第三章糖类的结构与功能

1)元素组成糖类物质由碳、氢、氧三种元素组成。多数糖类所含碳及氢氧元素的通式为Cn(H2O)m，过去常将糖类物质称为“碳水化合物”。甲醛(HCHO)[C(H2O)]、乙酸(CH3COOH)[C2(H2O)2]、乳酸(CH3CHOH·COOH)[C3(H2O)6]等不是糖。鼠李糖(C6H12O5)、脱氧核糖(C5H10O4)等是糖。一、概述1、糖的定义与组成1第一页，共四十八页。是不是所有的糖都有甜味呢？乳糖是没有甜味的糖；乙二醇、甘油虽有甜味，但不是糖。

2第二页，共四十八页。2）定义糖类物质是一类多元醇的醛或酮衍生物包括多羟基醛、多羟基酮和它们的缩聚物及其衍生物葡萄糖果糖3第三页，共四十八页。2、糖的分类

单糖糖寡糖多糖最简单的糖，不能被水解由2-10个单糖分子缩合而成，水解为几分子单糖。由许多单糖分子缩合而成的，水解后可生成许多分子单糖。组成糖缀化合物或复合糖4第四页，共四十八页。同多糖多糖杂多糖相同的糖不相同的糖胞外多糖多糖胞内多糖胞壁多糖组成分布多糖功能结构多糖贮存多糖抗原多糖5第五页，共四十八页。3、糖类的生物学功能

1）提供能量植物的淀粉和动物的糖原，人体所需要的７０％左右的能量由糖提供。

2)提供碳骨架为蛋白质、核酸、脂类的合成提供碳骨架。3)细胞的骨架纤维素、半纤维素、木质素(对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇形成的一种复杂酚类聚合物)是植物细胞壁的主要成分，肽聚糖(N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替连接的杂多糖与不同组成的肽交叉连接形成的大分子)是细胞壁的主要成分。4)细胞间识别和生物分子间的识别细胞膜表面糖蛋白的寡糖链参与细胞间的识别。一些细胞的细胞膜表面含有糖分子或寡糖链，构成细胞的天线，参与细胞通信。6第六页，共四十八页。糖对人体的危害

蔗糖是含有最高热值的碳水化合物，过量摄入会引起肥胖、动脉硬化、高血压、糖尿病等疾病。7第七页，共四十八页。二、单糖的结构1、单糖开链结构

1）甘油醛结构

8第八页，共四十八页。2）单糖的构型

9第九页，共四十八页。2、单糖的环状结构（Fischer式）半缩醛羟基

D-葡萄糖吡喃呋喃10第十页，共四十八页。α和β构型

异头碳原子

α-D(+)-呋喃型葡萄糖β-D(+)-吡喃型葡萄糖α-D(+)-吡喃型葡萄糖β-D(+)-吡喃型葡萄糖11第十一页，共四十八页。3、哈渥斯氏透视式结构12第十二页，共四十八页。直链碳链右边的羟基写在环的下面，左边的羟基写在环的上面；当糖环形成后还有多余的碳原子时(未成环的碳原子)，如果直链环是向右的，未成环碳原子规定写在环之上，反之写在环之下。13第十三页，共四十八页。4、单糖的构象14第十四页，共四十八页。5、重要的单糖及其衍生物（1）D-（-）-核糖和D-（-）-2-脱氧核糖

核糖以糖苷的形式存在于酵母和细胞中，是核酸以及某些酶和维生素的组成成分。（2）D-（+）-葡萄糖

D-（+）-葡萄糖在自然界中分布极广，尤以葡萄中含量较多。（3）D-（+）-半乳糖

半乳糖与葡萄糖结合成乳糖，存在于哺乳动物的乳汁中，是己醛糖，是葡萄糖的非对映体。（4）D-（-）-果糖

D-果糖以游离状态存在于水果和蜂蜜中，是蔗糖的一个组成单元。1）重要的单糖15第十五页，共四十八页。2）、单糖衍生物糖醇：较稳定，有甜味。甘露醇糖醛酸葡萄糖醛酸氨基糖氨基葡萄糖山梨醇D-（+）-葡萄糖

