全国生物奥赛辅导课件糖类

第一章 生命的分子基础本文档共70页；当前第1页；编辑于星期一\23点50分原生质的涵义1、概念：细胞内的生命物质。2、化学组成：由化学元素和化合物有机组合而成。3、结构：原生质体，分化成为膜、质、核

（进而形成有生命的细胞）4、具体表现形式：有生命的活细胞5、特点：通过新陈代谢不断自我更新6、实质：具有特定结构的生命物质体系。本文档共70页；当前第2页；编辑于星期一\23点50分第一节 水和无机盐本文档共70页；当前第3页；编辑于星期一\23点50分

(1)有较强的极性(2)水分子之间容易形成氢键(3)有较强的内聚力和表面张力(4)有附着力(5)有较大的比热和蒸发热(6)固态水（冰）比液态水密度低(7)水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化(8)水是极好的溶剂(9)水能够电离一、水1.重要特性：本文档共70页；当前第4页；编辑于星期一\23点50分一、水2.存在形式、性质特点及功能：本文档共70页；当前第5页；编辑于星期一\23点50分（1）构成组织或生物体某些复杂化合物的重要组成成分（2）对细胞的渗透压和pH值起着重要的调节作用（3）参与调节生物体的代谢活动，是酶的活化因子和调节因子。二、无机盐重要特性：本文档共70页；当前第6页；编辑于星期一\23点50分第二节 糖类本文档共70页；当前第7页；编辑于星期一\23点50分1.糖类化合物在自然界分布广泛，数量最多糖类物质按干重计：植物中85%~90%细菌中10%~30%动物中<2%是地球上最多的一类有机物。本文档共70页；当前第8页；编辑于星期一\23点50分2.糖类的生物学作用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3.充当结构性物质4.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本文档共70页；当前第9页；编辑于星期一\23点50分3.元素组成和化学本质（1）元素组成：

C、H、O（2）化学本质：多羟基醛（或多羟基酮）

定义：糖类是多羟基醛或多羟基酮，或其衍生物，或水解时能产生这些化合物的物质。本文档共70页；当前第10页；编辑于星期一\23点50分

1.单糖（Monosaccharide）：不能水解。

单糖一般是结晶固体，能溶于水，绝大多数单糖有甜味。2.寡糖（低聚糖）：由2～20个单糖分子缩合成。寡糖仍有甜味，能形成晶体，可溶于水。3.多糖（高聚糖）：水解后可产生许多个单糖分子。多糖没有甜味，不能形成晶体（为无定形固体），难溶于水。4.糖复合物

糖脂、糖肽、糖蛋白等4.糖类的分类本文档共70页；当前第11页；编辑于星期一\23点50分1.根据碳原子数分：丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖等；2.根据基团分：醛糖（Aldose）和酮糖（Ketose）一、单糖己酮糖分类核糖2-脱氧核糖葡萄糖果糖戊醛糖己醛糖本文档共70页；当前第12页；编辑于星期一\23点50分单糖按碳原子的数目分为：丙糖（Triose）C3甘油醛3-磷酸甘油醛二羟丙酮磷酸二羟丙酮丁糖（Tetrose）C4赤藓糖4-磷酸赤藓糖戊糖（Pentose）C5D-核糖D-木糖

D-核酮糖、D-木酮糖己糖（Hexose）C6D－葡萄糖D－果糖庚糖（Heptose）C7D－庚酮糖

D－景天糖本文档共70页；当前第13页；编辑于星期一\23点50分1.丙糖：D-甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）。磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮）是光合作用和细胞呼吸中重要中间产物。2.戊糖：

D-核糖（醛糖）、D-脱氧核糖（醛糖）和核酮糖（酮糖）D-木糖：以聚合物的形式构成植物和细菌的细胞壁，是树胶和半纤维素的成分D-阿拉伯糖：多以结合态存在于半纤维素、树胶和细胞多糖中L-阿拉伯糖：果胶、半纤维素、树胶和植物糖蛋白的重要成分（一）几种重要的单糖本文档共70页；当前第14页；编辑于星期一\23点50分3.己糖：

