1、1n 掌据蛋白质的主要性质及其鉴别方法。第十三章碳水化合物(糖类化合物）和蛋白质【学习目标】n 了解碳水化合物的结构特点及其分类。n 掌握重要碳水化合物的主要性质及其鉴别方法。n 了解蛋白质的组成和分类。n 了解生物酶及其催化作用的特点。2第一节碳水化合物的分类和含义 碳水化合物也称为糖类化合物，是一类重要的天然有机化合物。例如葡萄糖、果糖、肝糖、淀粉、纤维素等都广泛存在于动植物中，是绿色植物光合作用的主要产物。是动植物所需能量的重要来源。根据我国居民的食物构成，人们每天摄取的热能中大约有75%来自糖类。一、碳水化合物的含义和分类 碳水化合物有C、H、O三种元素，其中氢原子和氧原子数的比例恰与
2、水一样为2 1。因此，得名为碳水化合物。它们可用通式Cn H2O m（）来表示，如葡萄糖的分子式为C6H12O6，也可用C6 H2O 6 表示，蔗糖的分子式为C12H22O11，也可用C12H2O11 表示。（）（）3 随着科学的发展，有机化合物数量的不断增多，发现有些化合物如鼠李糖（C6H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）其结构和性质属于碳水化合物，但分子式不符合上述通式，而有些化合物，如乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3），它们的分子式虽然符合上述通式，但它们的结构和性质与碳水化合物不同。“碳水化合物”这一名称由于沿用己久，所以至今仍在采用，但己失去原有意义。因此“碳水化合物”又
3、称“糖类化合物”。4 从结构上看碳水化合物是多羟基醛和多羟基酮，或者是能水解生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。碳水化合物常根据它能否水解及水解后生成的物质分为三大类。单糖 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮，叫单糖。例如葡萄糖。果糖等，它们是最简单的糖。低聚糖 含210个单糖结构的缩合物。其中二糖是最重要的低聚糖，如纤维二糖、蔗糖和麦芽糖等。多糖 含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。多糖属于天然高分子化合物。5二、单糖 天然来源的单糖种类很多，按分子中所含碳原子数目可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖等，分子中含有醛基的叫醛糖，含有酮基的叫酮糖。戊糖中最重要的糖是核糖，己糖中最重要的糖是葡萄糖和
4、果糖，它们互为同分异构体。葡萄糖和果糖的分子式为C6H12O6，它们的构造式如下：CH2CHCHCHCHCHOHOHOHOHOHOCH2CHCHCHCCH2OHOHOHOHOHO葡萄糖果糖6n 葡萄糖和果糖的来源与制法 葡萄糖是自然界分布最广的醛糖，广泛存在于蜂蜜和带甜味的水果汁以及植物的根、茎、叶和花等部位。尤其在成熟的葡萄中含量最高，因而得名。人体和动物体内都含有游离的葡萄糖，人体血液中的葡萄糖医学上叫血糖。正常人空腹血糖含量为3.96.1mmoL/L血液(或0.71.10g/L)工业上,葡萄糖可由淀粉或纤维素在酸性条件下水解制得:（C6H10O5）n+nH2O酸或酶 C6H12O6n淀粉