16第十六页，共四十八页。糖苷单糖的半缩醛上羟基与糖或非糖物质缩合形成的化合物；糖苷的非糖物质称配基或非糖体；配基是另一分子单糖，所生成的糖苷为二糖；糖苷是缩醛，单糖是半缩醛。半缩醛易变为醛式，性质较活泼，糖苷需水解后才能分为糖与配糖体，糖苷较稳定。17第十七页，共四十八页。四、寡糖寡糖是少数几个单糖通过糖苷键连接起来的缩醛衍生物。1、定义构成寡糖的单糖基数一般为2-10个，若糖基数大于10则称为多糖或高聚糖。已知天然存在的寡糖，糖基数大多为2-6。寡糖分为二糖、三糖、四糖等。18第十八页，共四十八页。2、二糖二糖是两分子单糖失去一分子水缩合成的。糖苷键的表示方法：指出连接两个碳原子的位置。糖苷键的构型由提供半缩醛(酮)羟基的构型决定。提供半缩醛(酮)羟基糖的碳位用箭头指向配基的碳位。19第十九页，共四十八页。20第二十页，共四十八页。常见的二糖蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、异麦芽糖、龙胆二糖、海藻糖和乳糖等。21第二十一页，共四十八页。蔗糖，光合作用的主要产物，广泛分布于植物体内，特别是甜菜、甘蔗和水果。生产

将甘蔗或甜菜用机器压碎，收集糖汁，过滤后用石灰处理，除去杂质，再用二氧化硫漂白；将经过处理的糖汁煮沸，抽去沉底的杂质，刮去浮到面上的泡沫，然后熄火待糖浆结晶成为蔗糖。纯度的高低可分为三种：白糖、砂糖和片糖。蔗糖为什么会有甜味

甜味理论，认为许多有甜味的化学物质存在着距离为0.3nm的两个能形成氢键的基团，这两个基团必须是分离的而不致互相合。舌头上有配合形成氢键的一边，当甜味物质的一部分键合到舌头上的一边，特殊的神经细胞就传出一系列的信息，感觉到甜味。

糖精的甜味比蔗糖高300～500倍。蔗糖α-葡萄糖（12）-β果糖22第二十二页，共四十八页。

定义：由多个单糖基以糖苷键相连接形成的高聚物。五、多糖分类：多糖有同聚多糖和杂多糖。1、多糖性质：多糖没有还原性，无甜味，大多不溶于水，有的与水形成胶体溶液。分布：动物的骨架纤维素、动植物贮藏成分淀粉、糖原，昆虫与节肢动物的甲壳质、植物的粘液等，由多糖组成的。23第二十三页，共四十八页。结构：单糖的组成、糖苷键的类型及单糖的排列顺序。生物功能：某些多糖，可构成植物或动物骨架（如纤维素和几丁质）。可作为生物体储存能量的物质（如淀粉和糖原等多糖）。不均一多糖通过共价键与蛋白质构成蛋白聚糖发挥生物学功能，如作为机体润滑剂、识别外来组织的细胞、血型物质的基本成分等。

24第二十四页，共四十八页。2、淀粉

1）存在：存在于植物的根、茎或种子中，是贮存多糖。2）分类：

直链淀粉15~25%；

支链淀粉75～85％。25第二十五页，共四十八页。3）直链淀粉：（14）糖苷键聚合而成一级结构26第二十六页，共四十八页。呈螺旋结构27第二十七页，共四十八页。4）支链淀粉结构特征：主链α—(1，4)糖苷键11-12个葡萄糖残基后即产生一个分支支链α—(1，6)糖苷键24-32个葡萄糖残基28第二十八页，共四十八页。5）淀粉性质（1）水溶性直链淀粉，水溶性较差，支链淀粉可分散水中

29第二十九页，共四十八页。（2）碘显色直链淀粉为蓝色，支链淀粉为紫红色当淀粉形成螺旋圈时，碘分子进入其中，糖的羟基成为供电子体，碘分子成为受电子体，形成络合物。当链长小于6个葡萄糖基时，不能形成一个螺旋圈，不能呈色。当平均长度为20个葡萄糖时红色，大于60个葡萄糖基时是蓝色。支链24-32个葡萄糖残基30第三十页，共四十八页。（3）水解31第三十一页，共四十八页。4）分布广泛分布于植物种子和块根中，米中达62～82％、麦中达57～75％、马铃薯中约12～14％。32第三十二页，共四十八页。3、糖原

