糖类生物化学PPT演示课件

第二章糖生物化学54，glycocobiohemistry章主要介绍糖类的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构和性质。 1、第一节，糖类化学概论，一，糖的概念和分类1，糖的概念和化学的本质上的简单定义：多羟基的醛类或酮类化合物，及其衍生物或聚合物。 元素组成： CH2O、Cm(H2O)n、2、一般来说，糖被认为是碳的“水合物”，因此糖也称为碳水化合物(Carbohydrate )。 在糖中，也有不带脱氧糖等通式的糖。甲醛(CH2O )、醋酸(C2H4O2)、乳酸(C3H6O3)等不是糖类。 在生物化学研究中，糖的衍生物也属于研究范围。 例如，氨基糖、磷酸糖等。3、常用单词、前缀和后缀、单词sugar、carbohydrate、saccharides前缀Glycobiology、Glycoprotein、Glycolipid后缀-ose、- saccharideor-GL Fructose (果糖) Galactose (半乳糖)、Sucrose (蔗糖)、4、2、糖的分类(classification)1.单糖(monosaccharide ) :多羟基醛和多羟基酮加水、5、碳数：丙糖、蔗糖、戊糖、己源、八聚糖。 醛糖(aldose :葡萄糖)、果糖(Ketose :果糖fructose )。 (6，2 ) .低聚糖(oligosaccharide ) :也称为低聚糖，210分子的单糖通过糖苷键结合。 分为二糖(最常见)、三糖、四糖、五糖等。麦芽糖(maltose，蔗糖Glc(1-2)果糖Fru； 乳糖(lactose，-D-半乳糖(gal )和D-葡萄糖(glc )通过1，4 -糖苷键结合； 蔗糖(sucrose，-D-葡萄糖通过1，4 -糖苷键连接)。 多糖类(polysaccharide ) :多分子单糖或单糖的衍生物聚合而成。 同多糖(homopolysaccharide ) :同一单糖聚合而成的，如淀粉、糖原、纤维素等。 杂多糖(heteropolysaccharide ) :不同单糖或单糖的衍生物聚合而成，如透明质酸等。 8、4 )、结合糖(复合糖、糖接吻化合物):糖类也可与脂质、蛋白质等非糖物质结合形成复合糖(complexsaccharide )，肽多糖、脂多糖、糖蛋白(蛋白多糖)、糖-核苷酸等糖以功能分子，主要是复合多糖5 )、糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷、9、二、糖的分布及其重要性，糖是世界上存在最多的有机化合物，也是人类需要的最基础的物质。 大多数动物、植物、微生物体内都有糖类，10，糖世界，食用糖蔗糖医用糖葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸钠、钾、钙、锌盐等； 绿色植物的皮、棒等多糖cellulose； 粮食和块根、块茎中的糖starch； 动物体内储藏的多糖glycogen； 昆虫、蟹、虾等外骨架糖chitin； 食用菌中糖香菇多糖Lentinan、茯苓多糖Pachymaran、灵芝多糖Ganodermalucidumpolysaccharide、海带多糖Laminarine等； 11、细菌、酵母细胞壁糖； 结缔组织中糖肝素、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤激素等； 核酸的糖、脂多糖(糖脂)、糖蛋白(蛋白多糖)中的糖； 细胞膜和其他细胞结构中的糖和其他生物活性糖分子。 12、糖类的主要生物学作用，1 .是生物的主要能源。 生物体内的能量来源主要是通过糖的氧化获得的。 2 .可以转化为脂质、蛋白质等生命必要的其他物质。 由于构成生物体的生物中包含蛋白质、核酸、脂质在内的各种有机物质的碳骨架是直接或间接由糖类物质转化而成的，糖是生物合成其他化合物的基本原料。 可以是13、3 .生物的结构物质。 例如纤维素，它是构成植物细胞壁的主要成分。 