糖的化学优秀公开课

糖的化学2014-3-4糖的化学1855年ClaudeBernard鉴定了“肝的原样物质”是葡萄糖的一种储藏形式。1923年M.Heidelberger和T.Oswald提出细菌的抗原部分是由糖类物质组成而不是蛋白质。1936年Shera实验证实多糖有抗肿瘤作用1958年Brander报道了酵母细胞壁多糖(Zymosan)具有抗肿瘤活性。1969年日本学者千原郎首次报道了从香菇子实体中分离出一种抗肿瘤多糖(lentinan,LNT)1988年DwekRademache和Parekh首先创立了“糖生物学(glycobiology)”。2003年美国《TechnologyReview》刊文称,在基因组学和蛋白质组学后,糖组学(glycomics),有望取得突破性进展。愈来愈多的研究发现,人的生命过程几乎都与糖链有关:细胞间通讯,识别和相互作用细胞的运动和粘附病原与宿主细胞的作用等等.

这是因为糖链携带着生物信息.它在细胞表面的分子识别过程中起着决定性作用.血型

----红血球表面糖链末端糖基的不同恶性肿瘤细胞与正常细胞的不同

----糖链的不同

1995年Hirabayashi提出“类似于基因密码,可能也存在多糖密码”的论点.动物细胞表面富含糖类的结构，也称为糖萼。用钌红染色后，在电镜下可显示厚约10~20nm的结构，边界不甚明确。作用：保护、通信、并与细胞表面抗原性有关。红细胞质膜上的糖鞘脂是AB0血型系统的血型抗原，糖链结构基本相同，但末端糖基不同。A型血的糖链末端为N-乙酰半乳糖；B型血为半乳糖；O型血则缺少这两种糖基。Simplifieddiagramofthecellcoat(glycocalyx)多糖的研究己愈来愈受到人们的关注.——国内外正在形成热点生物细胞特征:

繁殖(复制)⇌凋亡----平衡平衡破坏:细胞过度增生---组织表面大体积堆积(肿瘤)---增生细胞基因突变(癌)癌细胞源于正常细胞找既抑制癌细胞又不伤正常细胞----困难

多糖是一种免疫调节剂

(激活机体免疫反应)，但也有少数多糖具直接杀死癌细胞作用或两者俱存。----治疗机体免疫功能受到严重损伤的癌症和爱滋病----治疗多种免疫缺损疾病和某些细菌,病毒引起的疾病----多糖还具有明显的抗病毒、抗感染、降血糖、降胆固醇、降血脂以及刺激神经细胞生长作用。但是多糖的研究毕竟起步较晚----各方面尚须进行深入的研究----大量新的活性多糖有待于研究与开发----作用机制有待于完善多糖作为药物的最大特点是毒副作用很小美国学者M.Yalpani认为:“至今多糖在生物技术领域仍是一个沉睡的巨人,有待于大家去唤醒.”可以预言:活性多糖的研究与开发将成为生命科学中的重要课题.糖在机体的重要性1、糖是机体重要组成成分之一2、糖对于人和动物体来说是主要的供能物质3、糖是自然界能量储存的一种重要形式4、糖类也具有多种多样的生物学功能

5、糖类也具有结构作用糖的分类（根据其能否被水解）单糖：不能再水解的糖；寡糖：水解能生成2~10个单糖分子的糖；多糖：能水解生成许多单糖的高分子化合物。同多糖：由一种单糖组成的多糖；杂多糖：多种单糖或单糖衍生物组成的单糖。单糖构成各种糖分子的基本单元，不能再水解成更简单的糖，也可以说单糖是具有两个或多个羟基的醛或酮。（1）最简单的单糖－丙糖（2）丁糖D-赤藓糖、D-赤藓酮糖（3）戊糖－核糖、脱氧核糖32145D-核糖32145核酮糖(木糖)木糖醇葡萄糖与果糖123456123456蔗糖112α-D-葡萄糖苷-（1→2）-β

