或柠檬 酸钠）配成
Benedic+(班乃德)试剂：用无水
Na2CO3代替裴林试剂中的KOH或NaOH
1．醛、酮基产生的性质3
（1）氧化3
3，5-二硝基水杨酸法：测定还原糖
，即在碱性溶液中将还原糖变为烯二 醇（1，2-烯二醇），然后以3，5-二 硝基水杨酸氧化其变为糖酸，还原糖 和硷性二硝基杨酸试剂共热，产生一 种棕红色的氨基化合物
1．醛、酮基产生的性质1
（1）氧化4
酒石酸钾钠
可溶性氧化 铜络合物
α-D吡喃 糖 β-D吡喃 糖
平面结构
立体结构
二、单糖的重要化学性质
1．醛、酮基产生的性质
2．由羟基产生的性质
1．醛、酮基产生的性质1
（1）氧化1
原理：在碱性溶液中，醛基、酮基变
为非常活泼的烯二醇，具有还原性，能 还原如Cu2+、Ag+、Hg2+、Bi3+等离子， 同时糖本身被氧化成糖酸及其它产物
天然产物的单糖大多只存在一种构型，
如葡萄糖、果糖、核糖等都是D-型的
2．构型 2(甘油醛的D型、L型)
D-甘油醛 L-甘油醛
透视式
投影式
2．构型 3(单糖D型、L型判断依据)
以分子中倒数第二个 碳原子上羟基在空间的左 右来判别构型
2．构型 4(葡萄糖D型、L型的判断)
D型
L型
2．构型6(其他醛糖的D型、L型1)
型)
α-D-呋 喃糖
β-D-呋 喃糖
Fischer式
Haworth式
1.结构8(戊糖的环状结构)
多为五元环呋喃糖
o o
核糖
脱氧核糖
3．构象1
定义：指一个分子中，不改变共价链
结构，仅单链周围的原子旋转所产生的 原子的空间排布
类型：船式和椅式
3．构象2(葡萄糖的两种构象1)
船式
椅式
3．构象3(葡萄糖的两种构象2)
酮苯腙
葡萄糖脎
1．醛、酮基产生的性质4
(4)异构化作用1
原理：弱碱或稀强碱引起单糖的分子 重排
举例：D-葡萄糖与D-果糖及D-甘露糖
可在Ba(OH)2的溶液中互相转变
1．醛、酮基产生的性质4
(4)异构化作用2
D-葡萄糖
D-甘露糖
D-果糖
1．醛、酮基产生的性质4
(4)异构化作用3
Ba(OH)2
D系
2．构型6(其他醛糖的D型、L型2)
L系
1.结构4(葡萄糖的环状结构)（吡喃型）
吡喃
α-D-吡喃糖
1.结构5(葡萄糖的环状结构)（呋喃型）
呋喃
α-D-呋喃糖
1.结构6(吡喃糖环状结构的α、β
型)
α-D-吡 喃糖
β-D-吡 喃糖
Fischer式 Haworth式
1.结构7(呋喃糖环状结构的α、β
Ba(OH)2
D-葡萄糖
1-2烯醇体
Ba(OH)2
D-果糖
D-甘露糖
1．醛、酮基产生的性质5
(5)发酵作用1 单糖经酵母的酿酶作用产生乙醇和
CO2，这一过程较复杂，在今后糖代谢章
中详细介绍
1．醛、酮基产生的性质5
(5)发酵作用2
酿酶
2．由羟基产生的性质
(1)成脂作用
酶
α -葡 萄糖
磷酸
α-葡萄糖 -6-磷酸
形成：单糖分子中的某些基团被其他化 学基团所取代
原理：醛基或酮基与苯肼等起加合作用
成脎作用：单糖的第1，2碳与苯肼结合
后，成晶体糖脎
举例：葡萄糖糖与苯肼的成脎作用
糖脎特点：黄色晶体，不溶于水
应用：可用来鉴别单糖，因不同的单糖 产生不同的糖脎，故可根据糖脎的晶形、 溶点鉴别糖的种类
1．醛、酮基产生的性质3
(3)成脎作用2
D-葡萄糖
葡萄糖苯腙
的环状形式
1.结构2(单糖的结构通式)
醛糖
酮糖
1.结构3(葡萄糖的链状和环状结构)
HC 0 HC OH HO CH HC OH HC OH H2C OH
O
OH H2C CH O H HO HC
0 CH
半缩醛 羟基
CH HC HO OH
2．构型 1
一般根据甘油醛的分子结构，将单糖
分子分为两个型，即D型和L型