第1章 糖的化学.课件

第一篇生命的分子基础第一章糖的生物化学第1章糖的化学.内容提纲概述糖的概念、分布及主要生物学作用糖的分类多糖的化学多糖的分类重要多糖的化学结构与生理功能多糖的分离、纯化及降解多糖的理化性质测定多糖的结构分析糖链与糖蛋白的生物活性以糖类为基础的药物研究以糖类为基础的药物糖基化工程第1章糖的化学.本章大纲要求掌握：糖的概念、重要多糖的基本结构、性质和生理功能。

熟悉：多糖的提取、分离、纯化和分析的基本原理。

了解：以糖类为基础的药物研究。第1章糖的化学.第一节概述一、糖的概念、分布及主要生物学作用

概念：糖是多羟基醛或多羟基酮及其多聚物和衍生物的总称。

分布：分布极广、含量较多，存在于几乎所有动物、植物、微生物体，植物体内主要以淀粉形式存在；动物体内以糖原的形式存在。此外还有糖脂、糖蛋白等。第1章糖的化学.糖的主要生物学作用1、糖是人和动物的主要能源物质能量贮存：淀粉、糖原通过氧化而放出大量能量2、糖还具有结构功能3、糖具有复杂的多方面的生物活性功能

如：参与生物大分子构成、提高免疫力，抗肿瘤等。第1章糖的化学.第1章糖的化学.第1章糖的化学.第1章糖的化学.二、糖的分类根据糖类物质含糖单位的数目单糖寡糖多糖：包括复合糖第1章糖的化学.

1、单糖：凡不能被水解成更小分子的糖称为单糖。单糖是糖类中最简单的一种，是组成糖类物质的基本结构单位。

与人体营养及代谢有关的单糖（C3-C7糖）：⑴丙糖：C3糖

（2）戊糖：C5糖

（3）已糖：C6糖

二、单糖第1章糖的化学.甘油醛123C3糖二羟丙酮123第1章糖的化学.核糖32145木酮糖32145C5糖第1章糖的化学.

（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖

（构成DNA）脱氧核糖C5糖第1章糖的化学.AAATTTGGGGCCCATC脱氧核糖第1章糖的化学.

HHOHO-CH2OHOHOHHHOH葡萄糖(Glc.)船式椅式第1章糖的化学.123456果糖第1章糖的化学.半乳糖第1章糖的化学.

单糖结构

-D-葡萄糖

-D-半乳糖D-甘露糖D-木糖

（Glc，▲）(Gal，●)(Man，○)(Xyl，)

-D-N-乙酰葡糖胺

-D-葡糖醛酸

-L-艾杜糖醛酸

-D-葡糖胺

（GlcNAc,■）（GlcUA,)(IdoUA，)（GlcN）

-D-N-乙酰半乳糖胺

-L-岩藻糖唾液酸

-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸（GalNAc，□)(Fuc，△)(SA，◆)GlcNAc-UDP

(*单糖的英文缩写及代表符号在括号标明)第1章糖的化学.2、寡糖：是由单糖缩合而成的短链结构（一般含2～6个单糖分子）,各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。

⑴二糖（双糖）如：蔗糖、乳糖、麦芽糖⑵三糖如：棉子糖第1章糖的化学.第1章糖的化学.(1)双糖：由两个相同或不同的单糖组成,常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等。14麦芽糖α-D-葡萄糖苷-（1→4）-α-D-葡萄糖第1章糖的化学.11214α-D-葡萄糖苷-（1→2）-β-D-果糖β-D-半乳糖苷-（1→4）-β-D-葡萄糖乳糖蔗糖第1章糖的化学.(3).多糖

由许多单糖分子缩合而成的长链结构，分子量大。常见的多糖有：淀粉糖原纤维素第1章糖的化学.4.复合糖:糖与非糖物质的结合物。糖脂：糖与脂类的结合物。糖蛋白

蛋白聚糖

常见的复合糖有：糖与蛋白质的结合物第1章糖的化学.第1章糖的化学.第二节多糖的化学一、多糖的分类（一）多糖按其来源的分类1、植物多糖

2、动物多糖3、微生物多糖4、海洋生物多糖第1章糖的化学.（一）按其来源的分类1、植物多糖水不溶性多糖，如淀粉、纤维素等。水溶性多糖，如中药材中提取的当归多糖、枸杞多糖等2、动物多糖从动物的组织、器官及体液中分离、纯化得到的多糖水溶性的粘多糖肝素、硫酸软骨素、透明质酸、猪胎盘脂多糖等3、微生物多糖香菇多糖，茯苓多糖，银耳多糖，猪苓多糖，云芝多糖对肿瘤治疗及调节机体免疫效果显著4、海洋生物多糖从海洋、湖泊生物体内分离、纯化得到的多糖。甲壳素（壳多糖、几丁质）、螺旋藻多糖等第1章糖的化学.

