生物化学糖类.ppt.ppt
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1、第八章 糖类代谢第一部分 糖类,第一节 概述第二节 单糖第三节 寡糖第四节 多糖,第一节 概述,一、糖类的概念与分类,1.糖的概念糖类物质是含多羟基的醛类或多羟基酮类化合物。大多数糖类物质主要由C、H和O三种元素组成,其分子式通常以Cn(H2O)m表示,所以过去人们一直认为糖类是碳与水的化合物,称为碳水化合物。现在这种称呼并不恰当,只是沿用已久,仍有许多人称之为碳水化合物。,P1,2糖的分类(1)根据分子中含醛基还是酮基可分为醛糖和酮糖(2)根据分子中所含的碳原子数目(3-7)可分为丙糖,丁糖,戊糖、己糖和庚糖,其中,丙糖(甘油醛和二羟丙酮)是最简单的糖类;(3)根据糖的结构单元数目多少分为单
2、糖、寡糖和多糖,单糖:不能被水解成更小分子的糖类;寡糖:水解时产生2-6个单糖分子的糖类,如双糖、三糖,其中双糖最为普遍,意义也较大;多糖:水解时产生20个以上单糖分子的糖类,包括同多糖和杂多糖。同多糖:水解后只产生一种单糖或单糖衍生物杂多糖:水解后产生一种以上单糖或/和单糖衍生物,二、糖类的分布及其生物学功能,1糖类的分布糖类物质是生物界中分布极广,含量较多的一类有机物质,几乎存在于所有的生命机体中,它们以糖或与蛋白质、脂类结合成结合糖的形式存在。存在于植物界的最多,约占其干重的85-90人和动物的脏器、组织中含糖不超过其干重的2微生物含糖量约占菌体干重的1030。,2糖类的生物学功能(1)
3、作为生物体的结构成分;(2)作为生物体内的主要能源物质;(3)在生物体内转变为其他物质;(4)作为细胞识别的信息分子。,二、糖类的分布及其生物学功能,第二节 单糖,一、单糖的分子结构,1.葡萄糖的链状结构葡萄糖分子式:C6H12O6 链状结构包含6个碳原子、5个羟基和1个醛基,因此称为己醛糖。,葡萄糖,P6,果糖分子式:C6H12O6 链状结构包含6个碳原子、5个羟基和1个酮基,因此称为己酮糖。,一、单糖的分子结构,果糖,2.单糖分子的构型葡萄糖的投影式和透视式:,葡萄糖含4个手性碳原子,果糖含3个手性碳原子。,果糖,葡萄糖,通常所谓的单糖构型是指分子中离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型,如果
4、在投影式中此碳原子上的羟基具有与D(+)-甘油醛C2-OH相同的取向,则为D型糖,反之为L型糖。,D(+)-葡萄糖的对映体只有L(-)-葡萄糖,其余的旋光异构体都是它的非对映体,物理化学性质会发生改变。,仅一个手性碳原子的构型不同的非对映异构体称为差向异构体。,3葡萄糖的环状结构(1)葡萄糖环状结构的确立葡萄糖不仅以链状结构存在,还以环状结构存在,因为葡萄糖的某些物理性质和化学性质不能用糖的链状结构来解释。1893年,Fischer.E提出了葡萄糖分子环状结构学说。葡萄糖分子中的羟基能与醛基可逆缩合成环状的半缩醛。,P8,环化后,羰基碳上形成的差向异构体称为异头物。半缩醛碳原子也称为异头碳原子
5、或者异头中心。异头碳的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有相同取向的称为异头物,具有相反取向的称为异头物。,异头物,异头物,开链葡萄糖,(2)Haworth透视式表示葡萄糖的环状结构,1926年,Haworth认为过长的氧桥是不合理的,他采用透视式表达葡萄糖的环状结构。,Haworth透视式比Fischer投影式更能合理的表达单糖的存在形式。,氧环上的碳原子顺序按顺时针排列时,羟甲基在环平面上方的为D型糖,在环平面下方的为L型糖;无论是D型糖还是L型糖,异头碳羟基与末端羟甲基是反式的为异头物,顺式的为异头物。开链的单糖形成环状半缩醛时,最容易出现五元环和六元环的结构。D-葡萄糖主要以吡喃糖存在,呋