-D-果糖乳糖β-D-葡萄糖苷-（1→4）-β-D-半乳糖14多糖（Polysaccharide）由多个单糖分子脱水缩合而成的长链高分子聚合物。其结构有线型的，也有分枝的，如淀粉、纤维素、甲壳素、肝素。多糖一、多糖的分类1、多糖按其来源分为：（1）植物多糖：淀粉、纤维素、茶叶多糖、大黄多糖（2）动物多糖：肝素、硫酸软骨素、甲壳素（3）微生物多糖：香菇多糖、银耳多糖、芸芝多糖（4）人工合成多糖：人造纤维素2、多糖按其组成来分（普遍采用）：（1）同聚多糖：由若干个相同的单糖分子缩合而成。如淀粉、糖原、纤维素（2）杂聚多糖：由若干个不同的单糖和糖的衍生物缩合而成。如波叶大黄、绝大多数植物多糖（淀粉、纤维素除外）。中草药多糖都是杂聚多糖。（3）粘多糖：含糖醛酸及氨基糖或其衍生物的多糖，通常是这两种不同单糖（糖醛酸、氨基糖或其衍生物）交替出现的长链聚合物。如透明质酸（4）糖蛋白：是指糖以共价键与蛋白相连，同时其糖类部分含有氨基己糖的一类多糖。如中药大黄中分得两多糖均为糖蛋白，细菌胞壁也含有糖蛋白。（5）脂多糖：指糖与脂类结合的一类多糖。如猪胎盘脂多糖、人胎盘脂多糖。二、多糖的性质1、物理性质（1）分子量大（2）无甜味、在水中不能成真溶液，有的可溶于热水成胶体溶液、有的冷热水都不溶。（3）不溶于乙醚、乙酸、丙酮、氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂（所以提取多糖时往往是加三倍乙醇沉淀）。（4）有旋光性，但无变旋现象。2、化学性质(1)单糖是由CHO元素组成的多羟基醛或酮，分之中H与O的比例是2:1，所以多糖分之中H:O比例也是2:1。(2)不对称碳原子（手性碳原子），所以有旋光性。(3)有醇性羟基，环状结构有半缩醛羟基，链状结构有自由醛基或自由酮基。由此而产生的多糖的重要化学三、自然界存在的重要多糖淀粉（Amlyon）淀粉的分类用热水处理淀粉可分为：（1）可溶性部分－－直链淀粉（2）不溶部分－－支链淀粉直链淀粉（1）占天然淀粉量的20％～30％，药物辅料中的可溶性淀粉（冲剂中一般用）就是这一种。（2）MW在50,000左右。（3）结构：支链淀粉（1）占天然淀粉量的70％～80％。（2）MW＝1百万左右.（3）结构：-1,6苷键-1,4-苷键淀粉的性质（1）与碘作用而呈现颜色反应直链淀粉与碘作用呈蓝色，支链淀粉与碘作用呈紫红色由此可鉴别直链与支链淀粉。（2）直链淀粉溶于70～80℃热水，而支链不溶于热水。由此可将两者分开。（3）直链淀粉可与极性溶剂如正丁醇作用形成复合物而沉淀析出，而与支链淀粉分开。淀粉的功能（1）重要营养素：人类活动所需的能量大部分由食物淀粉提供。（2）淀粉也是制药工业（发酵产抗生素）、酿酒等原料。糖原糖原是动物体内贮存的主要多糖，也称动物淀粉。1、糖原的结构与性质（1）糖原的结构与支链淀粉是十分相似的。（2）糖原的性质也与支链淀粉相似。

