糖类的结构和功能1

1、生物化学生物化学杨杨 晶晶生命科学与技术学院生命科学与技术学院北京化工大学科技大厦西配楼北京化工大学科技大厦西配楼613613室室010-64427578010-2、生物化学的涵义：、生物化学的涵义： 生物化学是生物化学是 研究生命现象化学本质的科学。研究生命现象化学本质的科学。 它主要是利用化学的理论和方法研究生命现象。它主要是利用化学的理论和方法研究生命现象。 3、生物化学的研究对象和目的、生物化学的研究对象和目的研究生物体内的化学分子构成，分子结构、性质、功能研究生物体内的化学分子构成，分子结构、性质、功能及其在体内代谢过程。及其在体内代谢过程。糖类的结构及功能糖类的结构及功能一、糖的定

2、义、分类及功能一、糖的定义、分类及功能糖是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称，糖是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称，它包括多羟醛、多羟酮、它们的缩聚物及其衍生物。它包括多羟醛、多羟酮、它们的缩聚物及其衍生物。 例如：例如：葡萄糖为多羟基醛葡萄糖为多羟基醛醛糖醛糖（aldose）果糖为多羟基酮果糖为多羟基酮酮糖酮糖（ketose）1糖（糖（saccharide）的定义）的定义 糖是自然界存在的一类有机物，广泛存在于动、糖是自然界存在的一类有机物，广泛存在于动、植物及微生物体内，尤其以植物含量最多，约占干植物及微生物体内，尤其以植物含量最多，约占干重重80%以上。以上。 一切生物

3、体维持生命活动所需的能量来源；一切生物体维持生命活动所需的能量来源； 生物体合成其它化合物的基本原料生物体合成其它化合物的基本原料C源；源； 参与细胞识别和信息传递；参与细胞识别和信息传递； 与免疫、血型、细胞间联系有关。与免疫、血型、细胞间联系有关。2糖的生理功能：糖的生理功能：一、糖的定义、分类及功能一、糖的定义、分类及功能一、糖的定义、分类及功能一、糖的定义、分类及功能3糖的分类糖的分类按组成及水解情况按组成及水解情况能否水解和水解后的产物分为：能否水解和水解后的产物分为： 单糖：不能被水解为更小的单位，具有一个自由的醛单糖：不能被水解为更小的单位，具有一个自由的醛 基基(酮基酮基)以及

4、两个以上以及两个以上OH。 寡糖：由寡糖：由2-10个单糖缩合而成，水解后产生单糖。个单糖缩合而成，水解后产生单糖。 如：蔗糖、麦芽糖、乳糖等。如：蔗糖、麦芽糖、乳糖等。 多糖：由多个单糖缩合而成，水解后产生多个单糖。多糖：由多个单糖缩合而成，水解后产生多个单糖。 如：如： 淀粉、纤维素、糖原等。淀粉、纤维素、糖原等。 二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质1、单糖的定义及分类、单糖的定义及分类 具有一个自由的醛基具有一个自由的醛基(或酮基或酮基)以及两个以上羟以及两个以上羟基的糖类物质称为单糖。基的糖类物质称为单糖。 按含有羰基官能团的种类分为：醛糖和酮糖按含有羰基官能团的种类分为：醛糖和

5、酮糖甘油醛甘油醛二羟基丙酮二羟基丙酮二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质按所含碳原子的数目分类按所含碳原子的数目分类 醛糖醛糖酮糖酮糖丙糖丙糖丁糖丁糖赤藓糖赤藓糖 戊糖戊糖木酮糖木酮糖 核酮糖核酮糖己糖己糖半乳糖半乳糖 甘露糖甘露糖 庚糖庚糖 景天庚酮糖景天庚酮糖辛糖辛糖 辛酮糖辛酮糖1、单糖的定义及分类、单糖的定义及分类二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质2、单糖的结构、单糖的结构（1）单糖的直链结构及）单糖的直链结构及D、L构型构型 例如：甘油醛分子（最简单的单糖）例如：甘油醛分子（最简单的单糖） * *二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质2、单糖的结构、单糖的结构其他单糖都以

6、甘油醛为标准比较。其他单糖都以甘油醛为标准比较。3C以上的糖有以上的糖有2个以上不对称碳个以上不对称碳C*，故构型的确定以距醛基，故构型的确定以距醛基（或酮基）最远的（或酮基）最远的C*为准：在该为准：在该C*上的上的OH在右边为在右边为D-型糖，型糖， 在在C*上的上的OH在左边为在左边为L-型糖。型糖。二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质2、单糖的结构、单糖的结构（2）单糖的旋光性）单糖的旋光性 由于单糖分子中含有不对称碳原子，且分子本身内部不由于单糖分子中含有不对称碳原子，且分子本身内部不对称，因此单糖具有可使平面偏振光的偏振面发生旋转的性对称，因此单糖具有可使平面偏振光的偏振面发生