6、喃糖次之。D-果糖也以两种形式存在。,(3)葡萄糖的构象构象:由于分子中原子(基团)绕C-C单键自由旋转而形成的不同的空间结构形式,不同的构象之间转变不需要共价键的断裂与重新生成。在各种构象形式中,势能最低、最稳定的构象是优势构象。吡喃糖只用一个简单的平面式表示还是不够合理的。一个分子处在自由稳定状态时要求尽可能保持正常键角,尽可能减少基团间空间排斥,以降低内能,P11,对环己烷来说,有椅式和船式两种构象,船式构象的拥挤,因此,椅式构象是最稳定的构象。,吡喃糖环正好类似于环己烷。对于D-吡喃葡萄糖来说,有椅式和船式两种构象,其中椅式构象是优势构象。,二、单糖的性质,1物理性质(1)旋光性几乎所
7、有的单糖及其衍生物都有旋光性(二羟丙酮除外),许多单糖在水溶液中发生变旋现象。,P13,变旋现象:一种新配制的溶液旋光度改变的现象。其本质是由于分子立体结构发生了变化。单糖溶液产生变旋现象的原因:单糖溶于水后,即产生环式与链式异构体间的互变,所以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。,(2)甜度各种糖的甜度不一,常以蔗糖甜度为标准进行比较。设蔗糖甜度为100,则果糖、葡萄糖、麦芽糖、半乳糖和乳糖甜度分别为175,70,35,30和16。,(3)溶解度单糖分子中有多个羟基,增加了它的水溶性,除甘油醛微溶于水,其它单糖均易溶于水,
8、尤其在热水中溶解度极大。微溶于乙醇,但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。,2.化学性质单糖是多羟基醛或酮,因此具有醇羟基和羰基的性质,如具有醇羟基的成酯、成醚、成缩醛等反应和羰基的一些加成反应,又具有由于它们互相影响而产生的一些特殊反应。,(1)异构化在弱碱性溶液中,D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖可以通过烯醇式结构相互转化。,D-葡萄糖和D-甘露糖就是C2差向异构体,这种变化又称为差向异构化。葡萄糖可以异构化成为果糖的原理在工业上被用来制备高甜度的果葡糖浆。先利用廉价的谷物淀粉经酶水解成葡萄糖,再经过葡萄糖异构化酶的催化作用,使葡萄糖转化为甜度高的果糖,从而制得含40%以上果糖的果葡糖浆,俗称人造
9、蜂蜜。,(2)氧化反应在氧化剂、金属离子和酶的作用下,单糖可以发生几种类型的氧化反应:醛基氧化成醛糖酸;伯醇基氧化成糖醛酸;醛基、伯醇基同时氧化成醛糖二酸,氧化成醛糖酸弱的氧化剂如Fehling试剂和Benedict试剂能使醛糖的醛基氧化成羧基,产物称醛糖酸,金属离子自身被还原。Fehling 试剂:酒石酸钾钠、NaOH、CuSO4 Benedict 试剂:柠檬酸、Na2CO3、CuSO4,单糖转化成开链形式才能发生上述反应,能还原Fehling试剂等弱氧化剂的性质称为还原性。具有还原性的糖称为还原糖,不具有还原性的糖称为非还原糖。在碱性溶液中,醛糖和酮糖能够通过烯醇式中间体发生异构化,所以,
10、酮糖也同样能够发生上述反应,也是还原糖。因此,单糖都是还原糖。Fehling反应和Benedict反应可被用作还原糖的检验,但不能定量,因为所用的碱性条件会引起糖碳架的断裂与分解,产物非常复杂。,氧化成糖醛酸有些醛糖如葡萄糖、半乳糖等在生物体内特定脱氢酶的作用下可以只氧化伯醇基而保留醛基,生成糖醛酸。,氧化成醛糖二酸在较强的氧化剂如稀硝酸的作用下,醛糖醛基和伯醇基均被氧化成羧基,形成的二羧酸称为醛糖二酸,(3)单糖的还原在催化加氢或酶的作用下,羰基可还原成羟基,糖还原生成相应的糖醇,主要用于食品和药品的加工,(4)酯化作用单糖环状结构中所有的羟基都可以酯化,生物体内的单糖能与磷酸作用生成各种磷
11、酸酯。这些糖的磷酸酯都是糖代谢过程中的重要中间产物,(5)形成糖苷单糖的半缩醛羟基与另一化合物的羟基缩合、脱水生成的缩醛(或缩酮)式衍生物称为糖苷。其中,提供半缩醛羟基的糖部分称为糖基,非糖部分称为配基,这两部分之间的连键称为糖苷键。,半缩醛部分是葡萄糖,称葡糖苷。半缩醛部分是果糖,称果糖苷。也可根据糖苷键的类型来命名,如O-苷、N-苷、S-苷或C-苷。由于单糖有-和-两种型式,生成的糖苷也有-和-型之分。天然存在的糖苷多为-型。,糖苷与糖的性质很不相同:糖是半缩醛,容易变成游离醛,从而给出醛的各种反应。糖苷属于缩醛,一般不显示醛的性质,例如无变旋现象,不能还原Fehling试剂等。糖苷对碱溶
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