2、糖原的生物合成及生理功能纤维素是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。纤维素的结构：（1）不含支链（2）D－葡萄糖残基之间是以β-1,4-糖苷键连接。纤维素的结构-1,4-苷键淀粉的结构-1,4-苷键纤维素的性质极不溶于水，对酸水解有较强的抵抗力，但能溶于发烟盐酸、浓硫酸、浓磷酸。反刍动物体内有水解β-1,4-糖苷键的纤维素酶，可利用纤维素作为能源。纤维素的功能及意义生物学的主要功能：细胞结构的重要组成成份作为植物或微生物细胞的外壁支撑和保护物质，使细胞具有足够的抗涨韧性和刚性。重要意义：作为生物圈中维持自然界和营养物质稳恒的贮存物质，如果自然界中纤维素的含量不是如此巨大，纤维素的化学性质也不会如此稳定，地球上大气中的CO2含量将会骤增。天然纤维是地球上最重要、最丰富的可再生资源，如果能使其充分有效地利用是缓解当今人类面临粮食、能源、环保三大危机的重要途径之一。特性：纤维素难溶于水，人体不能消化吸收，对人类无营养价值，但有刺激肠道蠕动的生理作用。某些微生物和昆虫能消化纤维素。反刍动物能利用纤维素作养料，它们体内含有能分解纤维素的微生物。纤维素在稀酸液中不易水解，在强酸溶液中加热可分裂成纤维二糖。用途：生产葡萄糖的原料酒精发酵原料生物制氢原料生物饲料原料生物肥料原料造纸原料生产地膜原料生物质转化的原料粘多糖广泛存在于动植物组织中，作为组织细胞间天然黏合剂的一类多糖，在维持细胞环境的相对稳定性和正常生理功能上起重要作用。人和动物的生长、创伤愈合、抗菌、抗炎、抗过敏、成骨、组织老化、动脉硬化和胶原病等都与粘多糖有密切关系。1透明质酸（Keytothefountainofyouth）广泛分布于结缔组织、皮肤、眼球的玻璃体、角膜、细胞间质、关节炎、恶性肿瘤组织和某些细菌细胞壁中，因其具有很强吸水性，在水溶液中能形成粘度很大的胶状液，故有粘合和保护细胞的作用。由于其很强的吸水性，所以在皮肤组织中起很强的保湿作用。D葡萄糖醛酸N乙酰葡糖胺2硫酸软骨素从猪喉鼻软骨中提取得到，硫酸软骨素结构与透明质酸相似，但组成的单糖不同。硫酸软骨素A、C是细胞外膜、软骨、骨、角膜和脊椎动物的其他结缔组织的重要构成组成。硫酸软骨素B又名硫酸皮肤素，是皮肤结构的粘多糖。临床上主要用硫酸软骨素来治疗偏头痛、关节炎、降血脂和防治冠心病。D葡萄糖醛酸N乙酰氨基半乳糖3肝素肝素是动物体内的一种天然抗凝血物质，由于最早在肝脏中发现，故称为肝素，也存在于肺、肌肉、血管壁、肠粘膜等组织中，正常血液中几乎没有。（1）肝素分子结构中组成的单糖是氨基葡萄糖、艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。（2）临床上肝素用作血液体外循环时的抗凝剂，也用于防止血栓的形成，但由于肝素对血液凝固系统几个环节强烈的抑制作用，使用时常伴有出血、血小板减少及骨质疏松等副作用。但小分子量的肝素副作用较小。肝中含量最为丰富，因此得名。广泛分布于哺乳动物组织和体液中。猪胃粘膜中含量十分丰富，肺、脾、肌肉和动脉壁肥大细胞中肝素含量也很高。生物功能：它具有阻止血液凝固的特性，输血时广泛以肝素为抗凝剂，临床上常用于防止血栓形成。几丁质几丁质(chitin)，又称甲壳质、甲壳素、几丁聚糖，是N-乙酰葡糖胺的聚合物。脱乙酰化产物为壳聚糖(chitosan)。广泛存在于真菌类、藻类细胞壁;贝类、节肢动物、甲壳动物外壳（虾、螃蟹等）;昆虫角皮中，是地球上最丰富的高分子有机物之一。其在自然界的贮存量仅次于纤维素居于第二位。几丁质结构几丁质化学结构和植物纤维素相似，都是六糖多聚体，分子量100万以上。