5、葡萄糖 果糖是自然界分布很广的一种己酮糖，主要存在于蜂蜜和水果中，工业上由菊粉经水解而制得。7n 葡萄糖和果糖的性质和用途 葡萄糖是白色晶体、味甜，熔点146，易溶于水，难溶于酒精，微溶于乙酸，不溶于乙醚和苯。果糖为白色晶体或结晶粉末。味最甜，熔点103。在一定条件下葡萄糖和果糖可以发生氧化、还原和成脎等化学反应。8 氧化反应 葡萄糖能被弱氧化剂溴水氧化，生成含碳原子数相同的葡萄糖酸，同时溴水颜色褪去，而果糖是酮糖，不能被溴水氧化，因此可用溴氧化来鉴别葡萄糖和果糖。Br2/H2OCHO（CHOH）CH2OH4COOH（CHOH）CH2OH4葡萄糖酸 葡萄糖和果糖均能和托伦试剂、菲林试剂反应，分
6、别生成银镜和氧化亚铜砖红色沉淀。CHO（CHOH）CH2OH4COONH4（CHOH）CH2OH4葡萄糖酸铵+2Ag（NH3）OH2+2Ag +3NH3 +H2O（银镜）9CHO（CHOH）CH2OH4COONa（CHOH）CH2OH4葡萄糖酸钠+2Cu2+NaOH +H2O+Cu2O +H2O 果糖是酮糖，虽不含醛基，但在碱性溶液中能转变为醛糖。所以果糖也能发生银镜反应和菲林反应。在碳水化合物中凡能与托抡试剂和菲林试剂发生反应的糖都为还原糖。反之为非还原糖。单糖都是还原糖。可以利用这两个反应来区别还原糖和非还原糖。10【演示实验131】在两支洗得十分干净的25mL试管中，分别加入20g/L硝
7、酸银溶液8mL。各滴加50g/L氢氧化钠溶液一滴，逐滴加入20g/L氨水，使氧化银沉淀恰好溶解，然后，在两支试管中分别加入100g/L葡萄糖溶液和100g/L果糖溶液，用水浴温热，静置观察银镜的生成。11 还原反应 葡萄糖和果糖用化学还原剂(如NaBH4)或催化加氢等还原方法，都可以生成己六醇(又叫葡萄糖醇或山梨醇)。H2/CuCrCHO（CHOH）CH2OH4CH2OH（CHOH）CH2OH4己六醇或NaBH4H2/CuCrCH2OH（CHOH）CH2OH3CH2OH（CHOH）CH2OH4己六醇或NaBH4CO12 成脎反应 单糖因有羰基，故与醛、酮相似，也能与苯肼作用，生成单糖苯腙。单糖
8、的-羟基可被过量的苯肼氧化成羰基，继续与苯肼反应，最终在C1和C2处生成含两个苯腙基团的化合物，称为糖脎。C6H5NHNH2H2OCHO（CHOH）CH2OH3CHOHCH NNHC6H5（CHOH）CH2OH3CHOH2C6H5NHNH2 ,NH3,H2OC6H5NH2葡萄糖葡萄糖苯腙CH NNHC6H5（CHOH）CH2OH3C NNHC6H5葡萄糖脎13C6H5NHNH2H2O2C6H5NHNH2 ,NH3,H2OC6H5NH2果糖果糖苯腙CH NNHC6H5（CHOH）CH2OH3C NNHC6H5果糖脎CH2OH（CHOH）CH2OH3COC NNHC6H5（CHOH）CH2OH3C
9、H2OH 糖脎为黄色结晶，微溶于水，一般来说，不同的单糖所生成的糖脎，其晶形和熔点是不同的，葡萄糖与果糖虽生成相同的糖脎，但析出的时间不同(果糖比葡萄糖快)，因此，常用成脎反应鉴别单糖。14【演示实验132】取两支25mL的试管，分别加入50g/L葡萄糖和果糖溶液8mL，再各加入苯肼试剂8mL混匀，放在沸水中加热，观察各试管中出现结晶的时间和颜色。15 葡萄糖是人体新陈代谢不可缺少的营养物质。葡萄糖经缓慢氧化而释放出能量，以供给肌肉活动并保持人体正常体温。在医药上用作营养补充剂，以供给能量。也是制备维生素C、葡萄糖酸钙等药物的原料。维生素C能防治环血病，所以又叫抗环血酸，具有增强机体抗病能力和
