第一章 糖类
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生物化学糖类
由糖胺聚糖与 多肽链共价相 连构成的分子
总体性质与多 糖更为接近。
糖胺聚糖链长 而不分支，呈 现重复双糖系 列结构
1、 蛋白聚糖中的糖肽键
① O-糖肽键：D-木糖与Ser羟基之间形成的；
② O-糖肽键：N-乙酰半乳糖胺与Thr或Ser羟基之间形成 的。
③ N-糖肽键：N-乙酰葡萄糖胺与Asn之间形成的
4、 纤维二糖(cellobiose)
结构：两分子-葡萄糖 -(1，4)糖苷键
纤维二糖[葡萄糖-(1，4)-葡萄糖苷] 性质：① 具有变旋现象 ② 具有还原性 ③
能成脎
5、 海藻糖
两分子α-D-Glc，在C1上的两个半缩醛羟基之间脱水，由 α-1.1糖苷键构成。
第四节
多糖
一、 均一性多糖 1、 淀粉
三、 糖的命名与分类
（1）单糖：不能被水解称更小分子的糖。
（2）寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成 （3）多糖： 均一性多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质 不均一性多糖：糖胺多糖类(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等) （4）结合糖(复合糖，糖缀合物)：
糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 （5）糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷
① 直链淀粉：长而紧密的螺旋管形。遇碘显兰色
图7.30 直链淀粉
② 支链淀粉：不能形成螺旋管，遇碘显紫色。
2、 糖元
每隔4个葡萄糖残基便有一个分支 含有大量的非原性端，可以被迅速动员水解。 遇碘显红褐色。
3、 纤维素
-D-葡萄糖分子以-(1-4)糖苷键相连而成直链。
图7.33
5、 几丁质(壳多糖)：
2、 糖白聚糖的生物学功能
主要存在于软骨、键等结缔组织和各种腺体分泌的粘液 中，
总体性质与多 糖更为接近。
糖胺聚糖链长 而不分支，呈 现重复双糖系 列结构
1、 蛋白聚糖中的糖肽键
① O-糖肽键：D-木糖与Ser羟基之间形成的；
② O-糖肽键：N-乙酰半乳糖胺与Thr或Ser羟基之间形成 的。
③ N-糖肽键：N-乙酰葡萄糖胺与Asn之间形成的
4、 纤维二糖(cellobiose)
结构：两分子-葡萄糖 -(1，4)糖苷键
纤维二糖[葡萄糖-(1，4)-葡萄糖苷] 性质：① 具有变旋现象 ② 具有还原性 ③
能成脎
5、 海藻糖
两分子α-D-Glc，在C1上的两个半缩醛羟基之间脱水，由 α-1.1糖苷键构成。
第四节
多糖
一、 均一性多糖 1、 淀粉
三、 糖的命名与分类
（1）单糖：不能被水解称更小分子的糖。
（2）寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成 （3）多糖： 均一性多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质 不均一性多糖：糖胺多糖类(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等) （4）结合糖(复合糖，糖缀合物)：
糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 （5）糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷
① 直链淀粉：长而紧密的螺旋管形。遇碘显兰色
图7.30 直链淀粉
② 支链淀粉：不能形成螺旋管，遇碘显紫色。
2、 糖元
每隔4个葡萄糖残基便有一个分支 含有大量的非原性端，可以被迅速动员水解。 遇碘显红褐色。
3、 纤维素
-D-葡萄糖分子以-(1-4)糖苷键相连而成直链。
图7.33
5、 几丁质(壳多糖)：
2、 糖白聚糖的生物学功能
主要存在于软骨、键等结缔组织和各种腺体分泌的粘液 中，
第1章 糖类
