糖类的结构与功能.ppt
第三章 糖类的结构与功能,糖类的概念和分类,单糖的构型、结构、构象,自然界存在的重要单糖及其衍生物,寡糖,多糖,多糖代表物,糖复合物,一、糖类的结构与功能,最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。,鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、脱氧核糖（C5H10O4),定义：,糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。,糖类的生物学意义：1.是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源；2.是生物体合成其它化合物的基本原料；2.充当结构性物质；4.糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质；5.糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。,定义：多羟基的醛或酮或经简单水解能生成这类醛酮的化合物 称为糖。,生物界分布广、含量多。几乎所有的动物、植物、微生物体内都有，是维持生命不可缺少的物质。,分类：,糖的分类：,糖类化合物,单糖,寡糖,多糖,：不能水解的最简单糖类，是多羟基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）,：有210个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖,：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解后产生原来的单糖或其衍生物。,同多糖,杂多糖,糖缀合物,二、单糖的构型、结构、构象,单糖有D-及L-两种异构体。凡在理论上可由D-甘油醛衍生出来的单糖皆为D-型糖。,单糖具有旋光性：,为了向化学家们提供用以区分右旋物质和左旋物质的参照物或对比标准，德国化学家E费歇尔选择了食糖的近亲，即称之为甘油醛的简单化合物。它是当时研究得最为透彻的旋光性化合物之一。他任意地将它的一种形态规定为是左旋的，称之为L甘油醛，而将它的镜像化合物规定为是右旋的，称之为D甘油醛。,（一）单糖的构型单糖的构型用D-或L-表示：,D/L 标记法确定方法,L型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与 L-(-)-甘油醛中C-2构型一致。,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。,若为酮糖，则以离C=O最远的*C上的OH为标准进行比较。,单糖及氨基酸的相对构型规定：,另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示指向纸平面后面的键。如D-(+)葡萄糖可表示为：应当注意的是：碳链上的几个碳原子并不在一条直线上，这可从分子模型看出。把结构式横写更容易看出分子中各原子团之间的立体关系。,单糖结构,实例 系统命名法 习惯命名法 类别,单糖的命名 D，L表示相对构型,(2R)-2,3-二羟基丙醛 D-(+)甘油醛丙醛糖(2R,3R,4R)-2,3,4,5-四羟基戊醛 D-(-)-核糖 戊醛糖(3S,4R,5R)-1,3,4,5,6-五羟基已-2-酮 D-(-)-果糖 已酮糖,糖有一个或一个以上的手性中心，立体异构体数目2n个。自然界中存在的糖多为D型糖。,糖分子中的醛基与羟基作用形成半缩醛时，由于C=O为平面结构，羟基可从平面的两边进攻C=O，所以得到两种异构体构型和构型。两种构型可通过开链式相互转化而达到平衡。这就是糖具有变旋光现象的原因。构型生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在同一侧。构型生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在不同的两侧。-型糖与-型糖是一对非对映体，-型与-型的不同在C1的构型上故有称为端基异构体和异头物。,环状结构的构型和构型,葡萄糖的结构,多羟基醛的开环形式,半缩醛,吡喃糖,呋喃糖,葡萄糖的构象,船式,椅式,Haworth Perspective 即用六元环平面表示氧环式各原子在空间的排布方式,D-型：CH2OH在环上方；L-型：CH2OH在环下方,在Haworth式结构式中,在哈沃斯式中，成环的原子在同一平面上，粗线表示环平面向前的边缘，细线表示向后的边缘。成环的碳元素符号不写出，连在手性碳原子上的H也可略去。原来在投影式左边的羟基，处于环平面上方；原来在投影式右边的羟基，处于环平面下方（即“左上右下”）；而C6上羟甲基在环平面上方者为D-型。在D-型糖中，半缩醛羟基在环下者为-型，在环上者为-型。,葡萄糖环型结构的画法-哈武斯透视式,向右倒下,绕成环,C3-C4键旋转,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,注意：通常吡喃环中的氧原子写在环的右上角。,萄糖环型结构的画法-哈武斯透视式 吡喃型葡萄糖,+,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,or,将单糖的Fischer构象式改写成Howorth透视式,-D-吡喃葡萄糖,葡萄糖的存在形式,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,63.6%,36.4%,0.01%,1%,三、自然界存在的重要单糖及其 衍生物,单糖的重要衍生物：,糖醇：较稳定，有甜味。