10、解毒作用，维生素C存在于新鲜蔬菜和水果中，故可以从中摄取以满足需要。葡萄糖酸钙是重要的补充钙质的药物，有抗过敏的作用，与维生素D合用，有助于骨质形成，可以治疗小儿佝偻病（钙缺乏症）。工业上葡萄糖用来还原银氨溶液，使析出的银均匀地镀在玻璃上，制成玻璃镜子及热水瓶胆。葡萄糖还大量用于食品工业中。果糖也是营养剂，在食品工业中作调味剂。16三、二糖 二糖是低聚糖中最重要的一类，凡是经水解能生成两分子单糖的化合物称为二糖。二糖中最重要的是蔗糖和麦芽糖，分子式为C12H22O11，它们互为同分异构体。n 麦芽糖 自然界不存在游离的麦芽糖。通常是用含有淀粉较多的农产品如大米、玉米、薯类等作物为原料，在淀粉酶
11、（存在于大麦芽中）的作用下，约60时，发生水解反应而生成的。2（C6H10O5）n+nH2O淀粉酶 C12H22O11n淀粉麦芽糖6017 麦芽糖属于还原糖，能发生银镜反应、菲林反应，也能与苯肼作用生成糖脎。麦芽糖在无机酸或酶的作用下发生水解，得到两分子葡萄糖。2C6H10O6+H2OH+或酶 C12H22O11麦芽糖葡萄糖 麦芽糖是饴糖的主要成分，主要用于食品工业中。麦芽糖易为动物消化，是一种廉价的营养剂。也可作为微生物的培养剂。唾液中也有淀粉酶，也能使淀粉水解为麦芽糖，所以细嚼淀粉食物后常有甜味感。麦芽糖为白色结晶，熔点102103，易溶于水，甜味不及蔗糖。18n 蔗糖 蔗糖也叫甜菜糖，是
12、自然界中分布最广的糖，广泛存在于植物的茎、叶、种子、根和果实内，其中以甘蔗的茎和甜菜的块根含量较多。工业上将甘蔗或甜菜 经榨汁、浓缩、结晶等操作可制得食用蔗糖。蔗糖为白色结晶，熔点160186分解，易溶于水，其甜味超过葡萄糖，但不及果糖。蔗糖属于非还原性糖，不能被托伦试剂、菲林试剂氧化，也不能与苯肼作用成脎。蔗糖在无机酸或酶作用下水解，生成一分子葡萄糖和一分子果糖。C6H10O6+H2OH+或酶 C12H22O11果糖葡萄糖+C6H10O6 蔗糖是人类生活中不可缺少的食用糖，在医药上用作矫味剂，常制成糖浆应用。蔗糖高浓度时能抑制细菌生长，因此，可用作医药上的防腐剂和抗氧剂19四、多糖 多糖是高
13、分子化合物，其水解后生成的最终产物是多个分子的单糖。多糖广泛存在于动植物体中。是重要的天然高分子化合物。多糖的性质和低聚糖有较大的差别，一般为无定形固体，不溶于水、无甜味、不具有还原性。淀粉和纤维素是最重要和最常见的多糖，分子为 ，互为同分异构体。（C6H10O5）nn 淀粉 淀粉是绿色植物进行光合作用的产物，存在于植物的种子、块根和茎中，谷类植物中含淀粉较多。淀粉是无色、无味和无嗅的颗粒。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成。一般直链淀粉的含量为10%30%，支链淀粉的含量为70%90%。直链淀粉不溶于冷水，但能溶于热水。直链淀粉遇碘溶液显蓝色。支链淀粉易溶于冷水，遇热水则因膨胀而成糊状。支链