（二）Fischer 投影式 1891年德国化学家Fischer提出 透视式中手性碳原子和实线键处于纸面内， 虚线伸向纸面背后，楔形键凸出纸面，伸向读 者。 书写投影式规定：碳键处于垂直方向，羰基 写在链的上端，羟甲基写在下端，氢原子和羟 基位于链的两侧。
（三）构型的RS表示法 第一步：指定与每个手性碳原子直接相连的 4个取代基的优先性。 第二步：旋转手性四面体碳，使那个优先性 最小的取代基，离开观察者最远，另三个取代 基面向观察者。 第三步：面向观察者的三个取代基按优先性 大小的顺序是顺时针方向还是逆时针方向，如 果是顺时针方向（右手），则为R构型，如果是 反时针方向，则为S构型。 SR与DL构型并不是相互对应的。
（1）单糖的α －型和β －型
凡糖分子的半缩醛羟基（即C—1上的OH）和最末的不对 称碳原子的OH基在碳链同侧的称α 一型，在异侧的称β －型。 C－1称异头碳原子，所以α 一和β －两种不同形式的差向异 构体称异头物。
（2）吡喃糖和呋喃糖
开链的单糖形成环状半缩醛时，容易出现1—5氧桥型（氧
桥是第1和第5碳原子连接）和1—4氧桥型（氧桥是第1和第4 碳原子连接）。
（二）糖类的生物学作用
作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质 作为其它生物分子如氨基酸、核苷 酸、脂等合成的前体 作为细胞识别的信息分子
广泛分布于生物界，特别是植物界。
（三）分布
（四）糖的分类
糖类可根据其水解情况分为单糖、寡糖和多糖三大类： 1、单糖 单糖是不能水解的最简单糖类，是多羟的醛 或酮的衍生物。根据所含碳原子数目又分为丙糖、丁糖、 戊糖和己糖等。每种单糖又可分为醛糖（含醛基）和酮糖 （含酮基）。 2、寡糖 由多个单糖分子通过糖苷键连接而成水解后 产生单糖。包括的类别很多，二糖、三糖、四糖等。
生物化学王镜岩课件第1章 糖类
D（+）—甘油醛
二羟丙酮
（二）D系单糖
D系醛糖的立体结构
D(+)-甘油醛
(glyceraldehyde)
P7
D(-)-赤鲜糖 (erythrose)
D(-)-苏糖
D(-)-核糖 (ribose)
D(-)-阿拉伯糖 (arabinose)
D(+)-木糖 (xylose)
D(-)-米苏糖
D(+)-阿洛糖 D(+)-阿桌糖
第一章 糖类
• 提要： 本章的主要内容是糖的概念、分类以及单糖、 寡糖和多糖的化学结构和性质； 应首先重点掌握典型单糖 ( 葡萄糖和果糖 ) 的 结构和性质，再从单糖的基础上去理解寡糖和 多糖的结构和性质。
一、引言
(一) 糖类的存在与来源 • 是地球上最丰富的有机化合物，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。
Fischer 氧桥环式结构
• 过长氧桥不合理，Haworth 提出透视式表示糖的环式结 构，即Haworth式结构。 P10 图1-8
P10 图1-7
注意：糖的构型（ D/L ）与旋光方向（ +/- ）并无 直接联系。
D/L构型（编号最大的手性碳与甘油醛比较） 糖的构型 R/S构型（手性碳取代基优先性旋转） 球棍模型
透视式 糖的立体结构表示
Fischer投影式（链状） 呋喃型 Haworth式（环状） 吡喃型
四、单糖的构象
P11
• 构象指一个分子中，不改变共价键结构，仅靠单 键的旋转或扭曲而改变分子中基团在空间的排布 位置，而产生不同的排列方式。 • 葡萄糖的构象：葡萄糖六元环上的碳原子不在一 个平面上，因此有船式和椅式两种三维构象。 X衍射、红外光谱、旋光性数据表明 椅式构象比船 式稳定。
生物化学糖类(第一章)
2、化学性质：
• （1）异构化：弱碱或稀强碱可引起单糖的分子重排，通过烯 醇化中间体转变。体内通过异构酶催化。
• （2）单糖的氧化（单糖的还原性） • 在碱性溶液中，醛基、酮基变成烯二醇，具还原性，能 还原金属离子，如Cu2+、Ag+、Hg2+、Bi3+等，糖本身被氧 化成醛糖酸及其他产物。 • Fehling试剂：酒石酸钾钠（柠檬酸钠），氢氧化钠（氢 氧化钾），硫酸铜 Benedict试剂：柠檬酸、碳酸钠、硫酸铜
二、单糖的性质
