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1、1生生 物物 化化 学学 提提 要要 OUTLINEOUTLINE OFOF BIOCHEMISTRYBIOCHEMISTRY 第第 1 1 章章 糖糖 (Carbohydrates)(Carbohydrates) 1 11 1 学习要点学习要点 糖是所有含有醛基（半缩醛羟基）或酮基（半缩酮羟基）的多羟基化合物的糖是所有含有醛基（半缩醛羟基）或酮基（半缩酮羟基）的多羟基化合物的 总称。总称。 单糖（单糖（monosaccharidesmonosaccharides） 单糖的结构特征单糖的结构特征 单糖是有机小分子，碳架、构型、构像、功能基团等都是在学习单糖时应注单糖是有机小分子，碳架、构型、构
2、像、功能基团等都是在学习单糖时应注 意的结构要素。其中，构型上的异构或意的结构要素。其中，构型上的异构或/ /和构像上的异构可以引起异构体间化和构像上的异构可以引起异构体间化 学性质和生物学功能的显著差异甚至改变，因此确定分子的构型或构像是非学性质和生物学功能的显著差异甚至改变，因此确定分子的构型或构像是非 常重要的。常重要的。 单糖的旋光异构单糖的旋光异构 旋光性旋光性物质具有的使经过的偏振光旋转一定角度的能力。两个旋光符物质具有的使经过的偏振光旋转一定角度的能力。两个旋光符 号号+ +、- -，各表示右旋和左旋。旋光性发生的原因是分子的不对称结构，如存，各表示右旋和左旋。旋光性发生的原因是
3、分子的不对称结构，如存 在不对称碳原子（手性碳原子）在不对称碳原子（手性碳原子） 。 旋光异构体旋光异构体分子的化学组成相同但旋光性不同，彼此为旋光异构体。分子的化学组成相同但旋光性不同，彼此为旋光异构体。 含有一个手性碳原子的甘油醛或乳酸存在含有一个手性碳原子的甘油醛或乳酸存在 DD 型（右旋）和型（右旋）和 L L 型（左旋）型（左旋） ，DD 型和型和 L L 型甘油醛是对映体，即互为镜像的旋光异构体。含有型甘油醛是对映体，即互为镜像的旋光异构体。含有 n n 个手性碳原子个手性碳原子 的分子其旋光异构体的数目理论上可以达到的分子其旋光异构体的数目理论上可以达到 2n2n 个。个。 DD
4、 型糖和型糖和 L L 型糖型糖通过和甘油醛比较可以确定其他含有手性碳原子的分通过和甘油醛比较可以确定其他含有手性碳原子的分 子的相对构型。用子的相对构型。用 DD 和和 L L 表示两种旋光异构构型，故相对构型与旋光符号无表示两种旋光异构构型，故相对构型与旋光符号无 关。可以根据远离羰基的不对称碳原子，即第关。可以根据远离羰基的不对称碳原子，即第 4 4 个不对称个不对称 C C 原子的原子的-OH-OH 排布排布 方向将单糖分为方向将单糖分为 DD 型糖和型糖和 L L 型糖。天然葡萄糖是型糖。天然葡萄糖是 DD 型。自然界已知的单糖基型。自然界已知的单糖基 本上都是本上都是 DD 型。型
5、。 己糖有多少旋光异构体？理论上链式己醛糖应该有己糖有多少旋光异构体？理论上链式己醛糖应该有 2424 =16=16 种旋光异构体。种旋光异构体。 由于在水溶液中可以形成环状结构（例如吡喃葡萄糖）由于在水溶液中可以形成环状结构（例如吡喃葡萄糖） ，使羰基，使羰基 C C 原子成为不原子成为不 对称对称 C C 原子，因而旋光异构体增加。原子，因而旋光异构体增加。 （2 2）单糖的环状结构）单糖的环状结构 溶液中的单糖和寡糖、多糖等中的单糖单位都是环状结构。己糖因其含氧六溶液中的单糖和寡糖、多糖等中的单糖单位都是环状结构。己糖因其含氧六 元环称为吡喃糖，戊糖因含氧五元环称为呋喃糖。元环称为吡喃糖