D-葡萄糖

D-果糖：甜度最高，以游离态存在于果实、蜂蜜中

D-半乳糖：以结合态存在于琼脂、乳糖、蜜二糖和半纤维素中

甘露糖：以结合态存在于某些多糖或糖蛋白中（一）几种重要的单糖本文档共70页；当前第15页；编辑于星期一\23点50分

（1）平面偏振光当光波通过尼科尔棱镜(nicolprism)时，由于棱镜结构通过的只是沿某一平面振动的光波，其他都被阻断，这种光称为“平面偏振光”。（2）旋光性物质根据物质对平面偏振光的作用，将物质分为旋光性物质和非旋光性物质。旋光性物质可使平面偏振光偏振面发生旋转。使偏振光振动面右旋的称右旋光性物质，用“+”表示。使偏振光振动面左旋的称左旋光性物质，用“-”表示。（二）单糖的构型1.单糖的旋光性：除丙酮糖外，其它单糖分子都有旋光异构体。本文档共70页；当前第16页；编辑于星期一\23点50分本文档共70页；当前第17页；编辑于星期一\23点50分（3）旋光性的原因：存在手性碳原子（手性中心、不对称中心）（二）单糖的构型1.单糖的旋光性：连有四个不同基团的碳原子手性碳标记*手性的唯一标准：实物与其镜像不能重叠本文档共70页；当前第18页；编辑于星期一\23点50分（4）手性分子旋光能力的表示方式——比旋光度由于物质的旋光度受物质的结构、浓度、盛液管的长度、测定时的温度及所用光的波长等影响，所以规定物质在室温、浓度为1g/cm3、样品管为1dm、光源为钠光（589.3nm)时测得的旋光度为比旋光度。旋光度与比旋光度的关系为：旋光性物质使平面偏振光偏转的角度称为旋光度。（二）单糖的构型1.单糖的旋光性：本文档共70页；当前第19页；编辑于星期一\23点50分[a]t=atlcat:实验观察到的旋光度l:样品管长度（dm,分米）c:样品浓度（g/cm3）t:测试时温度:波长(R,R)-(+)-酒石酸[a]25D=

+12o(水,20%)(钠光，D线，l=589nm)本文档共70页；当前第20页；编辑于星期一\23点50分一个分子由于其中各原子特有的固定的空间排列，使该分子所具有的特定的立体化学形式。

当某一物质由一种构型转变为另一种构型时，要求共价键的断裂和重新形成，以及相关原子或原子团的重排。单糖分子的手性碳原子（不对称碳原子）上相连的原子或原子团有两种不同空间排列方式，形成左右或镜像关系。（1）构型：原子在空间的相对分布或排列。（2）旋光异构体（镜像异构体）：（二）单糖的构型2.单糖的构型：单糖构型的确定以甘油醛（丙醛糖）为标准。（3）构型命名：D，L命名法本文档共70页；当前第21页；编辑于星期一\23点50分单糖有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。（二）单糖的构型2.单糖的构型：天然存在的单糖一般都是D-构型。

构型与旋光方向是两种概念，D，L是指构型，“+”，“-”指旋光方向。D与“+”，L与“-”并无必然联系。D-葡萄糖和D-果糖旋光方向分别为“+”和“-”，而L-葡萄糖与L-果糖旋光方向却均为“-”。对映体本文档共70页；当前第22页；编辑于星期一\23点50分D-葡萄糖L-葡萄糖D型糖与L型糖是对映体，根据D型糖可写出相应的L型糖。半乳糖距醛基最远的手性碳与D-(+)-甘油醛的手性碳构型相同时，为D型；与L-(-)-甘油醛构型相同时，为L型。本文档共70页；当前第23页；编辑于星期一\23点50分结晶状态的单糖是以环状存在，在溶液中既有链式也有环式，以环式为主。α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖，二者互称异头物。β-D-葡萄糖（63%）0.1%α-D-葡萄糖（37%）（三）单糖的环式结构1.环式结构：单糖分子内的醛基（或酮基）与另一碳原子上的羟基发生成环反应，生成半缩醛，形成环状结构。本文档共70页；当前第24页；编辑于星期一\23点50分半缩醛羟基与羟甲基：对侧的为α构型同侧的为β构型本文档共70页；当前第25页；编辑于星期一\23点50分葡萄糖的两种环化形式C1和C5上的羟基形成六元环，称为吡喃糖C1和C4上的羟基形成五元环，称为呋喃糖本文档共70页；当前第26页；编辑于星期一\23点50分D-果糖α-D-呋喃果糖ß-D-呋喃果糖果糖的Haworth式α-D-吡喃果糖ß-D-吡喃果糖果糖的环式结构本文档共70页；当前第27页；编辑于星期一\23点50分六元环不是平面型的，透视式仍不能真实地反映单糖的三维空间结构。存在般式和椅式构象。其中椅式构象使扭张强度减到最低因而最为稳定。β-D-葡萄糖α-D-葡萄糖船椅式互变是否有共价键断裂？αβ异构呢？2.船椅式构象异构：OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOH船式椅式本文档共70页；当前第28页；编辑于星期一\23点50分葡萄糖结构多羟基醛开环形式CHOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OH半缩醛吡喃糖OCH2OHOHOHOHOH15呋喃糖OCH2OHHO-CHOHOHOH14OCH2OHOHOHOH15OHOCH2OHHO-CHOHOH14OH本文档共70页；当前第29页；编辑于星期一\23点50分单糖的组成、构型、构造、构象组成（Composition）：原子的种类和数目（可用分子式表示）结构（Constitution）：原子连接在一起的次序。构型（Configuration）：原子在空间的相对分布或排列。构象（Conformation）：绕单键旋转引起的组成分子的特定排列形态。本文档共70页；当前第30页；编辑于星期一\23点50分结构异构：具有相同的分子式，但是原子连接的次序不同（键连方式不同）。如：葡萄糖、果糖结构式不同构型异构：结构式相同，原子的空间取向不同，且不能通过旋转单键来互变。（有共价键的断裂和重新组成，从而导致光学活性的变化）包括对映异构和非对应异构。如：葡萄糖的D与L构型，α和β构型构象异构：结构式相同，原子的空间取向不同，可以通过旋转单键来相互转化。不会改变分子的光学活性。

