第3章糖类化合物.ppt

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1、第第3章章 糖类化合物糖类化合物一一 引言引言 1 糖类的存在与来源糖类的存在与来源 糖类广泛存在于生物界，特别是植物界。糖糖类广泛存在于生物界，特别是植物界。糖类物质占植物体干重的类物质占植物体干重的85%90%，占细菌的占细菌的10%30%，动物的小于动物的小于2%。动物体内糖的含量。动物体内糖的含量不多，但其生命活动所需能量主要来源于糖类。不多，但其生命活动所需能量主要来源于糖类。糖类物质是地球上数量最多的一类有机化合糖类物质是地球上数量最多的一类有机化合物，地球的生物量干重的物，地球的生物量干重的50%以上是由葡萄糖的以上是由葡萄糖的聚合物构成的。地球上糖类物质根本来源是绿色聚合物构成

2、的。地球上糖类物质根本来源是绿色细胞进行的细胞进行的光合作用光合作用。2 糖类化合物的生物学功能糖类化合物的生物学功能 1)作为生物体结构物质作为生物体结构物质 植物的根、茎、叶中的纤维素、半纤维素植物的根、茎、叶中的纤维素、半纤维素和果胶物质等和果胶物质等,这些物质构成植物细胞壁的主要这些物质构成植物细胞壁的主要成分。属于杂多糖的肽聚糖是细菌细胞壁的结成分。属于杂多糖的肽聚糖是细菌细胞壁的结构物质。昆虫和甲壳类动物的外骨骼壳多糖也构物质。昆虫和甲壳类动物的外骨骼壳多糖也是糖类物质。是糖类物质。2)作为生物体内的主要能源物质作为生物体内的主要能源物质 糖在生物体内糖在生物体内(细胞内细胞内)通

3、过生物氧化释放通过生物氧化释放出能量出能量,供生命活动的需要。生物体内作为能源供生命活动的需要。生物体内作为能源贮存的糖类有淀粉、糖源等。贮存的糖类有淀粉、糖源等。3)在生物体内转变为其他物质在生物体内转变为其他物质 糖代谢的一些中间产物可为合成氨基酸、核糖代谢的一些中间产物可为合成氨基酸、核苷酸、脂肪酸提供碳骨架。苷酸、脂肪酸提供碳骨架。4)作为细胞识别的信息分子作为细胞识别的信息分子 糖蛋白的糖链在生物体内起信息分子的作用糖蛋白的糖链在生物体内起信息分子的作用,如细胞识别中的粘着、接触抑制、归巢行为、免如细胞识别中的粘着、接触抑制、归巢行为、免疫保护疫保护(抗原与抗体抗原与抗体)、代谢调控

4、、代谢调控(激素与受体激素与受体)、受、受精机制、形态发生、发育、癌变、衰老、器官移精机制、形态发生、发育、癌变、衰老、器官移植等。植等。3 糖类的元素组成糖类的元素组成 大多数糖类物质只由大多数糖类物质只由C、H和和O所组成，其中所组成，其中H和和O原子数之比是原子数之比是2 1，刚好与，刚好与H2O相同。被认为是相同。被认为是C与与H2O的化合物，故有的化合物，故有“碳水化合物碳水化合物”之称。后来之称。后来发现有些糖，如鼠李糖发现有些糖，如鼠李糖(C6H1 2O5)，脱氧核糖，脱氧核糖(C5H10O4)分子中分子中H和和O之比不是之比不是2 1；有些非糖物；有些非糖物质如甲醛质如甲醛(C

5、H2O)，乙酸，乙酸(C2H4O2)，乳酸，乳酸(C3H6O3)，其分子中其分子中H和和O之比正好是之比正好是2 1，所以，所以“碳水化合物碳水化合物”这一名称并不恰当。这一名称并不恰当。1927年国际化学名词重审委员年国际化学名词重审委员会建议用会建议用“糖族糖族(glucide)”一词来代替一词来代替carbohydrate。4 糖类的化学本质及定义糖类的化学本质及定义 糖从化学角度看，是多羟基的醛或多羟基糖从化学角度看，是多羟基的醛或多羟基的酮。如我们所熟悉的葡萄糖、蔗糖、淀粉、的酮。如我们所熟悉的葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素等都属于糖类，像纤维素等都属于糖类，像N-乙醛葡糖胺、果乙醛葡糖

6、胺、果糖糖-1,6-二磷酸这类糖的衍生物也属于糖类。二磷酸这类糖的衍生物也属于糖类。从化学本质给糖类下一个定义：糖类是多从化学本质给糖类下一个定义：糖类是多羟基醛羟基醛、多羟基酮多羟基酮或或其衍生物其衍生物，或水解时能产，或水解时能产生这些化合物的物质。生这些化合物的物质。5 糖的种类糖的种类 根据分子能否水解，以及水解产物的组成，将根据分子能否水解，以及水解产物的组成，将糖类化合物分为：糖类化合物分为：单糖单糖、寡糖寡糖、多糖多糖和和复合糖复合糖。单糖单糖是不能再水解成更小分子的多羟基醛或多是不能再水解成更小分子的多羟基醛或多羟基酮。含醛基者称为羟基酮。含醛基者称为醛糖醛糖，含酮基者称为，含