基本单位是乙酰葡萄糖胺，是由1000-3000个乙酰葡萄糖胺残基通过-1,4糖苷键连接的聚N-乙酰葡萄糖胺。壳聚糖(chitosan)基本单位是聚葡萄糖胺，是几丁质脱乙酰化的产物。几丁质的性质一般是与protein结合而存在于自然界，分子量从几十～几百万，不溶于水和酸碱，不能被人体吸收利用。浓碱处理可是其部分或全部脱掉乙酰基而成为壳聚糖,该产品可溶于烯酸，分子量低，在7000左右，约含有30个左右的葡萄糖胺残基，易被人体吸收，化学性能活拨，其中的脱乙酰化程度越高，发挥其生理效果越大。用途药物辅料：人造皮肤、手术缝合线（不用拆线）络合回收金属离子（贵重金属离子）降血脂、消炎、杀菌剂（伤口愈合剂）食品添加剂（保鲜剂）同样具有保湿作用、也大量用于化妆品中。其他多糖1、半纤维素2、琼脂3、树胶和粘胶4、果胶5、藻类物地衣类多糖多糖的分离、纯化、降解（P12）灵芝多糖灵芝是营养、保健价值极高的一种食药真菌。在我国自古就有“仙草”的美誉。根据记载灵芝的药效，能“治胸中结，溢心气”，“入心生血，助心充脉”，“安神”、“益肺气”、“益脾气”、“益精气”、“益肝气”等，对全身均有滋补作用。现代医学研究表明，灵芝用于治疗肝、肾病，高血压，高血脂，神经衰弱，心血管疾病以及抗肿瘤等都有良好的临床疗效。已知灵芝属约有100多种，其中以赤芝和紫芝的药理价值最高，临床上主要也是使用这两种灵芝。我国是灵芝真菌资源丰富的国家，它们多生长在浙江、江西、湖南、广西、云南、贵州、福建、海南等地区，是中国特有的灵芝种类。灵芝含有有机锗、高分子多糖、灵芝酸及腺嘌呤核苷等生物活性成分。灵芝多糖是灵芝的主要生物活性成分，灵芝多糖主要存在于天然灵芝子实体和菌丝体中，以及采用发酵方法的细胞外多糖。灵芝子实体多糖种类很多，有水溶性多糖、酸性多糖和碱性多糖。大部分多糖以-1,6或-1,3、1,6及1,4为主链,其侧链数目大小不一，组成侧链的糖基成分复杂。分子量大约在1×104-4×104左右。灵芝多糖以杂多糖为主，主要含有的单糖：D-岩藻糖、D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖。通过发酵方法生产灵芝菌丝体可显著提高多糖含量。从灵芝菌丝体中提取的多糖，其分子量大约也在1×104-4×104的范围。由D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-木糖、L-岩藻糖、L-鼠李糖所组成，是以β糖苷键相连结的杂多糖。从液态发酵的灵芝发酵液中分离得到两种胞外多糖-水溶性多糖和水不溶性多糖。水溶性多糖由半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖组成，水不溶性多糖为葡聚糖。灵芝多糖具有：抗肿瘤抗氧化抗衰老提高免疫力活血化瘀等生物活性。灵芝多糖的一般提取工艺：采用冷、热水、冷、热碱液分别从灵芝菌丝体和子实体中提取灵芝多糖,使多糖获得初步分级。发酵液进行离心，上清液浓缩，加入了3倍体积的95%乙醇，5～10℃下静置12h以上，沉淀获得灵芝胞外粗多糖。选用层析法纯化多糖，使多糖纯度达到96%以上。粗多糖溶液祛除杂蛋白蛋白酶法Sevage法柱层析多糖纯品离子交换层析分子筛层析多糖的DEAE-SephadexA-25柱层析多糖的sephadexG-200柱层析糖类的生物活性及药理作用一、目前已发现的糖类药物（一）单糖类葡萄糖：制备大输液氨基葡萄糖：治疗关节炎甘露醇、山梨醇：降低颅内压、抗脑水肿（二）低聚糖蔗糖、麦芽糖、乳糖、果糖右旋糖苷：右旋糖酐70为血容量扩充剂，其相对分子质量与人血白蛋白相近，具有提高血浆胶体渗透压、增加血浆容量和维持血压的作用。可使聚集的血小板解聚，防止血栓形成。甘露聚糖：