6、，戊糖因含氧五元环称为呋喃糖。 对单糖的环状结构的认识最先是通过研究葡萄糖的变旋现象获得的。对单糖的环状结构的认识最先是通过研究葡萄糖的变旋现象获得的。 半缩醛羟基或半缩酮羟基（异头体）半缩醛羟基或半缩酮羟基（异头体）环状结构中羰基环状结构中羰基 C C 原子成为新的手原子成为新的手 性性 C C 原子，与其连接的羟基称为半缩醛羟基或半缩酮羟基（异头体）原子，与其连接的羟基称为半缩醛羟基或半缩酮羟基（异头体） 。依据异。依据异 头体与糖环平面的相对位置不同，用头体与糖环平面的相对位置不同，用 （在平面下）和（在平面下）和 （在平面上）区分异（在平面上）区分异 头体构型，因而有头体构型，因而有
7、- -和和 - -吡喃糖，吡喃糖， - -和和 - -呋喃糖之分。呋喃糖之分。 吡喃糖有两种无张力构像吡喃糖有两种无张力构像椅式构像和船式构像。椅式构像和船式构像。椅式比船式稳定，椅式比船式稳定，这是这是 因为在船式中存在因为在船式中存在 C-CC-C 键的重叠和不相邻原子间（键的重叠和不相邻原子间（C1-HC1-H 和和 C4-HC4-H）的作用）的作用 力。力。2（3 3）单糖的主要功能团：羰基（醛基和酮基）单糖的主要功能团：羰基（醛基和酮基） 、羟基、羟基 2 2 单糖的性质单糖的性质 （1 1）单糖的互变异构）单糖的互变异构 在稀碱下，葡萄糖、果糖和甘露糖之间可以互变异构。在稀碱下，葡
8、萄糖、果糖和甘露糖之间可以互变异构。 （2 2）葡萄糖的变旋现象：）葡萄糖的变旋现象： 新鲜配制的葡萄糖溶液放置一段时间其旋光度发生改变。由新鲜配制的葡萄糖溶液放置一段时间其旋光度发生改变。由+1120+1120 变为变为 +52O+52O。 （3 3）单糖的主要功能团的反应性与单糖衍生物）单糖的主要功能团的反应性与单糖衍生物 糖苷、氨基糖、糖酯、糖酸、糖醇、糖杀糖苷、氨基糖、糖酯、糖酸、糖醇、糖杀 糖苷（糖苷（glycosideglycoside）：单糖的缩醛式化合物，单糖的醛基（半缩醛羟基）参）：单糖的缩醛式化合物，单糖的醛基（半缩醛羟基）参 与反应，提供羟基的分子称为配糖体与反应，提供羟
9、基的分子称为配糖体 糖酯：单糖的羟基或半缩醛羟基的酯化产物。自然界中的糖酯通常是磷酸糖酯：单糖的羟基或半缩醛羟基的酯化产物。自然界中的糖酯通常是磷酸 酯或硫酸酯。酯或硫酸酯。 糖酸：单糖的羟基或半缩醛羟基被氧化为羧基的产物。如糖二酸、糖醛酸糖酸：单糖的羟基或半缩醛羟基被氧化为羧基的产物。如糖二酸、糖醛酸 糖醇：单糖的醛基被还原为羟基的产物糖醇：单糖的醛基被还原为羟基的产物 氨基糖（糖胺）：单糖的羟基被氨基取代的产物。某些氨基还可进一步被乙氨基糖（糖胺）：单糖的羟基被氨基取代的产物。某些氨基还可进一步被乙 酰化。酰化。 3 3单糖的生物学功能单糖的生物学功能 细胞的燃料分子。例如葡萄糖是所有细胞
10、都能利用的燃料分子（见糖代谢）细胞的燃料分子。例如葡萄糖是所有细胞都能利用的燃料分子（见糖代谢） 。 寡糖和多糖等的构件分子。寡糖和多糖等的构件分子。 非糖生物分子的碳架来源（见有关物质代谢）非糖生物分子的碳架来源（见有关物质代谢） 。 某些重要的单糖及其衍生物如某些重要的单糖及其衍生物如 D-D-葡萄糖（葡萄糖（GluGlu） 、D-D-半乳糖（半乳糖（GalGal） 、D-D-甘露甘露 糖（糖（ManMan） 、D-D-果糖（果糖（FruFru） 、唾液酸（、唾液酸（sailicsailic acidacid）或）或 N-N-乙酰乙酰-D-D-神经氨酸神经氨酸 （NeuNACNeuNAC）
11、 1 11 12 2 二糖、寡糖和多糖二糖、寡糖和多糖 oligasaccharidesoligasaccharides andand polysaccharidespolysaccharides 1.1.二糖、寡糖和多糖的结构特征二糖、寡糖和多糖的结构特征 糖苷键（糖苷键（glycosidicglycosidic bondbond）：二糖、寡糖和多糖中单糖单位之间的连键，由）：二糖、寡糖和多糖中单糖单位之间的连键，由 一单糖的半缩醛羟基与另一单糖单位的羟基缩合而成。其形式如一单糖的半缩醛羟基与另一单糖单位的羟基缩合而成。其形式如 C1C1OO C1C1，2 2，3 3，4 4，6 6 ，如，