7、酮基者称为酮糖酮糖。根据分子中根据分子中C原子数目将单糖分为丙糖、丁糖、戊原子数目将单糖分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等，或根据糖、己糖等，或根据C原子数与羰基的类型分丙酮原子数与羰基的类型分丙酮糖或丙醛糖。糖或丙醛糖。寡糖寡糖是由是由26个相同或不同的单糖分子缩合而个相同或不同的单糖分子缩合而成的低聚糖分子，水解时得到相应数目和种类的单成的低聚糖分子，水解时得到相应数目和种类的单糖分子，如蔗糖、乳糖、麦芽糖、棉子糖等。糖分子，如蔗糖、乳糖、麦芽糖、棉子糖等。多糖多糖是由很多个是由很多个单糖分子单糖分子脱水缩合而成的生脱水缩合而成的生物物大分子大分子,是自然界中糖类化合物存在的主要形式，是自然界中

8、糖类化合物存在的主要形式，根据其组成特点根据其组成特点,可将多糖分为可将多糖分为均质多糖均质多糖和和非均质非均质多糖多糖。前者又称为同型多糖。前者又称为同型多糖,后者又称为异型多糖后者又称为异型多糖或杂多糖。或杂多糖。复合多糖复合多糖是糖和非糖物质共价结合成的复合是糖和非糖物质共价结合成的复合物物,如脂多糖、糖蛋白等。复合多糖主要为动物组如脂多糖、糖蛋白等。复合多糖主要为动物组织中的免疫球蛋白、血型多糖、细胞膜多糖。织中的免疫球蛋白、血型多糖、细胞膜多糖。二二 单糖的结构和性质单糖的结构和性质 在单糖的名称前面常常冠有符号在单糖的名称前面常常冠有符号D-或或L-，-或或-，“+”或或“-”以及

9、以及“吡喃吡喃”或或“呋喃呋喃”等字样。例如：等字样。例如：-D(+)-吡喃葡萄糖，吡喃葡萄糖，-D(-)-呋喃果糖等。呋喃果糖等。这些符号和字样除这些符号和字样除“+”或或“-”是代表旋光性之外，是代表旋光性之外，其余的都代表单糖分子特定的结构。其余的都代表单糖分子特定的结构。D-或或L-代表代表构型构型；-或或-代表代表异头物异头物；“呋喃呋喃”或或“吡喃吡喃”则代表环状半缩醛的则代表环状半缩醛的成环方成环方式式。手性分子中的不对称碳原子，可形成互为镜象手性分子中的不对称碳原子，可形成互为镜象关系的两种异构体，分别用关系的两种异构体，分别用D-型或型或L-型表示。构型型表示。构型常以甘油醛

10、作为基准，在其开链结构式投影图中，常以甘油醛作为基准，在其开链结构式投影图中，氧化程度高的基团氧化程度高的基团(-CHO)写在上方，最下方是伯写在上方，最下方是伯醇基醇基(-CH2OH)，中间是不对称碳原子，羟基在右，中间是不对称碳原子，羟基在右边边(dexter)者为者为D-型，在左边型，在左边(left)者为者为L-型。型。1 单糖分子的开链结构及构型单糖分子的开链结构及构型 CHOCCCHOCH2OHCH2OHHHOHHOD-甘油醛甘油醛L-甘油醛甘油醛 自然界中的自然界中的糖基本上是糖基本上是D-型结构型结构。在甘油醛分子。在甘油醛分子的基础上，每增加一个不对称碳原子，将产生两种立的基

11、础上，每增加一个不对称碳原子，将产生两种立体结构不同的醛糖。含不对称碳原子的化合物具有旋体结构不同的醛糖。含不对称碳原子的化合物具有旋光性，光性，D-型和型和L-型异构体的旋光方向不同，又称其为型异构体的旋光方向不同，又称其为旋光异构体旋光异构体。使偏振光平面发生。使偏振光平面发生顺时针方向偏转顺时针方向偏转者称者称为右旋为右旋，用，用“+”号表示，发生号表示，发生逆时针方向偏转逆时针方向偏转者称者称为为左旋左旋，用，用“-”号表示。号表示。旋光性与旋光性与D-或或L-构型没有必然构型没有必然的联系的联系。同一种化合物的。同一种化合物的D-型和型和L-型异构体的旋光方型异构体的旋光方向相反，比