7、旋转的性质，此性质称为旋光性。旋光物质在一定条件下都可使偏振质，此性质称为旋光性。旋光物质在一定条件下都可使偏振光的偏振面旋转到一定的角度，此角度称为比旋光度或旋光光的偏振面旋转到一定的角度，此角度称为比旋光度或旋光率，表示为率，表示为 tD。常用。常用d或（或（+）表示物质的右旋性，）表示物质的右旋性，l或（或（-）表示物质的左旋性。表示物质的左旋性。 二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质2、单糖的结构、单糖的结构（3）单糖的环状结构与）单糖的环状结构与-构型构型 五个碳以上单糖除直链结构外还可通过醛（酮）基与其它碳五个碳以上单糖除直链结构外还可通过醛（酮）基与其它碳原子上的羟基成环生成

8、半缩醛形式，形成环状结构。如葡萄糖原子上的羟基成环生成半缩醛形式，形成环状结构。如葡萄糖分子分子C1-C5成六元环成六元环 C1-C4成五元环成五元环吡喃糖吡喃糖 呋喃糖呋喃糖HCOHCCOHCCCH2OHHHOOHHHHO123456HCHCOCHCHH2C吡吡喃喃(Pyran)a-D-吡吡喃喃葡葡萄萄糖糖(a-D-Glucopyranose)HCOHCCOHCCCH2OHHHOHHHO123456OHHCCHCHHCO呋呋喃喃(Furan)a-D-呋呋喃喃葡葡萄萄糖糖(a-D-Glucofuranose)二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质2、单糖的结构、单糖的结构成环后，成环后，C1

9、也成为不对称也成为不对称C*原子，半缩醛羟基可有两种不同的原子，半缩醛羟基可有两种不同的排列方式，由此产生排列方式，由此产生和和两种异构体。两种异构体。、-的确定：的确定： -型：半缩醛羟基与决定型：半缩醛羟基与决定DL构型的羟基同侧为构型的羟基同侧为 -型；型； -型：半缩醛羟基与决定型：半缩醛羟基与决定DL构型的羟基不同侧为构型的羟基不同侧为-型。型。 *环状结构采用另一种书写法，即环状结构采用另一种书写法，即Haworth氏透视式结构氏透视式结构 二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质2、单糖的结构、单糖的结构Fischer式结构式结构123456123456二、单糖的结构及性质二、单

10、糖的结构及性质3、单糖的性质、单糖的性质 单糖分子除了具有上述的旋光性和变旋性外，由于其分子单糖分子除了具有上述的旋光性和变旋性外，由于其分子结构上存在醛基，酮基，羟基等官能团，因此在特定条件下可结构上存在醛基，酮基，羟基等官能团，因此在特定条件下可以发生氧化还原反应，酯化反应，形成糖苷等反应。以发生氧化还原反应，酯化反应，形成糖苷等反应。 （1）氧化反应）氧化反应RCHO2Ag(NH3)2+2OH-RCOO-2Ag3NH3NH4+H2ORCHO2Cu2+5OH-RCOO-Cu2O3H2O斐林氏反应斐林氏反应杜伦氏反应杜伦氏反应二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质3、单糖的反应、单糖的反应

11、单糖的醛基和伯醇基都易被氧化单糖的醛基和伯醇基都易被氧化 二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质3、单糖的反应、单糖的反应（2）酯化反应）酯化反应 单糖具有多个醇性羟基，故具有醇的性质。尤其是半缩单糖具有多个醇性羟基，故具有醇的性质。尤其是半缩醛羟基更活泼，容易与酸反应生成酯。醛羟基更活泼，容易与酸反应生成酯。 二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质3、单糖的反应、单糖的反应（3）形成糖苷）形成糖苷环状单糖是一种半缩醛，它的半缩醛羟基与另一含羟基化合物环状单糖是一种半缩醛，它的半缩醛羟基与另一含羟基化合物（或其他非羟基化合物）缩合生成的缩醛类物质，称为糖苷。（或其他非羟基化合物）缩合生成的