• 1、物理性质 • 旋光性：几乎所有的单糖（二羟丙酮例外）及其衍生物都有旋 光性。使偏振光振动面右旋的称为右旋物质用（+）表示，左 旋的称为左旋物质用（-）表示。 • 比旋光值：是指单位浓度的物质在1 dm长的旋光管内，20℃ 钠光下的旋光值（或称比旋光度）用[α]20D 表示： • α× 100 • [α]20D = —————— • L × C • α：测定的旋光值；L：旋光管的长度，以分米（dm）表示；C： 旋光物质水溶液的浓度，以g/100mL表示；20为20℃；D：表示 钠光。λ：5890-5896A°。
在左边的为L-型。自然界中D-型单糖占优势。
• 构型是人为规定的，与异构体的旋光性无对应关 系，包括旋光方向、旋光度。 • 书写时常用Fischer投影式表示。
由D-甘油醛衍生的 C4-C6单糖：
由D-酮糖衍 生的单糖：
• 单糖分子中存在n个不对称（手性）碳原子，则形 成2n个异构体。例如： 碳原子数 不对称碳原子数n（异构体数2n） 醛糖 酮糖 三碳糖 甘油醛1（2） 二羟丙酮0（0） 四碳糖 赤藓糖2（4） 赤藓酮糖1（2） 五碳糖 核糖3（8） 核酮糖2（4） 六碳糖 葡萄糖4（16） 果糖3（8） • 对映体（对称异构体）（antipode）：两种不能重叠 而互为镜像的异构体.对映体之间只有旋光方向的不 同，其他理化性质没有差异。 • 单糖分子的D-型和L-型互为对映体，含n个C*的化合 物，组成2n/2对对映体。
生物化学第一章糖类
C H 2O H
HO H O
OH
OH
-D-呋喃葡萄糖
OH 生物化学第一章糖类
3. 单糖的构象
C H 2O H
O
O H H O
~O H
H O
C H 2O H
H O H O
O
O H O H
C H 2O H
H O H O
O
O H O H
D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖
生物化学第一章糖类
生物化学第一章糖类
Ⅰ 单糖(monosaccharides)
一. 单糖的结构 1. 开链结构 （ Fischer投影式）
CHO
CHO
H OH
HO H
CH2OH D-(+)-甘油醛
CH2OH L-(-)-甘油醛
D型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构 型与D -甘油醛中C-2构型一致。
L型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构 型与L-甘油醛生物中化学C第一-章2糖构类 型一致。
CH2OH D-葡萄糖
生物化学第一章糖类
CHO
C-4差向 异构体
CH2OH D-半■葡萄糖不能发生醛的NaHSO3加成 反应
■葡萄糖不能象醛一样与两分子的醇 形成的缩醛。
■葡萄糖溶液具有变旋现象 新配制的葡萄糖溶解于水时其旋光
度发生改变的现象。
生物化学第一章糖类
葡萄糖分子中醛基与羟基形成环状半缩醛结 构. 半缩醛羟基的两种空间取向形成两种异构 体. 端基差向异构体。
二、单糖的性质
1、物理性质
旋光性与变旋 左旋糖 右旋糖 变旋现象 甜度 溶解度
生物化学第一章糖类
2. 单糖的反应
1. 成苷反应
第1章-糖类化学
单糖的环状结构：
半缩醛羟基
H C H C HO C H C H C O OH H OH OH
CH2OH
α-D-Glc
β-D-Glc
互为异头体（anomer）
H H C C HO C H H C C OH O H OH OH
CH2OH C HO C H H C C H OH OH O OH
CH2OH HO C H OH OH O
难
琼胶（agar）
半乳糖聚糖 吸水膨胀、溶于热水、冷却后变成凝胶
果胶（pectin）
果酸甲酯 D-半乳糖醛酸聚糖
糖胺聚糖（glycosaminoglycan）
结构： -[-糖醛酸—己糖胺-]n 分类：
中性粘多糖—透明质酸； 酸性粘多糖—硫酸软骨素；硫酸皮肤素； 硫酸角质素；肝素；
强氧化剂（浓HNO3）
+
+
+
+
二、单糖的还原：
生成相应的糖醇，自然界中存在的有葡萄醇/山梨 醇、甘露醇（海带）等。
糖醇含多羟基，多有甜味，如木糖醇是一种甜味 剂。
CHO
[H]
CH2OH
C H2OH
D-Glc
CH2OH
D－葡萄醇（山梨醇）
CHO
[H]
CH2OH
CH2OH
D－甘露糖（mannose）
硫酸酯键
β-1，3
C4
β-1，3
C6
硫酸皮肤素（硫酸软骨素B）
L-艾杜糖醛酸
β-1,3苷键
N-乙酰半乳糖胺