1）存在及作用：糖原是动物体内的储存多糖，相当于植物体内的淀粉，称为动物淀粉。糖原主要分布在动物的肝脏(肝糖原)和骨骼肌(肌糖原)，肝脏中糖原含量与血糖的水平高低有关，（肌糖原主要供肌肉收缩时能量的需要）。人体需要能量时，肝糖原经分解并进入血液而变成葡萄糖，供机体消耗；在饭后或其他情况下血中葡萄糖的含量升高时，多余的葡萄糖又可以转变成糖原而储存于肝中。33第三十三页，共四十八页。结构特征：主链α—(1，4)糖苷键，每3—5个葡萄糖基就有一个分支支链α—(1，6)糖苷键10-14个葡萄糖2）结构3）性质：遇碘呈红紫色4）生物功能：供能和供碳34第三十四页，共四十八页。4、纤维素1）存在：自然界中最丰富的有机化合物，分子量约50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基。占植物界碳含量的50％以上，棉花纤维素含量达97％—99％（为天然的最纯纤维素来源），木材纤维素占41％—53％，纤维素是植物细胞壁的主要组成成分，是植物中的结构多糖，在某些被囊类动物中发现，纤维素是重要的造纸原料。35第三十五页，共四十八页。2）结构：纤维素是一种线性的由D—吡喃葡萄糖基借β(1，4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。36第三十六页，共四十八页。纤维素分子以氢键构成平行的微晶束，纤维素微晶间氢键很多，微晶束相当牢固。37第三十七页，共四十八页。3）纤维素性质：溶解性：纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于铜氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和铜乙二胺[NH2CH2CH2NH2]Cu（OH）2溶液等。水可使纤维素发生有限溶胀，某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化，超过这温度脱水而逐渐焦化。化学性质：纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等，与较浓的苛性碱溶液作用制备羧甲基纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素（用于止血）。38第三十八页，共四十八页。3）纤维素生物功能A：食物草食动物依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解，吸收利用。B：助消化（第七种营养素）①有助于肠内大肠杆菌合成多种维生素。

②纤维素比重小，体积大，在胃肠中占据空间较大，使人有饱食感，有利于减肥。

③纤维素体积大，进食后可刺激胃肠道，使消化液分泌增多和胃肠道蠕动增强，可防治糖尿病的便秘。

④纤维素使葡萄糖代谢加强。

⑤节省胰岛素的需要量，糖尿病患者进食高纤维素饮食，不仅可改善高血糖，减少胰岛素和口服降糖药物的应用剂量，并且有利于减肥，还可防治便秘、痔疮等疾病。

纤维素的主要生理作用是吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。不含纤维素食物有：鸡、鸭、鱼、肉、蛋等；含大量纤维素的食物有：粗粮、麸子、蔬菜、豆类等。纤维理想的摄入量是每天不少于35克。蔬菜中含有丰富的纤维素。39第三十九页，共四十八页。5）半纤维素存在：

组成大量存在于植物的木质化部分如秸秆、种皮、坚果壳、玉米穗轴等，其含量依植物种类、部位、老幼而异。半纤维素是是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，与纤维素一同存在于植物细胞壁中的多糖的总称（除纤维素以外的全部碳水化合物(果胶质与淀粉除外)），没有相应的特定的化学结构

。构成半纤维素的单糖基有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖及糖醛酸等。有的半纤维素是均一多糖，有的则是混合多糖。40第四十页，共四十八页。结构：由N—乙酰—D—氨基葡萄糖以β(1，4)糖苷键缩合成的同多糖，在链间以氢键交联集合成片；由于氢键比纤维素多，比较坚硬．是藻类、昆虫、甲壳动物的结构材料。5、壳多糖（甲丁质）甲壳素应用：用作粘接剂、上光剂乳化剂等原料。41第四十一页，共四十八页。由数个葡萄糖分子聚合而成的同多糖。仅由D-葡萄糖组成，主链是α（1，6）键，也有α（1，4）或α（1，3）键的支链。葡萄糖为白色粉末，在输血过程中可代替一部分全血，作为血浆体积的扩充剂（称为代血浆）。葡聚糖制成的凝胶常用来进行生化分离，如柱层析。6、葡聚糖42第四十二页，共四十八页。六、糖复合物

1、定义：糖的还原端和其他非糖组分以共价键结合的复合物，又称糖缀合物。糖复合物包括糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖。43第四十三页，共四十八页。2、糖蛋白与蛋白多糖

糖蛋白以蛋白质为主，糖为辅，如卵清蛋白含1%糖基。蛋白多糖以多糖为主，蛋白质为辅，如粘蛋白，糖基高达80%。44第四十四页，共四十八页。含糖基支链结构的糖蛋白45第四十五页，共四十八页。糖蛋白的功能与糖链的关系

糖链赋予糖蛋白特殊理化特性，如呼吸、消化等分泌的粘蛋白，含有大量的唾液酸及硫酸多糖等，富有弹性、粘性而起润滑或保护功能。糖链可直接参与生物学作用，有的糖链可起稳定肽链的作用，增强其对蛋白酶及热变性的抵抗，例如酵母中的蔗糖酶脱掉了糖基链后则变性后不易复性。糖蛋白中糖基的作用作为蛋白质的特殊标记物，成