12、缩醛类物质，称为糖苷。+二、单糖的结构及性质二、单糖的结构及性质（1）掌握）掌握D- /L-型和型和 -/ -型的定义，明确两者的关系与区别型的定义，明确两者的关系与区别 单糖的直链结构以距醛基最远的不对称碳原子为准，人单糖的直链结构以距醛基最远的不对称碳原子为准，人 为规定为规定D-型和型和L-型。单糖的环状结构则以半缩醛碳上的型。单糖的环状结构则以半缩醛碳上的 羟基与决定直链结构构型的碳上的羟基处于碳链的同一羟基与决定直链结构构型的碳上的羟基处于碳链的同一 边者为边者为 -型；不同边者为型；不同边者为 -型。型。（2）单糖具有氧化还原，成酯，成糖苷的能力。）单糖具有氧化还原，成酯，成糖苷的

13、能力。三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖1、寡糖、寡糖若干个单糖间若都以糖苷键相连接，单糖基数为若干个单糖间若都以糖苷键相连接，单糖基数为210个构成个构成的糖类物质，称为寡糖或低聚糖。的糖类物质，称为寡糖或低聚糖。常见的寡糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖等常见的寡糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖等（1）蔗糖）蔗糖： 葡萄糖葡萄糖果糖果糖。 广泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。广泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。因为葡萄糖与果糖结合成蔗糖后其醛基和酮基都完全丧失，因此，因为葡萄糖与果糖结合成蔗糖后其醛基和酮基都完全丧失，因此，蔗糖没有还原性。蔗糖没有还原性。 OHOHHHOHHOHCH2OHHCH2OHHCH2OHOHHHHO

14、OO12345612345蔗糖 -葡萄糖（葡萄糖（12）果糖苷）果糖苷 或或 -果糖（果糖（21）葡萄糖苷）葡萄糖苷三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖1、寡糖、寡糖（2）麦芽糖麦芽糖：葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖，谷物发芽的种子中含有麦芽糖，谷物发芽的种子中含有麦芽糖 淀粉水解后大多能得到麦芽糖。还原性糖淀粉水解后大多能得到麦芽糖。还原性糖 （3）乳糖乳糖：半乳糖半乳糖葡萄糖葡萄糖， 主要存在于动物乳汁中。主要存在于动物乳汁中。 还原性糖。还原性糖。 三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖1、寡糖、寡糖OOHHHHOHHOHCH2OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHH -半乳糖（半乳糖（14）葡萄糖苷）葡萄

15、糖苷三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖 多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物，包含多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物，包含20个以上单糖分子，是一类结构复杂的大分子物质，广泛的存个以上单糖分子，是一类结构复杂的大分子物质，广泛的存在于动物，植物中。在于动物，植物中。多糖的共性：无还原性、无变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的共性：无还原性、无变旋现象，无甜味，大多不溶于水。常见的几种多糖：淀粉、糖原、纤维素等。常见的几种多糖：淀粉、糖原、纤维素等。（1）淀粉：）淀粉：由多个由多个-D-葡萄糖组成。存在于植物的根茎和种子葡萄糖组成。存在于植物的根茎和种子 中。中。直链

16、淀粉：直链淀粉：-D-葡萄糖，以葡萄糖，以-1，4糖苷键相连。糖苷键相连。三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖直链淀粉直链淀粉三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖直链淀粉分子的空间构象是卷曲成螺旋形的，每一回转为直链淀粉分子的空间构象是卷曲成螺旋形的，每一回转为6个个葡萄糖基，淀粉在水溶液中混悬时就形成这种螺旋圈。葡萄糖基，淀粉在水溶液中混悬时就形成这种螺旋圈。 由于由于封闭型螺旋线型结构紧密，利于形成较强的分子内氢键而不利封闭型螺旋线型结构紧密，利于形成较强的分子内氢键而不利于与水分子接近，因此，直链淀粉水溶性较差。于与水分子接近，因此，直链淀粉水溶性较差。直链淀粉与碘反应显直链

17、淀粉与碘反应显蓝色蓝色三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖支链淀粉：支链淀粉：-D-葡萄糖，以葡萄糖，以-1，4糖苷键相连成主链，糖苷键相连成主链， 分支处以分支处以-1，6糖苷键相连。糖苷键相连。支链淀粉高度分支性，利于与溶剂水分子作氢键结合，有助于支支链淀粉高度分支性，利于与溶剂水分子作氢键结合，有助于支链淀粉分散在水中。支链淀粉与碘反应变链淀粉分散在水中。支链淀粉与碘反应变紫红色紫红色。三、寡糖和多糖三、寡糖和多糖2、多糖、多糖 （2）糖原）糖原: 动物淀粉动物淀粉 存在：动物体的肝脏（肝糖原），肌肉（肌糖原）存在：动物体的肝脏（肝糖原），肌肉（肌糖原）, ,肾脏（肾糖原肾脏（肾糖原) 结构：以结构：以-D-葡萄糖为基