(4-硫酸酯键)
肝素（heparin）
细菌多糖
肽聚糖—二糖四肽
生物化学第1章糖类
右旋糖苷 是酵母和细 菌的贮存多 糖。
6 琼 脂
agar
琼脂俗称洋菜，是从红藻类石花菜属及其他属的某些海 藻中提取出来的一种多糖混合物，从琼脂中分离出两个组分， 一个称为琼脂糖（agarose），另一个称为琼脂胶。 琼脂糖是琼脂的主要成分，它是由D-吡喃半乳糖和3,6脱水-L-吡喃半乳糖两个单位交替组成的线性链。 琼脂胶是琼脂糖的衍生物，单糖残基不同程度地被硫酸 基、甲氧基、丙酮酸等所取代。其实琼脂糖只是含这些取代 基最少的琼脂组分。琼脂是多种具有相同主链但不同程度被 荷负电基团取代的多糖混合物。
寡糖结合到蛋白质上形成糖蛋白。许多膜内在蛋
白和分泌蛋白是糖蛋白。 组成糖链的单糖种类、数量、单糖的构型、单糖 之间的连接方式等不同，可以组成天文数字的不同结 构的分子（或糖蛋白的组分），非常适合成为具有特
定意义的信息分子，发挥各种生物学功能。
糖蛋白中的组成糖链的单糖残基通常有Fuc、Gal、
Man、 GalNAc、and Sia（or NeuNAc）。
amylopectin
支链淀粉分支处的连接
淀粉与碘的显色反应
由于α－1,4连接，淀粉分子中的每个葡萄糖残基 与下一个残基都成一定角度。根据X射线衍射分析， 直链淀粉的二级结构是一个左手螺旋，每圈螺旋含 6 个残基，螺距 0.8nm ，直径 1.4nm 。碘分子正好能嵌 入螺旋中心，每圈可容纳一个碘分子（I 2），通过朝 向圈内的羟基氧（提供未共享电子对）和碘（提供空 轨道）之间的相互作用形成稳定的深蓝色淀粉－碘络 合物。产生特征性的蓝色需要约 36 个即 6 圈葡萄糖残 基。支链淀粉螺旋（约25～30个残基）中的短串碘分 子比直链淀粉螺旋中的长串碘分子吸收更短波长的光， 因此支链淀粉遇碘呈紫色到紫红色。
生物化学第一章糖类
D-阿卓糖
D-葡萄糖
D-甘露糖
D-半乳糖
D-古洛糖
D-艾杜糖
The
4 aldohexose has four chiral centers, thus has
2 =16 isomers.
第二十三页，共94页
D-塔洛糖
三、单糖的环状结构
许多单糖，新配制的溶液会发生旋光度的改变，
这种现象称变旋。从乙醇水溶液中结晶出的D（+）- glucose 称为α-型（[α]20D= +112.2°），
2+
3+
Hg 和Bi 等）如Fehhing试剂（酒石酸钾钠、NaOH和CuSO4）、Benedict
2+
试剂（柠檬酸、NaCO3和CuSO4 ）中的Cu 是一种弱氧化剂，能使醛糖的
醛基氧化成羧基，产物称醛糖酸，金属离子自身被还原。
能使氧化剂还原的糖称为还原性糖，所有的醛糖都是还原性糖。
Benedict试剂常被用作尿糖的定性与半定量测试。
2. 寡糖：是由2~20个单糖通过糖苷键连接而成的糖
类物质。包括二糖、三糖、四糖、五糖和六糖
等。
第七页，共94页
五、旋光异构
1. 同分异构或称异构（isomerism）是指存在两个或多个具有
相同数目和种类的原子并因而具有相同相对分子质量的化合
物的现象。同分异构有相同的组成，故具有相同的分子式。
同分异构主要有两种：结构异构和立体异构。
classic sugar test—Fehling’s test that was used to test of excess sugar in blood and
urine of diabetics.
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透明质酸 硫酸软骨素
糖 胺 聚 糖 在 细 胞 外 的 分 布 示 意 图
7. 蛋白聚糖 (proteolyucan, PG)
由一条核心蛋白和一条或多条糖胺聚糖共价连接 而成的一类特殊糖蛋白。
糖含量 糖链结构 单糖残基数
分布
功能
糖蛋白 1％-85％ 分支 不多于15个 缀合在膜蛋白或 分泌型蛋白上 功能多样
2. 单糖(monosaccharide) 不能被水解成更小分子的糖类。 按照碳原子数目，可分为 三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖
D / L : 构型 (+) / (－) : 旋光性
单糖的构型是指分子中离羰基碳最远的 手性碳原子的构型。
