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1、第一章 碳 水 化 物 碳水化物是自然界存在很多的一大类物质。是食物中的主 要成分之一。由碳、氢、氧三种元素组成；每两个氢原子有一 个氧原子，这个比数和水相同，故名碳水化合物，简称碳水化 物。低分子量的碳水化物有甜味，所以碳水化物又称糖类。 一些糖的衍生物如糖醛酸、氨基糖、以及由它们组成的膳 食纤维，有一定的重要性；糖和脂质或蛋白质的结合物糖脂、 糖蛋白、蛋白多糖，有广泛的生理功用，日益受到重视，本章 也将予以简单介绍。 第一节、 碳水化物的分类、结构和分布及重要性 一、 碳水化物的分类 碳水化物根据其化学组成分为简单糖和复合糖两大类。 1、简单糖 简单糖又根据其组成单位分为单糖、双糖、低聚糖
2、、多糖四类。 （1）单糖 不能水解成更简单的糖的碳水化物叫单糖。单糖有3到7个 碳原子，依碳原子数的多少，依次称为丙、丁、戊、已、庚糖。丙糖和 丁糖以中间代谢物的形式存在，自然界存在最多是戊糖和已糖。 单糖具有醛基或酮基。有醛基者称醛糖，有酮基者称酮糖。 （2）双糖 每分子能水 解成两分子单糖的碳水化称双糖。营养上有 意义的双糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖三种。 （3）低聚糖 每分子水解成38个分子单糖的碳水化物称低聚糖， 也有人把水解成310个，甚至20个分子单糖的碳水化物归入这一类。 可再分两类：水解产生的所有糖分子都是葡萄糖的称麦芽糖低聚糖，由3 个葡萄糖分子组成的叫麦芽三糖，四个葡萄糖分子组成
3、的叫麦芽四糖等 等。另一类水解时产生不止一种单糖，称杂低聚糖。如大豆中的杂低聚 糖水解产生棉子糖和木苏糖等，人不易消化，无法利用。但机体自己合 成的杂低聚糖，有很重要的生理功用。 （4）多糖 由 10 个以上的单糖分子通过糖苷键连接而形成的多聚大分子 的碳水化物称为多糖。主要有淀粉、糊精、糖原，纤维素等。除纤维素外 ，膳食纤维还包括半纤维素、果胶、藻类、木质素。 2、复合糖 复合糖根据其结合的其他物质分为糖脂、糖蛋白、蛋白多糖三类。 （1）糖脂 糖和脂质的结合物称糖脂。简单可分两类：脑苷脂和神经 节苷脂。 （2）糖蛋白（glycoprotein ） 广义讲，糖和蛋白质结合后的化合物都 是糖蛋白
4、。通常每个分子的含糖量较少，约4%。糖蛋白的种类很多，包 括酶、激素、载体、凝集素、膜蛋白、抗体等。因此，有广泛的生理功用 。 （3） 蛋白多糖（proteoglycan）含有与多肽链主链共价连接的大量（95% 或更多）杂多糖侧链的一种高分子量物质。蛋白多糖为多聚阴离子化合物。它们在 接缔组织的细胞外间质中形成基质。其功能是作为润滑剂和支持成分。 二、碳水化合物的结构 碳水化合物有开链式结构和环状结构。 （1）单糖的开链式结构 -D-Glucose D-型甘油醛L-型甘油醛 2、糖的环状结构： -D-葡萄糖 蔗糖 乳糖 -D-果糖 环状单糖是由开链式单糖转化而来，例如： 开链式葡萄糖 环状葡萄
5、糖 环状果糖 开链式果糖 三、 糖的分布及其重要性： 1、糖的分布 （1）所有生物的细胞质和细胞核含有核糖 （2）动物血液中含有葡萄糖 （3）肝脏中含有糖元 （4）植物细胞壁由纤维素所组成 （5）粮食中含淀粉 （6）甘蔗，甜菜中含大量蔗糖 2、糖的重要性 （1）水+CO2 碳水化合物 （2）动物直接或间接从植物获取能量 （3）糖类是人类最主要的能量来源 （4）糖类也是结构成分 （5）纤维素是植物的结构糖 第二节、单糖的某些重要的化学性质 一、单糖的氧化 1、氧化成醛糖酸 醛糖含游离醛基，具有很好的还原性。碱性溶液中重金属离 子（Cu2+, Ag+,Hg2+，Br+等)Fehling试剂（酒石酸
6、钾钠，氢氧化钠和CuSO4）或 Benedict试剂（柠檬酸，碳酸钠和CuSO4）中的Cu2+是一种弱氧化剂，能使醛糖 （还原剂）的醛基氧化成竣基，产物称醛糖酸（Aldonic acid）金属离子自身被还 原。能使氧化剂还原的糖称为还原糖(reducing sugar)所有的醛糖都是还原糖；许 多酮糖也是还原糖，例如果糖，因为它在碱性溶液中能异构化为醛糖（图1）。 Feling试剂或Benedict试剂常用于检测还原糖。试剂中的酒石酸钾钠或柠檬酸用作 鳌合剂，与Cu2+ 络合以防止形成Cu(OH)而使Cu2+ 沉淀。1分子醛糖氧化成醛糖酸 需要2分子氢氧化铜的参与，反应如下： 此反应可用来测定
7、尿液中和血液中的葡萄糖浓度。为某些疾病（如糖尿病）的临 床诊断）提供依据。 Fehling试剂-CuSO4溶液与KOH和酒石酸钾钠 Benedict试剂-CuSO4溶液+Na2CO3+柠檬酸钠 酒石酸钾钠-防止反应产生Cu(OH)2或CuCO3沉淀，使之变为可溶性的而又能离 解的复合物，从而保证继续供给Cu离子以氢化糖 。 碱的作用-使糖起烯醇化变为强还原剂，同时使CuSO4变为Cu(OH)2 Benedict 试剂由于较稳定且不易受其他物质如肌酸和尿酸等的干扰，临床上常被用作尿糖（ 葡萄糖）的定性与半定量测试。药房出售的某些家庭用糖尿病自测试剂盒就是应用 Benedict 反应。尿中含有不少
8、于 0l葡萄糖，测试能给出阳性反应（黄红色)。未经治疗的糖尿病患 者尿中的葡萄糖可达百分之几。 必须指出，Feling 反应和Benedict反应虽然被用作还原糖的检验，但不能给出定量的醛 糖酸产物，因为所用的碱性条件会引起糖碳架的断裂和分解。但缓冲的溴水溶液(pH6)能很好 地氧化醛糖成为一羧酸，醛糖酸。此反应是醛糖专一的，酮糖则不能被溴氧化。 2、氧化成醛糖二酸 如果使用较强的氧化剂如热的稀硝酸，醛糖的醛基和伯醇基均被氧 化成羧基，形成的二羧酸称醛糖二酸（aldaric acid）：或糖二酸（saccharic acid 旧名） ，例如 D-葡萄糖被氧化成D-葡糖二酸（D-glucaric