本品为a2溶血性链球菌33#菌株绎深层提练而成的其免疫活性的a-甘露聚糖肽类物质，具有增强机体免疫功能和激活吞噬细胞、升高外周白细胞的作用；能提高骨髓造血机能和机体应激能力。（三）糖的衍生物1，6－二磷酸果糖：治疗急性心肌缺血休克、心肌梗塞葡萄糖酸内脂：治疗肝炎、肝中毒葡萄糖酸钙：钙补充剂（四）多糖类1、来源于植物的具有一定生物活性和药理作用的多糖。黄芪多糖、人参多糖、刺五加多糖、麦麸多糖、黄精多糖、昆布多糖、菊糖、褐藻多糖、波叶多糖、茶叶多糖、葡萄皮脂多糖、麦秸半纤维素B、针裂蹄多糖、酸多糖、枸杞多糖、当归多糖、人参多糖、地衣多糖2、来源于微生物的多糖猪苓多糖、银耳多糖、香菇多糖、灵芝多糖、黑木耳多糖、芸芝多糖、茯苓多糖、毛木耳多糖、大肠杆菌脂多糖、变形杆菌热源多糖、3、来源动物的多糖肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、透明质酸、壳多糖、胎盘脂多糖二、多糖的生物活性和药理作用（一）对免疫功能的调节作用（二）抗肿瘤作用（三）抗衰老作用（四）促进细胞DNA、蛋白质合成、促进细胞的增殖生长。（五）抗感染作用（六）抗辐射损伤作用和升白作用（七）降血脂和抗凝血作用三、多糖生物学功能及其开发主要作用机理：通过激活免疫细胞（T细胞、B细胞、活化补体巨噬细胞、自然杀伤细胞、细胞毒T细胞等），促进细胞因子生成等途径对免疫系统发挥多方面的调节作用。产品：抗肿瘤、艾滋病；新型免疫性药物；新型免疫、抗感染功能，对正常细胞没有毒副作用；抗疲劳、抗衰老，平衡人体生理机能。降血脂、抗辐射的综合治疗药品和保健品。市场：中国大陆目前癌症病人＞600万，肝炎病人约1亿，按5%使用率、10g/M.a计算，年需多糖产品约53吨。近年我国适合此类病人的多糖的总产量不足2吨，市场缺口大四、我国糖类药物的研究现状一、单糖和寡糖类1,6-二磷酸果糖（TDP）：是EMP途径的一个重要代谢中间产物，属于高能化合物，对人体代谢调节、补充能量等有重要作用，是大输液中的重要组分之一。用于治疗急性心机缺血性休克、心肌梗塞二、多糖类目前上市的有：香菇多糖，猪苓多糖注射液，芸芝多糖注射液，茯苓多糖，肝素，硫酸软骨素等目前糖类药物的使用和销售量已在药物市场占有很大的比例。有统计显示，当前在市场上销售的糖类药物的数量大约有500余种；在美国市场上，糖类治疗剂的销售量已从1993年的3.29亿美元上升到2000年的52.5亿美元，年增长率为49%，而到2002年，销售额达到120亿美元。“糖类药物”已从不登大雅之堂的角落走出来，在药学领域占据了其应有的一席之地。迄今为止，糖类药物涉及的临床适应症主要包括肿瘤、糖尿病、AIDS、流行性感冒、细菌感染和风湿性关节炎等，而近来基于糖类的疫苗也取得了令人瞩目的成就。Acarbose用于治疗IDDM和NIDDM。降糖作用的机制是抑制小肠壁细胞和寡糖竞争，而与α-葡萄糖苷酶可逆性地结合，抑制酶的活性，从而延缓碳水化合物的降解，造成肠道葡萄糖的吸收缓慢，降低餐后血糖的升高阿卡波糖由德国拜耳公司研制，销售金额一直领跑口服糖尿病用药。获准生产阿卡波糖制剂的生产企业有3家：拜耳医药保健有限公司、杭州中美华东制药有限公司和四川宝光药业股份有限公司。华源医药电子商务公司提供的数据显示，原研厂家拜耳医药占据市场83%的金额份额，近几年略有下降，所丢失的市场主要被杭州中美华东公司抢占，两家的产品均为阿卡波糖片，而四川宝光的50mg阿卡波糖胶囊仅占1%的市场份额。伏格列波糖由日本Takeda公司开发，曾在全球畅销药排行榜排在前150位，市场推广也较为强劲，但在中国市场与阿卡波糖的销售相比处于下风。2004～2008年，伏格列波糖的金额份额持续下降，2008年仅占1%。主要生产企业为天津武田公司、江苏晨牌药业有限公司和浙江震元制药有限公司。晨牌药业的伏格列波糖分散片和震元制药的伏格列波糖胶囊市场份额逐年升高，2008年两家总份额达到14%。