如：葡萄糖的般式和椅式构象原子组成相同而具体结构不同的各种物质称为同分异构体。同分异构包括结构异构和立体异构。（四）同分异构本文档共70页；当前第31页；编辑于星期一\23点50分D-葡萄糖的变旋光现象(mutarotation)+52.70+1120+18.70乙醇溶液吡啶溶液D-葡萄糖的变旋光现象，用其链状结构是无法解释的。单糖的变旋光现象和氧环式结构新配成的单糖溶液在放置的过程中其旋光度会逐渐改变，但经过一定时间，几种异构体达成平衡后，旋光度就不再变化，这种现象叫变旋现象。几乎所有的单糖极其衍生物都有旋光性,许多单糖在水溶液中都会发生变旋现象。本文档共70页；当前第32页；编辑于星期一\23点50分（1）甜度：无色结晶，有甜味，但甜度大小不同。蔗糖

100

葡萄糖70

果糖175（2）溶解度：易溶于水、乙醇；有吸湿性，在水中溶解度很大。能形成过饱和溶液——糖浆。不易溶于其它有机溶剂。

（3）旋光性：除丙酮糖外，单糖都有旋光性，大多数单糖在水溶液中能形成环状半缩醛结构有变旋光现象。（五）单糖的理化性质1.物理性质：本文档共70页；当前第33页；编辑于星期一\23点50分（1）异构化（弱碱的作用）D-果糖D-甘露糖（五）单糖的理化性质2.化学性质：室温下碱催化的烯醇化作用的结果。1，2-烯醇式葡萄糖D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖在弱碱溶液中可互变12本文档共70页；当前第34页；编辑于星期一\23点50分D-葡萄糖酸D-葡糖二酸D-葡糖醛酸①酸性溶液中的氧化（五）单糖的理化性质2.化学性质：（2）氧化醛糖都能被溴水（pH6.0）氧化成醛糖酸，而酮糖不能被溴水氧化。因此，溴水可用来鉴别醛糖和酮糖被Br2氧化被稀HNO3氧化醛糖能被热的稀硝酸（100℃）氧化，醛基和羟甲基均被氧化成羧基，形成醛糖二酸。特定的脱氢酶D-葡萄糖本文档共70页；当前第35页；编辑于星期一\23点50分醛糖或酮糖都能被斐林试剂、托伦试剂、和本尼迪特试剂氧化。（五）单糖的理化性质2.化学性质：（2）氧化①碱性溶液中的氧化D-葡萄糖D-葡萄糖酸还原糖：能与托伦试剂、班氏试剂或费林试剂反应的糖称为还原糖。（所有的单糖、具有变旋作用的二糖）非还原糖：不能与上述试剂反应的糖为非还原糖银镜反应本文档共70页；当前第36页；编辑于星期一\23点50分单糖的羰基在适当的还原条件下被还原，还原产物叫糖醇D-葡萄醇亦称山梨醇,存在于许多水果中（五）单糖的理化性质2.化学性质：（3）还原反应D-葡萄糖D-葡萄醇本文档共70页；当前第37页；编辑于星期一\23点50分单糖的半缩醛羟基与其它含羟基化合物的羟基脱水缩合，形成的环状缩醛(或缩酮)称为糖苷。（五）单糖的理化性质2.化学性质：（4）缩醛反应（形成糖苷）天然糖苷多为β-型提供半缩醛羟基的糖部分称为糖基，与之缩合的“非糖”部分称为糖苷配基，糖基与配基之间的键称为糖苷键。糖苷键可以通过O、N、S或C原子相连，分别简称为氧苷、氮苷或硫苷。本文档共70页；当前第38页；编辑于星期一\23点50分