12、如 C1C1OO C1C1 简要表示为（简要表示为（1 11 1） 。根据异头体的构。根据异头体的构 型可以分为型可以分为 - -糖苷，如蔗糖糖苷，如蔗糖 -Glc-Glc（1 1 2 2）- - - - FruFru，麦芽糖，麦芽糖 -Glc-Glc（1 14 4）GlcGlc， 海藻糖海藻糖 -Glc-Glc（ 1 1 1 1）GlcGlc - -糖苷，如乳糖糖苷，如乳糖 -Gal-Gal（ 1 1 4 4）- - -Glc-Glc，纤维二糖，纤维二糖 -Glc-Glc（1 1 4 4）GlcGlc （2 2）单糖单位的数目和种类）单糖单位的数目和种类 寡糖一般含寡糖一般含 3-103-1
13、0 单糖单位，多糖由于所含的单糖单位数目不确定，往往没有单糖单位，多糖由于所含的单糖单位数目不确定，往往没有 确定的分子量。确定的分子量。 组成上多糖一般不具有复杂性，即构成多糖的单糖单位种类很少。按照复杂组成上多糖一般不具有复杂性，即构成多糖的单糖单位种类很少。按照复杂 程度将多糖分为均一多糖程度将多糖分为均一多糖(homopolysaccharides)(homopolysaccharides)和不均一多糖和不均一多糖3(heteropolysaccharides)(heteropolysaccharides) 2.2. 二糖、寡糖和多糖的生物学功能二糖、寡糖和多糖的生物学功能 储存能量。
14、凡能为生物提供单糖作为燃料分子的糖都可以作为生物的能源，储存能量。凡能为生物提供单糖作为燃料分子的糖都可以作为生物的能源， 例如淀粉、糖原，它们也被称为储藏多糖例如淀粉、糖原，它们也被称为储藏多糖(stored(stored polysaccharides)polysaccharides) （见糖（见糖 代谢）代谢）结构成分。如纤维素、几丁质分别是植物结构成分。如纤维素、几丁质分别是植物/ /真菌真菌/ /节肢动物等细胞壁或外骨骼节肢动物等细胞壁或外骨骼 成分，糖胺聚糖成分，糖胺聚糖(glycosaminoglycans)(glycosaminoglycans)和蛋白聚糖和蛋白聚糖(prote
15、oglycans)(proteoglycans)是动物细是动物细 胞间质成分，肽聚糖（胞间质成分，肽聚糖（peptideglycanpeptideglycan）是细菌细胞壁成分，它们统称为结构）是细菌细胞壁成分，它们统称为结构 多糖多糖(struvtural(struvtural polysaccharides)polysaccharides) 3 3糖的生物合成（见糖代谢）糖的生物合成（见糖代谢） 1.1.31.1.3 糖蛋白糖蛋白 GlycoproteinsGlycoproteins 一类由糖类同多肽或蛋白质以共价键连接而成的结合蛋白。糖在其中的含量一类由糖类同多肽或蛋白质以共价键连接而成的结合蛋白。糖在其中的含量 从从 1%1%到到 70%70%左右。作为分泌蛋白，如粘液糖蛋白左右。作为分泌蛋白，如粘液糖蛋白(mucous(mucous glycoproteins)glycoproteins) 、血清糖蛋白、血清糖蛋白(serum(serum glycoproteins)glycoproteins)或膜蛋白，如血型物质、载体、受体等或膜蛋白，如血型物质、载体、受体等 1.1. 糖蛋白中的糖的结构特征糖蛋白中的糖的结构特征 糖与氨基酸的连接糖与氨基酸的连接 也称为糖苷键，根据连接氨基酸残基的侧链不同分为两类：也称为糖苷键，根据连接氨基酸残基的侧链不同分为两