甲壳素和多肽蛋白是构成微生物细胞壁的主要成分。 也有作为动物细胞外间质中的结构分子的多糖类。14、4 .作为细胞、生物的储藏物质在植物上合成淀粉，动物细胞上有糖原等。 可以识别为细胞的信息分子。 参与细胞和细胞识别(分子识别)和细胞通信的病毒的吸附和抗原抗体的反应。 16、种子：糖、单糖、低聚糖、多糖、糖结合的生物学意义，17、单词sugar、carbohydrate、saccharides前缀Glycobiology、Glycoprotein、Glycolipid后缀-。 -葡萄糖果糖，半乳糖，蔗糖，第二节，单糖，单糖分子结构1，单糖链状结构2，单糖环状结构3，单糖环状结构3 19，1，单糖链状结构：1 )，确定链状结构的方法(葡萄糖):用元素组成和相对分子质量测定来确定分子式； 与Fehling试剂或其他醛试剂反应，说明不含醛基与乙酸酐反应，生成具有5个乙酰基的衍生物的葡萄糖分子内有5个羟基通过钠、水银剂的作用，生成直链的山梨糖醇。 以上说明的葡萄糖是链状的多羟基醛，Glucose、20、2 )、配置、构象和同调性、配置(configuration ) :分子中各原子和基间特有的固定的空间排列方式不同，因此显示出稳定的立体结构。 构象(conformation ) :通过分子中的某个原子(基)绕C-C单键自由旋转而形成的容易暂时变化的空间结构形式。 21、异构体(isomerism )、异构体(isomerism ) :相同的元素组成，即分子式相同但分子结构不同的化合物。 用结构异性(structuralisomerism):分子中原子的结合顺序(结构)的不同的结构式表示。 立体异性(stereoisomerism):虽然具有相同的结构式，但原子空间的分布(即配置，configuration )不同。 几何异性(顺逆)异性和光学异性(光学异性)异性，22，立体异性，几何异性(顺逆异性) :由于分子中双键或刚性结构的存在，两侧的基不能自由旋转。23、光学异构化：由于分子内的不对称原子(最常见的是碳原子)，连接在该原子上的4个基在空间上的取向不同，这些基在空间上有两种方式，因此形成了两种不同的化合物(仅形成了两种，也称为对映体)。 像左右关系一样，相同的沸点、相同的熔点、相同的溶解度，重要的差异在于生物学和旋光性。24、旋光性、旋光性物质使平面偏振光的偏振面旋转的能力称为旋光性、光学活性或旋转光度。 使平面偏振光的偏振面顺时针偏转，被称为右旋异构体(dextrorotary )，使用 表示的平面偏振光的偏振面逆时针偏转，用-表示左旋异构体(levorotary )。 25、甘草酸的配置(DL、RS表示法)规定为1906年右旋甘草酸为d型，左旋甘草酸为l型。26、3 )、单糖链状结构的表现方式，一般来说Fisher投影式：碳骨架垂直写的氧化度最高的碳原子在上方，水平方向的结合向纸面前方延伸，垂直方向的结合向纸面后方延伸。 透视式：27，4 )，单糖的光学异构体，单糖从丙糖到庚酮糖，除了二羟基丙酮，手性碳(C* )，28，29 )，离醛基或酮基最远的手性碳的配置决定着糖的DL配置，鲁沙诺夫(Rosanoff )是单糖的任何糖都可以看作是从乙醛和二羟基丙酮派生出来的。 30、DL只指一个配置，指以乙醛为基准决定的相对配置，不指示旋光方向。 旋光方向用()-)表示。在配置和旋光性之间没有必然的对应规则，31，5 )，d系单糖和l系单糖，所有的醛糖可以看作甘草醛的醛基碳下端一个一个地插入C*中延伸。 由D-乙醛衍生的d系醛糖，由L-乙醛衍生的l系醛糖。 l系醛糖是相应的d系醛糖的映射体。 包含n个C*的化合物的光学异构体的数量为2n，构成2n/2对映射体。 32，6 )、异构体(epimer ) :也称为异构体，只有非对称的碳原子上的基团的排列方式不同的不对称异构体，例如D-葡萄糖、D-甘露糖和D-半乳糖。 33，2，单糖的环状结构，1 )，单糖的环状结构的证据，变异旋转现象：一般醛类在水溶液中只有一个比旋转度，而新调制的葡萄糖水溶液的比旋转随时间变化。 =112是-D-()葡萄糖=18.7是-D-()葡萄糖将这两种葡萄糖分别溶解在水中后，其旋光率逐渐变化为52.7，该现象被称为旋转现象。 