甘露醇、山梨醇,糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸,氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。D-氨基葡萄糖,糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等）的羟基形成的缩醛。洋地黄苷、皂角苷,L-(+)-阿拉伯糖 D-(+)-木糖 D-(-)-核糖 D-(-)-2-脱氧核糖,一些重要的单糖及其衍生物,氨 基 糖,D-(+)-葡萄糖 D-(+)-甘露糖 D-(+)-半乳糖 D-(-)-果糖,N-甲基-L-2-氨基葡萄糖,-D-2-氨基葡萄糖,四、寡糖,寡糖是少数单糖（210个）缩合的聚合物。,自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖,（1）麦芽糖是淀粉水解的产物。麦芽糖水解产生一分子-D-吡喃葡萄糖和一分子D-吡喃葡萄糖。（2）麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。,(一)麦芽糖的结构,成苷部分,未成苷部分,（1）纤维二糖是纤维素水解的产物。纤维二糖水解产生 一分子-D-吡喃葡萄糖和一分子D-吡喃葡萄糖。（2）因为整个分子中保留了一个半缩醛的羟基，能与土 伦、斐林、本尼迪特试剂反应，所以是还原糖。,-D-吡喃葡萄糖,D-吡喃葡萄糖,(二)纤维二糖的结构,-1,4-苷键,（1）是由-D-吡喃葡萄糖和-D-呋喃果糖的两个半缩醛 羟基失水而成的。（2）蔗糖中已无半缩醛羟基，所以不是还原糖。,(三）蔗糖的结构非还原糖,-1,2-苷键,-2,1-苷键,五、多糖,多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。,多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。,多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。,多糖的功能：,1.贮藏和结构支持物质。,2.抗原性（荚膜多糖）。,3.抗凝血作用（肝素）。,4.为细胞间粘合剂（透明质酸）。,5.携带生物信息（糖链）。,六、多糖代表物,（一）淀粉与糖原,天然淀粉由直链淀粉（以-(1,4)糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为-(1,6)糖苷键）组成。,淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。链长为20个葡萄糖基，呈红色。链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。,糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。,淀粉（starch）,-1,4-苷键,直链淀粉amylose 遇碘变蓝紫色,支链淀粉 amylopectin,（二）纤维素与半纤维素,纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。,半纤维素是指除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。,（三）壳多糖（几丁质）,由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-(1,4)糖苷键缩合成的同多糖。比较坚硬，为甲壳动物等的机构材料。,纤维素作为植物的骨架。,-1,4-糖苷键,淀粉是植物中养分的储存形式。,淀粉颗粒,（四）葡聚糖,是D-葡萄糖以-(1,6)糖苷键缩合为主链骨架，以-(1,3)和-(1,4)糖苷键构成支链，整个分子形成网状。其凝胶可用作分子筛。,（五）糖胺聚糖,含有氨基己糖或乙酰氨基糖，也称为粘多糖。肝素、透明质酸和硫酸软骨素。,七、糖复合物,是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的 产物。,（一）糖蛋白与蛋白多糖,两种不同类型苷键：N-糖苷键（肽链上的Asn的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成）；O-糖苷键（肽链上的Ser或Thr的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成）,糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型。O型：Fuc（岩藻糖）A型：Fuc和GNAc（乙酰氨基葡萄糖）B型：Fuc和Gal（半乳糖）,血型与寡糖链组成的关系：,（二）糖脂与脂多糖,脂类与糖（或低聚糖）结合的一类复合糖。,1.甘油醇糖脂：甘油二酯与己糖（半乳糖、甘露糖和脱氧葡萄糖）结合而成。,2.N-酰基神经醇糖脂：,（R为糖基或糖链基；R为脂肪酸链。）,几丁质（甲壳素）,粘多糖（mucopolysaccharidi）1透明质酸2.硫酸软骨素C,硫酸软骨素一硫酸软骨素 B 硫酸软骨素 C,3.肝素,革兰氏阳性菌的细胞壁由多层网状的肽聚糖和磷壁酸组成，革兰氏阴性菌的细胞壁由单层肽聚糖和脂双层外膜构成，后者含有脂多糖、脂蛋白、膜孔蛋白和磷脂。,细菌细胞壁的化学组成,细菌多糖 1 肽聚糖(peptidoglycan)革兰阳性菌,