9、 acid）: 3、氧化成糖醛酸 某些醛糖在定特定的脱氢酶的作用下可以只氧 化它的伯 醇基而保留醛基，生成糖醛酸（uronic acid),例如葡萄糖醛酸。 二、单糖的还原 单糖的碳基在适当的还原条件下，例如用硼氢化钠处理醛糖或酮糖，则被还 原成多元醇（polyol）称糖醇，D-葡萄糖还原生成D一葡萄醇(D-glucitol）常称山梨 醇（Sorbitol）D-山梨醇 或L-山梨醇,反应式如下： D一葡萄糖 D一葡萄醇 L一古洛醇 L一古洛糖 D一葡萄醇也可由L-古洛糖（L-guloe）还原获得，因此D一葡萄醇也即L-古洛醇L- guliltol). 糖醇是生物体的代谢产物，也是重要的工业原料
10、和产品。可用于制药和食品 。例如，山梨醇是合成维生素C (Vc)的重要工业原料。还可用于表面活性剂、食 品、化妆品，制药等行业。 糖尿病患者的眼球晶状体内发现积累山梨醇，并导致白内障（cataract)的形 成。 甘露醇在临床上可用于降低颅内压和治疗急性肾功能衰竭。口服甘露醇可使 大便变软，有利于排便。 第三节、膳食中的重要糖类 一、膳食中的重要单糖 1、 葡萄糖的分子结构 （1） 葡萄糖的化学组成和链状结构 a葡萄糖能与费林氏（Fehling）试剂或其他酸试剂反应。证明葡萄糖分子含 有6个碳原子。 b葡萄糖能与乙酸酐结合，产生具有五个已酰基的衍生物。证明葡萄糖分子含 有五个 OH c葡萄糖经
11、钠汞齐作用，被还原成一种具有六个羟基的山梨醇，而山梨醇是由 六个碳原子构成的直链醇。证明了葡萄糖的六个碳原子是连成一直线的链式结构： （2）葡萄糖的环状结构 a 葡萄糖的醛基不如一般醛基活泼,也不能象一般醛类那样与Schiff试剂起反应, 即不能使被亚硫酸漂白了的品红呈现红色. b 葡萄糖也不能与亚硫酸氢钠起加成反应. c 一般醛类在水溶液中只有一个比旋度,但新配制的葡萄糖水溶液的比旋随时间 而变化 a =+112 称a-D-(+)葡萄糖 a =+18.7 称b-D-(+)葡萄糖 变旋现象-将这两种葡萄糖分别溶于水后,其旋光率都逐渐变为+52.7,这一现 象称变旋现象. 原因-不同结构形式的葡
12、萄糖可互变,各种形式最后达到一定的平衡所致. D-Fructose, or levulose, is often referred to as fruit sugar because of its high content in fruit. It is also found in some vegetables as well as in honey Galactose Galactose is necessary to synthesize a variety of biomolecules (Figure1-). These include lactose (in lactating m
13、ammary glands), glycolipids, certain phospholipids, proteoglycans, and glycoproteins. The interconversion of galactose and glucose is catalyzed by an enzyme called an epimerase. In galactosemia, a genetic disorder, an enzyme required to metabolize galactose is missing. Galactose, galactose-1-phospha
14、te, and galactitol (a sugar alcohol derivative) accumulate and cause liver damage, cataracts, and severe mental retardation. The only effective treatment is early diagnosis and a diet free of galactose. 二、膳食中重要的双糖 Sucrose is a disaccharide of almost universal appeal and tolerance. Produced by many h
15、igher plants and commonly known as table sugar, is one of the products of photosynthesis and is composed of fructose and glucose. Sucrose is also easily hydrolyzed by dilute acid, apparently because the fructose in sucrose is in the relatively unstable furanose form. Although sucrose and maltose are
16、 important to the human diet, they are not taken up directly in the body. In a manner similar to lactose, they are first hydrolyzed by sucrase and maltase, respectively, in the human intestine. Starch By far the most common storage polysaccharide in plants is starch, which exists in two forms: -amylose and amylopectin, the structures of which are shown in Figure 7.21. Most forms of starch in nature are 10 to 30% -amylose and