14、淀粉遇碘溶液呈蓝紫色。一般淀粉以含支链淀粉为主。故遇碘溶液呈深蓝色。可用于淀粉的检验。淀粉在酸或酶的催化作用下，可逐步水解，依次生成糊精、麦芽糖和葡萄糖。20 C6H12O6（C6H10O5）nH2O酸或酶淀粉 C12H22O11麦芽糖（C6H10O5）m（m PIPIPHPI 不同的蛋白质等电点也不同，例如鱼精蛋白的PI为12.012.4，牛胰岛素的PI为5.305.35，血清蛋白的PI为4.64。蛋白质在等电点时，易结合成大的聚集体，所以蛋白质在等电点时溶解度最小，可沉淀析出，利用此性质可通过调节溶液的PH进行分离、提纯蛋白质。37n 显色反应蛋白质能与许多试剂发生特殊的颜色反应，常用于蛋
15、白质的鉴别。蛋白质分子中含有多个酰胺键 ，当在蛋白质溶液中加入氢氧化钠溶液及数滴硫酸铜稀溶液时，呈现紫色。缩二脲反应CNHO 分子中含有苯环的蛋白质，与浓硝酸作用，立即呈现黄色，这是由于苯环发生了硝化反应，生成了硝基化合物的缘故。若再用氨水处理，则又变成橙色。皮肤接触硝酸，立即变黄，便是蛋白质黄色反应的例子。蛋白黄反应反应，呈现紫蓝色，反应非常灵敏，其灵敏度可达十万分之一的浓度。这个反应在蛋白质的鉴定上极为重要。此外，蛋白质被灼烧时，如羊毛、蚕丝等会产生具有烧焦羽毛的气味，可用于鉴别它们。蛋白质与水合茚三酮 加热水合茚三酮反应OOHOHCCOC38四、酶 人体是一个复杂的“化工厂”，在这个“化
16、工厂”中同时进行着许多互相协同的化学反应。这些反应不能在高温、高压、剧毒、强腐蚀的条件下进行，只能在体温下温和地进行。这些反应还要求有较高的速率，而且需要随着环境和身体情况的变化而随时自动地进行精密的调节。如此苛刻的条件，这要靠一类特殊的蛋白质酶的作用。酶是一种由生物细胞合成的具有生物活性的蛋白质，是生物体内许多复杂的新陈代谢反应和许多有机化学反应的催化剂。酶的催化作用具有以下特点：n 条件温和，不需要加热。例如在人体中的各种酶催化反应，一般在接近体温和接近中性（PH约为7）的条件下，酶就可以起作用。在3050之间酶的活性最强，超过适宜的温度时，酶就夫去活性。n 对环境变化敏感。酶当受到高温、
17、强酸、强碱、重金属离子或紫外线照射等因素的影响时，非常容易失去活性。39n 具有高度的专一性。例如蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应，淀粉酶只能催化淀粉的水解反应。麦芽糖酶只能催化麦芽糖水解成葡萄糖，脲酶只能催化脲素水解，如同一把钥匙开一把锁那样。n 具有高效催化剂作用。酶催化剂的化学反应速率，比普通催化剂高1061013倍。目前人们已经鉴定出的酶己达2000多种以上。工业上大量使用的酶多数是通过微生物以酵制得的，并且许多酶己制成晶体。酶己得到广泛应用，如淀粉酶应用于食品、发酵、纺织、制药等工业；蛋白酶用于医药、制革等工业；脂肪酶用于使脂肪水解、羊毛脱脂等。酶还可用于疾病的诊断。40本章小结n 碳
18、水化合物 碳水化合物的含义 碳水化合物亦称糖类化合物。它是指多羟基醛和多羟基酮，以及能水解生成多羟基醛和多羟基酮的一类化合物。碳水化合物可分为单糖、低聚糖和多糖。单糖的性质 糖类糖类 试剂试剂 现象现象 葡葡 萄萄 糖糖 果果 糖糖托伦和菲林试剂被氧化成葡萄糖酸并分别有Ag及Cu2O生成 同葡萄糖溴水被氧化成葡萄糖酸 不易氧化NaBH4用NaBH4还原得多元醇 同葡萄糖苯肼生成黄色葡萄糖脎 同葡萄糖41 二糖的性质 糖类糖类 试剂试剂 现象现象 麦麦 芽芽 糖糖 蔗蔗 糖糖 托伦和菲林试剂能还原托伦试剂及菲林试剂，并分别生成Ag及Cu2O不能 苯肼成脎 不能 水解在酸或酶催化下水解为两分子葡萄