计算可能的旋光异构体数目的公式： I＝2n
I: 异构体数 n: 分子中不对称碳原子数
是寡糖链作为蛋白质辅基的一类缀合蛋白质。
寡糖链与蛋白质连接的共同特点：
寡糖链的还原性末端异头碳羟基与多肽链上的氨 基酸残基以N-糖苷键或O-糖苷键的1）参与新生多肽链的折叠和聚合； （2）帮助分泌型蛋白质分泌到胞外并维持其稳定性； （3） 参与糖蛋白的清除； （4） 可能参与精子和卵细胞的识别； （5） 与细胞的黏附及淋巴细胞的归巢作用有关； （6） 对酶、激素和抗体而言， 糖链会影响它们的活 性。
（ 7） 单糖脱水 Molish 反应： 浓硫酸、α-萘酚与糖作用生成红紫色物 质，是糖类鉴定的一种方法。 Seliwanoff 反应： 盐酸、间苯二酚与酮糖和醛糖反应生 成深浅不同的红色，以此可以鉴别酮糖和 醛糖。 Bial 反应： 在酸存在下，核糖与地衣酚缩合生成绿 色， 可用于对 RNA的含量测定。
蛋白聚糖 可高达95％ 不分支
80个 分布广泛
赋予组织坚、韧
蛋 白 聚 糖 聚 集 体 示 意 图
蛋白聚糖中连接区的O-寡糖链
（1） 淀粉
直链淀粉的螺旋状结构
（2） 糖原 分支增多， 使非还原性末端数增多。
（3） 右旋糖酐
是均由α-1,6-糖苷键连接成的葡聚糖，是酵母和细 菌的储存多糖。
交链葡聚糖(Sephadex) 广泛地用于蛋白质的分离 纯化中。
（4）纤维素
(5) 壳多糖
5. 糖蛋白 (glycoprotein)
(8) 高碘酸氧化 邻二醇和邻三醇在高碘酸作用下的产物不同，
由此可以帮助测定多糖的结构。
4. 重要的单糖及衍生物 单糖
（1） 丙糖 （2） 丁糖 （3） 戊糖 （4） 己糖
甘油醛
D-赤藓糖 D-核糖、2-脱氧-核糖 D-葡萄糖、D-果糖、D-半乳糖
单糖衍生物
（1）单糖的磷酸酯 （2）糖醇 （3）糖酸 （4）脱氧糖 （5）氨基糖
生物化学的研究内容
静态生化：
生命物质（蛋白质、核酸、酶、糖类及 维生素、辅酶、激素等）的化学组成、性 质和结构；
动态生化：
生命物质的化学变化规律和能量变化 规律 ；
第一章 糖 (Carbohydrate)
1. 定义： 一类由C、H、O所组成的多羟基醛或多
羟基酮。
实验式：Cn(H2O)m 碳水化合物
基团被氧化，产生不同的产物。
能被弱的氧化剂（如Fehling 试剂和Benedict 试剂）氧化的糖称为还原性糖。
Fehling 试剂：酒石酸钾钠、NaOH、CuSO4 Benedict 试剂：柠檬酸、Na2CO3、 CuSO4
因为只有 能转化成开链 形式的糖才能 发生该反应， 所以所有的单 糖都是还原性 糖。
(2) 还原反应 单糖在还原剂作用下生成糖醇，糖醇主
要用于食品和药品的加工中。
（3） 异构反应 在弱碱条件下，单糖通过烯二醇中间体发生
重排的反应, 可以实现某些单糖之间的转化。 （4） 酯化反应
（5）形成糖醚
（6） 形成糖苷
环状单糖的半
缩醛（或半缩酮） 羟基与另一化合物 发生缩合(失水)，形 成的缩醛或缩酮类 化合物成为糖苷或 苷。
3. 单糖的环状结构 Fischer 式： 碳链呈开链状。 Haworth 式 ：碳链呈半缩醛形式的环状结
构。
变旋现象 ( mutarotation)
糖 的 链 状 结 构 与 环 状 结 构 的 互 变
α-D-吡喃葡萄糖的椅式构象
3. 单糖的化学性质 （1）氧化－还原反应
醛糖在不同的氧化剂作用下可以有不同的
3. 寡糖
指由2-20个单糖通过糖苷键连接而成的糖 类物质。
寡糖的结构特点： 单糖的种类 糖苷键的构型 成键原子的位置
寡糖的命名
重要的二糖 （1） 蔗糖
（2）乳糖
（3） 麦芽糖 （4）纤维二糖
三糖 棉子糖
4. 多糖
直链多糖： 纤维素、 直链淀粉 分支多糖： 肝糖原、 支链淀粉
同多糖： 淀粉、纤维素、糖原 杂多糖： 琼脂、褐藻酸
6. 糖胺聚糖( glycosaminoglycan，GAG)
这是一类由不止一种单糖聚合而成的高
分子量多糖，因为其中的糖单体大多有胺基 衍生物，所以称为糖胺聚糖。
根据糖单体的种类、连接方式、是否含 硫酸酯及硫酸酯的位置等，可将GAGs 分为 四大类。
GAGs主要分布于高等动物结蹄组织细 胞外空间,均是由两个糖单体重复组成的线状 多聚体，通常含有六碳糖醛酸和硫酸酯，在 生理 pH条件下带有较多的负电荷。