12、旋光度相同，两者等量混合时，旋光互相向相反，比旋光度相同，两者等量混合时，旋光互相抵消，这种现象称为抵消，这种现象称为外消旋外消旋，用，用DL-表示。表示。CHOHOCHCH2OHOHCH2HCCHOOHOHCHOCHCH2OHCCHCOHHHOOHHCHOOHCH2HCHOHCHOHOHCHOCHD-甘油醛甘油醛 D-葡萄糖葡萄糖 L-甘油醛甘油醛 L-葡萄糖葡萄糖D-甘油醛D-苏阿糖D-赤鲜糖D-来苏糖D-木糖D阿拉伯糖D-核糖D-塔罗糖D-半乳糖D-艾杜糖D-古洛糖D-甘露糖D-葡萄糖D-阿卓糖D-阿洛糖C OOC C OOC 二羟丙酮D-赤鲜酮糖D-木酮糖D-核酮糖C OOC D-塔格

13、糖D-山梨糖C OOC D阿洛酮糖D-果糖2 单糖的环状结构单糖的环状结构 研究发现葡萄糖的一些理化性质与其开链分子结研究发现葡萄糖的一些理化性质与其开链分子结构不符，不具有醛类的某些典型反应性能。如不能使构不符，不具有醛类的某些典型反应性能。如不能使被被H2SO3漂白了的品红呈现红色；不能与漂白了的品红呈现红色；不能与NaHSO3起起加成反应；仅与一分子醇成半缩醛反应，不能与两分加成反应；仅与一分子醇成半缩醛反应，不能与两分子醇成缩醛反应。子醇成缩醛反应。Fisher提出了一种葡萄糖分子的投提出了一种葡萄糖分子的投影式环状结构，认为其醛基不是游离的，而与分子中影式环状结构，认为其醛基不是游离

14、的，而与分子中的醇羟基发生加成反应，分子环化成为环状半缩醛结的醇羟基发生加成反应，分子环化成为环状半缩醛结构式。醛基如与构式。醛基如与C4-OH成氧桥结合形成五元环，如与成氧桥结合形成五元环，如与C5-OH结合形成六元环，分别与呋喃和吡喃环相似。结合形成六元环，分别与呋喃和吡喃环相似。形成环状半缩醛后，形成环状半缩醛后，C1原子成了不对称原子成了不对称C原子，原子，半缩醛羟基有两种不同的排列方式，产生了半缩醛羟基有两种不同的排列方式，产生了-和和-型型两种异头物。半缩醛羟基与决定构型的醇羟基在同侧两种异头物。半缩醛羟基与决定构型的醇羟基在同侧者为者为-型，在相反侧者为型，在相反侧者为-型。型。

15、D-型糖的型糖的-缩醛羟基缩醛羟基位于右边，位于右边，-半缩醛羟基位于左边。半缩醛羟基位于左边。H CHCHOHOHCHO C HHOHCOHCH2OHOHCHO C HOHCHHOHCH COHCH2OHOHCHO C HHCHOHOHCH COHCH2OOHCH2OHCHH CHOHCOHOHCHO C H-D(+)-呋喃型呋喃型葡萄糖葡萄糖-D(+)-呋喃型呋喃型葡萄糖葡萄糖-D(+)-吡喃型吡喃型葡萄糖葡萄糖-D(+)-吡喃型吡喃型葡萄糖葡萄糖 -D-葡萄糖与葡萄糖与-D-葡萄糖不是镜象异构体，而是葡萄糖不是镜象异构体，而是异头物，两者比旋光度不同，异头物，两者比旋光度不同，-D-葡萄

16、糖的比旋光度葡萄糖的比旋光度为为+112.2o，-D-葡萄糖为葡萄糖为+18.7o。在溶液中。在溶液中-型与型与-可可通过开链结构相互转化，故新配的葡萄糖溶液表现出通过开链结构相互转化，故新配的葡萄糖溶液表现出变旋现象变旋现象。变旋平衡后，。变旋平衡后，-型浓度占型浓度占37%，-型占型占63%，开链结构不到，开链结构不到0.1%，D-葡萄糖的这葡萄糖的这3种结构动种结构动态平衡混合液的比旋光度为态平衡混合液的比旋光度为+52.5o。H C OHOCH2OHCHOCH2OHHCOCH2OHHO-D(+)-葡萄糖葡萄糖-D(+)-葡萄糖葡萄糖OHHOCH2OHOHHOHHHHOH123456OCH2OHOHHOHHHHOH123456HOH-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃果糖-D-呋喃果糖CCH2CCH23 单糖的单糖的Haworth式式 Fisher投影式结构中的氧桥过长显得不合理。投影式结构中的氧桥过长显得不合理。1926年年Haworth提出用透视式表达糖的环状结构，称提出用透视式表达糖的环状结构，称为透视式。为透视式。4 单糖的构象单糖的构象 按照按照Haworth式结