糖苷的特点无色无味晶体，味苦，水溶性大，有旋光性无变旋现象，不能成脎反应，无还原性在碱性条件下稳定，在酸或酶的催化下易水解成原来的糖和配基。由α-半缩醛羟基形成的苷键称为α-苷键由β-半缩醛羟基形成的苷键称为β-苷键不同的苷键需不同的酶水解本文档共70页；当前第39页；编辑于星期一\23点50分本文档共70页；当前第40页；编辑于星期一\23点50分（五）单糖的理化性质2.化学性质：（5）成脎反应（形成糖脎）糖的醛基和酮基与苯肼（C6H5NHNH2）反应生成含有两个苯腙基（=N-NH-C6H5）的衍生物，称为糖的苯脎。D-葡萄糖D-甘露糖D-果糖苯脎苯胺醋酸（pH4-6）本文档共70页；当前第41页；编辑于星期一\23点50分（五）单糖的理化性质2.化学性质：（6）成酯反应（形成糖酯）单糖的许多化学行为很像简单的醇，如糖的羟基可以成酯。生物体内单糖与磷酸生成各种磷酸酯。如：葡萄糖-1-磷酸，果糖-1，6-二磷酸等。

体内糖的磷酸化多由高能磷酸化合物，如ATP提供磷酸基团和所需能量。

本文档共70页；当前第42页；编辑于星期一\23点50分又叫低聚糖，是指由2-20个单糖缩合而成的糖，常常与蛋白质或脂类共价结合，以糖蛋白或糖脂的形式存在。麦芽糖、纤维二糖、乳糖

还原性双糖还存在一个潜在的游离醛基，有变旋现象和还原性，能与苯肼成脎。二、寡糖（一）双糖1.还原性双糖：

双糖可以认为是一种糖苷，其中的配基是另一个单糖分子。只有蔗糖、乳糖和麦芽糖以游离态存在，其他多以结合态存在。本文档共70页；当前第43页；编辑于星期一\23点50分α-1，4-糖苷键麦芽糖纤维二糖β-1，4-糖苷键乳糖（β-半乳糖苷）由β-D-半乳糖和α-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键形成的双糖，成苷的部分是β-半乳糖。

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由两个α-D-葡萄糖以α-1，4糖苷键形成的双糖

由两个β-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键形成的双糖β-1，4糖苷键14淀粉的二糖单位（次生寡糖）纤维素的二糖单位（次生寡糖）本文档共70页；当前第44页；编辑于星期一\23点50分α,β-1，2-糖苷键非还原性双糖相当于由两个单糖的半缩醛羟基失水而成的，两个单糖都成为苷，这样的双糖没有变旋现象和还原性，也不与苯肼作用。由两个α-葡萄糖以α-1，1糖苷键形成海藻糖（一）双糖2.非还原性双糖：12蔗糖由α-D-葡萄糖和β-D-果糖以α，β-1，2糖苷键形成α-1，1-糖苷键本文档共70页；当前第45页；编辑于星期一\23点50分本文档共70页；当前第46页；编辑于星期一\23点50分棉子糖（二）其他寡糖

由α-D-葡萄糖、α-D-半乳糖和β-D-果糖形成的三糖。是非还原性糖。推定所有的异头碳都参与糖苷键的形成，本文档共70页；当前第47页；编辑于星期一\23点50分多糖是一类天然高分子化合物。水解后只生成一种单糖的称同多糖，多于一种单糖的称杂多糖。多糖与单糖及低聚糖在性质上有较大的区别，大多是不溶于水的非晶形固体，无甜味。多糖没有还原性和变旋光现象。三、多糖

分类：(1)按单糖组成：同多糖、杂多糖(2)按分子中有无支链：直链多糖、支链多糖(3)按功能不同：结构多糖、贮存多糖、抗原多糖(4)按分布不同：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖本文档共70页；当前第48页；编辑于星期一\23点50分本文档共70页；当前第49页；编辑于星期一\23点50分贮存多糖在酸或酶的作用下，水解为葡萄糖直链淀粉和支链淀粉