（二）多糖按其在生物体内的生理功能分类1、贮存多糖:又称贮能多糖淀粉和糖原分别是植物和动物的最主要贮存多糖2、结构多糖:水不溶性多糖构成细菌细胞壁或动、植物的支撑组织所必需的物质，如几丁质、纤维素第1章糖的化学.第1章糖的化学.（三）多糖按其组成成分分类1、同聚多糖2、杂聚多糖3、黏多糖（1）糖蛋白（2）蛋白聚糖（3）糖脂（4）脂多糖4、结合糖第1章糖的化学.第1章糖的化学.第1章糖的化学.O连接N连接第1章糖的化学.二、重要多糖的结构与生理功能1.淀粉（植物）（1）直链淀粉：用碘液检测显示蓝色（2）支链淀粉：用碘液检测显示紫红色第1章糖的化学.直链淀粉空间结构为空心螺旋状第1章糖的化学.α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键第1章糖的化学.淀粉

麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶肠粘膜上皮细胞刷状缘胃口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶第1章糖的化学.2.糖原（动物）糖原遇碘产生红棕色。其生理作用是：可分解供能。第1章糖的化学.肝细胞中的糖原颗粒糖原颗粒第1章糖的化学.糖原分子的结构α-1,4-糖苷键↖α-1,4-糖苷键↖↑↗α-1,6-糖苷键↙↙↙第1章糖的化学.肝糖原含量可达肝重的5～7%(总量为70-100g)

肌糖原含量为肌肉重量的1～2%(总量为200-400g)糖原的分布第1章糖的化学.3.葡聚糖又称右旋糖酐，是酵母菌及某些细菌中的贮存多糖。由多个葡萄糖缩合而成的同聚多糖，葡萄糖之间几乎均为α-1，6-糖苷键连接作为代血浆α-1，6-糖苷键α-1，3-糖苷键第1章糖的化学.4.纤维素第1章糖的化学.纤维素

作为植物的骨架β-1,4-糖苷键第1章糖的化学.5.琼脂琼脂常用于制备凝胶和细菌培养基的凝固剂。第1章糖的化学.6.几丁质又称甲壳素或壳多糖，是虾、蟹和昆虫甲壳的主要成分由N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接起来的同聚多糖第1章糖的化学.第1章糖的化学.7.粘多糖类（糖胺聚糖）透明质酸硫酸软骨素硫酸角质素硫酸皮肤素

肝素

第1章糖的化学.蛋白聚糖的结构组成核心蛋白糖胺聚糖糖胺糖醛酸葡萄糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸第1章糖的化学.透明质酸连接蛋白核心蛋白硫酸角质素硫酸软骨素糖蛋白亚基骨骺软骨蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物第1章糖的化学.黏多糖的组成成分及分布名称主要组成成分分布透明质酸乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸眼球玻璃体、脐带、关节硫酸软骨素A乙酰半乳糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸软骨、骨硫酸软骨素B乙酰半乳糖胺，L-艾杜糖醛酸，硫酸皮肤、腱、心瓣膜硫酸软骨素C乙酰半乳糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸软骨、脐带、腱软骨素乙酰半乳糖胺，D-葡萄糖醛酸，皮肤硫酸角质素乙酰葡萄糖胺，D-半乳糖，硫酸角膜、肋骨肝素磺酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，L-艾杜糖醛酸，硫酸肝、肺、肾、肠粘膜等硫酸类肝素乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸肝、肺等第1章糖的化学.第1章糖的化学.第1章糖的化学.8.细菌多糖1．肽聚糖又称胞壁质，构成细菌细胞壁基本骨架的主要成分。多糖与氨基酸链相连的多糖复合物。由于氨基酸链不像蛋白质那样长，因此，此聚合物称为肽聚糖。2.脂多糖革兰阴性菌的细胞壁含有低于10%的肽聚糖，尚含有脂多糖。一般由外层低聚糖链、核心多糖及脂质三部分组成第1章糖的化学.第1章糖的化学.三、多糖分离、纯化及降解的原理

（一）多糖的提取、分离1、第一类难溶水的胶类多糖，用稀碱溶液提取2、第二类易溶于温水，难溶于冷水的多糖，用热水提取3、第三类粘多糖的提取⑴碱抽提法⑵蛋白水解酶消化法从原料中提取多糖的一般原则：相似相溶原则，