19、糖在酸或酶催化下水解为一分子葡萄糖和一分子果糖42 糖类糖类 试剂试剂 现象现象 麦麦 芽芽 糖糖 蔗蔗 糖糖托伦和菲林试剂无 无苯肼无 无碘溶液深蓝色 无酸催化水解葡萄糖 葡萄糖 多糖的性质43n 蛋白质 蛋白质是由许多-氨基酸通过分子间氨基与羧基间的脱水反应，缩合成以酰胺键相连的高分子化合物。蛋白质是一种两性电解原，与酸或与碱都能成盐。当溶液处于某一PH时，蛋白质分子以两性离子存在，在电场中不移动，此时溶液的PH为蛋白质的等电点。蛋白质具有盐析和变性作用能和许多化合物发生反应。显色反应可用于蛋白质的鉴别。n 酶 酶是一种由生物细胞合成的具有生命活性的蛋白质，是生物体内许多复杂的新陈代谢反应
20、和许多有机化学反应的催化剂。生物酶催化剂的特点 催化反应条件温和；对环境变化敏感；催化对象具有专一性；具有高效催化作用。44习 题 写出下列化合物的构造式。氨基乙酸（甘氨酸）2-氨基戊二酸（谷氨酸）葡萄糖 葡萄糖酸 果糖 写出葡萄糖与下列试剂作用的化学反应式。溴水 托伦试剂 过量苯肼 菲林试剂 硼氢化钠45 填空题 蛋白质主要是由 ，四种元素组成，它是由许多-氨基酸通过 结合而成的高分子化合物。酶对于许多有机化学反应和生物体内许多复杂的新陈代谢反应都具有很强的 作用。酶的催化作用的特点是 ，。凡是能发生银镜反应的一定含有 基，但不一定都是 类。有些蛋白质遇硝酸变成 色；淀粉遇碘溶液变成 色。4
21、6 选择题 葡萄糖不能发生的反应是（）。A 银镜反应B还原反应 C 酶化反应 D水解反应 蛋白质溶液在做如下处理后，仍不丧失生理作用的是（）。A 加硫酸铵溶液B加氢氧化钠溶液 C 加浓硫酸 D用福尔马林浸泡 下列关于纤维素用途的说法不正确的是（）。A 造纸B滴加浓硫酸 C 制造醋酸纤维 D制造合成纤维 区别织物成分是棉花还是羊毛，最简单的方法是（）。A 滴加浓硝酸C 滴加洒精 D灼烧 47 用化学方法鉴别下列各组化合物。葡萄糖和果糖 蔗糖和麦芽糖 淀粉和纤维素 淀粉、纤维素、蛋白质 解释下列名词。蛋白质的盐析 蛋白质的变性作用 还原糖 非还原糖 某化合物分子式为C3H7O2N，能与氢氧化钠或盐
22、酸反应生成盐，并能与醇反应生成酯，与亚硝酸作用放出氮气，同时生成-羟基酸。试推测该化合物的构造式。48阅读材料碳水化合物也叫糖类化合物 糖类化合物由C（碳）、H（氢）、O（氧）三种元素组成，分子中H和O的比例通常为2 1，与水分子中的比例一样，故称为碳水化合物。可用通式Cm（H2O）表示。因此，曾把这类化合物称为碳水化合物。但是，后来发现有些化合物按其构造和性质应属于糖类化合物，可是它们的组成并不符合Cm（H2O）通式，如：鼠李糖（C6H12O5）、脱氧核糖（C3H10O4）等；而有些化合物如：乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）、甲醛（CH2O）等，其组成虽符合通式Cm（H2O），但结构与性质却与糖类化合物完全不同，因此，现在对于糖类化合物，不叫其为碳水化合物。所以，碳水化合物这个名称并不确切，但因使用己久，迄今仍在沿用。碳水化合物是各种不同类型糖类化合物的总称，但符合碳水化合物通式的化合物不一定是糖类化合物。也就是说：糖类化合物是碳水化合物，但碳水化合物不一定是糖类化合物。nnn49