（一）同多糖1.淀粉：本文档共70页；当前第50页；编辑于星期一\23点50分支链淀粉直链淀粉本文档共70页；当前第51页；编辑于星期一\23点50分2.不溶于水，仅少量溶于热水1.螺旋状，以α-1，4糖苷键相连1.主链以α-1，4糖苷键相连，支链与主链以α-1，6糖苷键相连。大约相隔24-30个葡萄糖单位有一个分支淀粉→淀粉糊精→红糊精→消色糊精→麦芽糖→葡萄糖。直链淀粉3.直链淀粉遇碘显蓝色支链淀粉2.易溶于水，并形成胶体3.支链淀粉遇碘显棕红色淀粉的水解：蓝色蓝紫色红色无色本文档共70页；当前第52页；编辑于星期一\23点50分本文档共70页；当前第53页；编辑于星期一\23点50分贮存多糖，主要存在于肝脏和肌肉中，也叫动物淀粉，是动物体能量的主要来源主链以α-1，4糖苷键相连，支链与主链以α-1，6糖苷键相连。大约相隔8-12个葡萄糖单位有一个分支与支链淀粉相似，但分支更多、支链更短、结构更紧密在水中的溶解度大于支链淀粉，遇碘显红褐色（一）同多糖2.糖原：本文档共70页；当前第54页；编辑于星期一\23点50分结构多糖，最丰富的有机物，占植物界碳素的50%是纤维二糖的高聚体，弱酸水解产生纤维二糖，可以彻底水解得到β-D-葡萄糖由β-D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成，没有分支,100-200条直链彼此平行，通过链内和链间的氢键结合，形成片层结构坚硬，不溶于水及多种其他溶剂（一）同多糖3.纤维素：本文档共70页；当前第55页；编辑于星期一\23点50分纤维素链中葡萄糖残基相对于前一个残基翻转180度，使链采取完全伸展的构象。相邻、平行的伸展链在残基的水平面，通过链内和链间的氢键网形成片层结构。本文档共70页；当前第56页；编辑于星期一\23点50分昆虫、甲壳类外骨骼的主要成分基本单位是葡萄糖胺(或氨基葡萄糖)（N-乙酰-β-D-葡萄糖胺或N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖）没有分支,不卷成螺旋状通过β-1，4糖苷键连接而成（一）同多糖4.壳多糖（几丁质、甲壳质）：本文档共70页；当前第57页；编辑于星期一\23点50分存在于植物细胞壁（存在于中胶层和初生壁中），在高尔基体中合成分为果胶、原果胶（非水溶性）、果胶酯酸（甲酯化的果胶酸）和果胶酸三类。从结构角度看，果胶物质包括两种酸性多糖（聚半乳糖醛酸和聚鼠李半乳糖醛酸）和三种中性多糖及其衍生物（阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖）。组成单位有半乳糖醛酸、半乳糖、L-鼠李糖、阿拉伯糖（L型和D型）果实成熟软化：原果胶经果胶酶水解得可溶性果胶（二）杂多糖1.果胶类：本文档共70页；当前第58页；编辑于星期一\23点50分

海藻多糖，从海藻（红藻）中提取是琼脂胶和琼脂糖的混合物，以琼脂糖为主要组分，琼脂胶是琼脂糖的衍生物。基本单位有D-半乳糖，L-半乳糖、硫酸酯、丙酮酸，以半乳糖为主，含有硫和钙。不溶于冷水，易溶于热水不易被微生物分解和利用，固体培养基的常用介质（1%-2%的溶液冷至40-50度便可形成凝胶）（二）杂多糖2.琼脂：本文档共70页；当前第59页；编辑于星期一\23点50分高等植物细胞壁成分（初生、次生壁），大量存在于植物的本质化部分。基本单位有木糖、阿拉伯糖、果糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖及糖醛酸等多呈分支状有碱溶性，可用15%的NaOH提取。在高尔基体中合成（二）杂多糖3.半纤维素和树胶：植物分泌物不与纤维素结合，溶于水并形成黏液结构复杂树胶半纤维素本文档共70页；当前第60页；编辑于星期一\23点50分糖蛋白以蛋白质为主，糖只是作为蛋白质的辅基，不同糖蛋白中含糖量变化很大。蛋白多糖以多糖为主，蛋白质或肽类比例较少，糖含量可达95%或更高，糖部分主要是不分支的糖胺聚糖链。（二）杂多糖4.糖蛋白与蛋白多糖：糖与蛋白质或多肽的结合，形成两种类型的共价键：N-糖苷键和O-糖苷键本文档共70页；当前第61页；编辑于星期一\23点50分N-糖苷键肽链上天冬酰胺R基上的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成N-糖苷键（二）杂多糖4.糖蛋白与蛋白多糖：O-糖苷键肽链上苏氨酸或丝氨酸等R基上的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成O-糖苷键本文档共70页；当前第62页；编辑于星期一\