扭曲是分子立体结构发生某种变化的结果。 34，不像醛类那样形成缩醛，而是只与一分子的醇形成半缩醛(Hemiacetals )，35，葡萄糖的醛基和一般醛类一样与Schiff试剂(品红色-亚硫酸)反用亚硫酸漂白的品红色不能变成红色。 葡萄糖也不能与亚硫酸氢钠发生加成反应等，36，2 )，Fisher环状结构，1893年Fisher提出了环状结构说。 半缩醛的羟基和末端手性c (即，决定配置的羟基； C5上的羟基)在同一侧的是型，不在同一侧的是型。 (异头物)、37、异头物(体) (anomer )、单糖从直链结构转变为环状结构后，羰基碳成为新的手性中心，引起C1的异构化，产生两个不对称异构体(-D-葡萄糖、-D-葡萄糖)，其差的位置在第一位c 练习： 1、环状醛糖有几个光学异构体？25=32，2，2，醛式葡萄糖形成环状后，判断为没有还原性。 准确地说，38、Haworth式(投影式)，无论是d型还是l型，杂羟基和末端羟甲基都是反式的异质头物，顺式是异质头物。 将D-葡萄糖从Fischer式改写为Haworth式的程序，39，3 )、吡喃糖和呋喃糖、开链单糖形成环状半缩醛时，最容易出现五元环(呋喃)和六元环(吡喃)。 D-葡萄糖主要以吡喃糖存在于水溶液中，然后是呋喃糖。 40、D-果糖在水溶液中主要以呋喃糖存在，其次是吡喃糖。 41，练习：以下的化合物中，(1)哪个是半缩酮形式的酮糖(2)哪个是吡喃糖(-D-醛糖哪一个(-L-醛糖哪一个)回答： (1)C (2)D； (3)B； (4)D、42、3、单糖的构象，1 )、构象(conformation ) :分子中的某个原子(基)通过绕C-C单键自由旋转而形成的、容易暂时变化的空间结构形式。 空间位置的变化与共价键的切断无关。 处于最低能量状态的星座被称为优势星座。 43，2 )，构象的描绘方法，各种不同的构象可以通过围绕单键旋转快速相互变化，44，3 )，吡喃糖的构象，吡喃糖环通常采用椅式(chair )和船式(boat )的构象。因为45、葡萄糖船式内比椅式高，椅式的座位远比船式的座位稳定，46、椅式的座位有两种可交换的形式，交换结果是各自c上的直立键和伏卧键交换，47、 由于连接了直立键的取代基比连接了平伏键的取代基的排斥力更大，所以优势的构象应该是，比氢原子大的基团尽可能多地位于平伏键的位置，48，-D-葡萄糖是D-醛糖中唯一的使比氢原子大的基团成为平伏键的构象种子(单糖的分子结构):配置及其相关概念Fisher投影式， 主要单糖的投影式略糖的DL配置旋转的现象(mutarotation )的异头物(体) (anomer )的构象(conformation )，50 )，第二节，单糖、单糖的分子结构2，单糖的性质1，单糖的物理性质2，单糖的化学性质3 旋转现象：随着异构体之间的转移，糖溶液的旋转光度也发生变化的现象称为旋转现象。 52、2 )、甜味度：以蔗糖甜味度为基准(100 )，3 )，溶解性：容易溶于水的醚、丙酮等有机溶剂，53、2、单糖的化学性质，单糖为多羟基的醛或酮，其化学性质由醛基、酮基或醇基决定54、D-GlcD-葡萄糖、1， 2-烯醇式葡萄糖、D-FruD-果糖、D-ManD-甘露糖、Ba(OH)2、Ba(OH)2、1 )、异构化(弱碱的作用p15 )、在碱性水溶液中单糖发生分子重排，通过烯醇中间体相互转化称为弱酸化剂：常用的含有Cu2的碱性溶液、氧化糖酸Fehling试剂： CuSO4、NaOH、酒石酸钾钠Benedict试剂： CuSO4、Na2CO3、柠檬酸钠是常用的测定定量还原糖的试剂，56、 温和氧化剂被氧化成醛糖酸，Br2-H2O强氧化剂被氧化成醛糖二酸：例如，浓HNO 3，57，3 )、单糖的还原(p17 )、h，D-Fru，D-葡萄糖，D-甘露醇，单糖的羰基如NaBH4 形成，58，4 )、糖腋(Osazone，p18 )，很多糖与苯基肼(C6H5NHNH2)反应，可以生成淡黄色的结晶腋。 因为各种糖的糖腋有特异的结晶形和熔点，所以糖腋的生成一般会鉴定各种