多糖是极性大分子化合物，多易溶于水，不溶于有机溶剂。如，酸性粘多糖溶于水。大多数葡聚糖在水中溶解度小，但溶于稀碱溶液。大多植物多糖不溶于冷水。第1章糖的化学.热水提取稀碱提取适合用此方法的多糖主要是不溶性胶类，用冷水浸润红0.5mol/LNaOH提取，提取液用酸中和后浓缩，再加乙醇沉淀即得到多糖。甘露聚糖、半乳糖等利用此法可得到相当纯的物质。对于易溶于温水、难溶于冷水和乙醇的多糖采用这种方法。材料需要先用冷水浸过，再用热水提取，必要时可加热至80～90℃，搅拌提取，提取液用正丁醇与氯仿混合液除去杂蛋白，离心除去杂蛋白，对清液透析后用乙醇沉淀即得到多糖。先得到的粗多糖沉淀或提取液（含有许多杂质，如色素、无机盐，蛋白质等），需要进一步分离，色素常用吸附吸附，无机盐常用透析的方法，而蛋白质常用有机溶剂使变性然后离心消除。↙第1章糖的化学.第1章糖的化学.第1章糖的化学.（二）多糖的纯化1、分级沉淀2、季铵盐络合法（CTAB法）3、离子交换层析4、制备性区带电泳5、固定化凝集的亲和层析法第1章糖的化学.分级沉淀依据不同分子大小的多糖在不同浓度的有机溶剂（乙醇、甲醇、丁醇等）中溶解度不同，依次沉淀析出。由于不同相对分子质量的多糖在不同浓度的低级醇或低级酮中溶解性不同，可以逐步提高溶液中醇或酮的浓度以使不同组分的多糖依相对分子质量由大到小的顺序沉淀，最终达到分离的目的。第1章糖的化学.季铵盐络合法季铵盐络合法，如CTAB是碱性表面活性剂，酸性多糖在溶液中以聚阴离子形式存在，它就与CTAB形成不溶性配合物沉淀，又由于多糖分子酸性越强、相对分子质量越大越易沉淀出来，这样控制CTAB浓度即可以分理出不同的酸性多糖。第1章糖的化学.离子交换层析第1章糖的化学.第1章糖的化学.凝胶过滤法第1章糖的化学.第1章糖的化学.SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳第1章糖的化学.第1章糖的化学.——高等动、植物，微生物，地衣海藻等材料

丙酮脱脂

提

提取（水提、碱解、酶解、碱解结合酶解），70-85%醇沉淀

取

粗多糖（含有许多杂物质，如色素、无机盐，多肽、蛋白质等）

——

脱蛋白（Sevage、三氯乙酸、三氟三氯乙烷）分离

去小分子（透析法）

脱色素（吸附法--活性碳、DEAE-纤维素；离子交换法；氧化法）——纯化

分级纯化（凝胶过滤柱层析、离子交换柱层析、分级沉淀等）

——

均一多糖组分多糖分离纯化一般步骤第1章糖的化学.（三）多糖的降解多糖的降解方法主要有以下几种：1、化学降解法如：肝素、甲壳素的化学降解法。2、酶法降解3、辐射降解法第1章糖的化学.四、多糖理化性质测定（一）多糖的含量测定可采用硫酸-蒽酮法或硫酸-苯酚法：蒽酮试剂与多糖置沸水中10min后呈蓝绿色，在620nm处有最大吸收；可通过比色分析或查标准曲线计算多糖的含量。第1章糖的化学.1、电泳法2、凝胶柱层析法3、紫外扫描法4、其它方法如：官能团分析、纸层析等。（二）多糖的纯度分析第1章糖的化学.第1章糖的化学.2、凝胶柱色谱法：NaCl梯度洗脱，硫酸-苯酚法检测。混合组分均一组分第1章糖的化学.

3、紫外扫描法：紫外光谱分析用紫外光谱扫描仪对多糖的单一洗脱组分在200～400nm波长间连续光进行扫描

记录下来的图谱。第1章糖的化学.（三）多糖的分子量测定1、凝胶柱层析法在不同型号的分子筛柱层析上测定多糖分子量需要样品较少，方法比较简便。2、特性黏度法是实验室常用的测定多糖分子量的方法。第1章糖的化学.层析柱第1章糖的化学.五、多糖结构分析的基本原理多糖的结构：

一级结构：①单糖的组成；②糖苷键的类型；③单糖的排列顺序。二级结构：指其分子骨架。第1章糖的化学.（一）多糖组成成分分析

1、酸水解又包括完全酸水解和部分酸水解。酸水解产物可用纸层析，薄层层析和气相层析等鉴定。

2、乙酰解:补充酸水解

3、甲醇解

（二）多糖结构的甲基化分析

（三）多糖结构的过碘酸氧化及Smith降解

过碘酸氧化反应是一种选择性的氧化降解反应，能够作用于多糖分子中1，2-二羟基和1，2，3-三羟基而生成相应的醛或甲醛、甲酸。

定量反应第1章糖的化学.全甲基化后甲醇解，后续分析与气相色谱分析结合第1章糖的化学.纸层析第1章糖的化学.薄层层析第1章糖的化学.苦豆子胶多糖组分的薄层色谱图1、甘露糖2、半乳糖3、混合标准单糖4、苦豆子胶多糖水解物例：

食品研究与开发2006，27（11）：161第1章糖的化学.气相色谱（GC）第1章糖的化学.例：混合标准单