1、第三章第三章 糖类的结构与功能糖类的结构与功能糖类的概念和分类单糖的构型、结构、构象自然界存在的重要单糖及其衍生物寡糖多糖多糖代表物糖复合物一、糖类的结构与功能一、糖类的结构与功能最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、脱氧核糖（C5H10O4)定义：定义：糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。糖类的生物学意义：糖类的生物学意义：1.是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源；2.是生物体合成其它化合物的基本原料；2.充当结构性物质；4.糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质；5.糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分
2、，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。定义：定义：多羟基的醛或酮或经简单水解能生成这类醛酮的化合物多羟基的醛或酮或经简单水解能生成这类醛酮的化合物 称为糖。称为糖。生物界分布广、含量多。几乎所有的动物、植物、微生物生物界分布广、含量多。几乎所有的动物、植物、微生物体内都有，是维持生命不可缺少的物质。体内都有，是维持生命不可缺少的物质。丙醛糖丙醛糖 醛糖醛糖 丁醛糖丁醛糖 单糖单糖 戊醛糖戊醛糖糖糖 低聚糖低聚糖 酮糖酮糖 己醛糖己醛糖 多糖多糖 主要的生物学作用：主要的生物学作用：1.人和动物的主要能源物质。人和动物的主要能源物质。2.具有结构支撑功能。具有结构支撑功能。3.具有复杂多方面的生
3、物活性与功能。具有复杂多方面的生物活性与功能。分类：分类：糖的分类：糖的分类：糖类化合物单糖寡糖多糖：不能水解的最简单糖类，是多羟基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）：有210个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解后产生原来的单糖或其衍生物。同多糖同多糖杂多糖杂多糖糖缀合物糖缀合物二、单糖的构型、结构、构象二、单糖的构型、结构、构象单糖有D-及L-两种异构体。凡在理论上可由D-甘油醛衍生出来的单糖皆为D-型糖。单糖具有旋光性：D=100tDtcL 为了向化学家们提供用以区分右旋物质和左旋物质的参照物或对比标准，德国化学家E费歇尔选择了食糖的近亲，即称之为甘油醛的简单
4、化合物。它是当时研究得最为透彻的旋光性化合物之一。他任意地将它的一种形态规定为是左旋的，称之为L甘油醛，而将它的镜像化合物规定为是右旋的，称之为D甘油醛。（一）单糖的构型（一）单糖的构型单糖的构型用D-或L-表示：D/L 标记法确定方法标记法确定方法 L型：结构式中型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与位号最大的手性碳原子的构型与 L-(-)-甘油醛中甘油醛中C-2构型一致。构型一致。D型：结构式中型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与位号最大的手性碳原子的构型与 D-(+)-甘油醛中甘油醛中C-2构型一致。构型一致。CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHCH2OHCHOHOH123
5、456D-(+)-葡萄糖D-(+)-甘油醛 若为酮糖，则以离若为酮糖，则以离C=O最远的最远的*C上的上的OH为标准为标准进行比较。进行比较。单糖及氨基酸的相对构型规定单糖及氨基酸的相对构型规定：CHOCH2OHCOOHRD-糖L-氨基酸OHH2NCHOCH2OHL-糖HOCOOHRNH2D-氨基酸 另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示指向纸平面后面的键。如D-(+)葡萄糖可表示为：应当注意的是：碳链上的几个碳原子并不在一条直线上，这可从分子模型看出。把结构式横写更容易看出分子中各原子团之间的立体关系。CCCCOHHOHOHHHOHHCH2OHCHOCCH2OHCHHOHCCC
6、HOHHHOHOOH123456单糖结构实例实例 系统命名法系统命名法 习惯命名法习惯命名法 类别类别单糖的命名单糖的命名 DD，L L表示相对构型表示相对构型(2R)-2,3-二羟基丙醛二羟基丙醛 D-(+)甘油醛甘油醛丙醛糖丙醛糖(2R,3R,4R)-2,3,4,5-四羟基戊醛四羟基戊醛 D-(-)-核糖核糖 戊醛糖戊醛糖(3S,4R,5R)-1,3,4,5,6-五羟基已五羟基已-2-酮酮 D-(-)-果糖果糖 已酮糖已酮糖糖有一个或一个以上的手性中心，糖有一个或一个以上的手性中心，立体异构体数目立体异构体数目2n个。个。自然界中存在的糖多为自然界中存在的糖多为D型糖。型糖。CH2OHHO
7、HHOHHOHCH2OHO 糖分子中的醛基与羟基作用形成半缩醛时，由于C=O为平面结构，羟基可从平面的两边进攻C=O，所以得到两种异构体构型和构型。两种构型可通过开链式相互转化而达到平衡。这就是糖具有变旋光现象的原因。构型生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在同一侧。构型生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在不同的两侧。-型糖与-型糖是一对非对映体，-型与-型的不同在C1的构型上故有称为端基异构体和异头物。CH2OHCOHCH2OHOHHOOHCCH2OHCHOHHHOOOOH型型开链式63%37%0.1%1911252环状结构的环状结构的构型和构型和构型构型葡萄糖的结构葡萄糖的结构多羟基醛的
8、开环形式CHOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OH半缩醛吡喃糖OCH2OHOHOHOHOH15呋喃糖OCH2OHHO-CHOHOHOH14OCH2OHOHOHOH15OHOCH2OHHO-CHOHOH14OH葡萄糖的构象船式椅式OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOHHaworth Perspective 即用六元环平面表示氧环式各原子在空间的排布方式即用六元环平面表示氧环式各原子在空间的排布方式苷羟基与CH2OH在环平面同侧D(+)葡萄糖D(+)葡萄糖苷羟基与 CH2OH 在环平面异侧OHOHOHHOHHHHCHOCH2OHOHOHHOHHH
9、CH2OHHOOHHOHOHHOHHHCH2OHHOOHH D-型：型：CH2OH在环上方；在环上方；L-型：型：CH2OH在环下方在环下方在在Haworth式结构式中式结构式中OHOHOHHOHHHHCHOCH2OHOHOHHOHHHCH2OHHOOHHOHOHHOHHHCH2OHHOOHH在哈沃斯式中，成环的原子在同一平面上，粗线表示环在哈沃斯式中，成环的原子在同一平面上，粗线表示环平面向前的边缘，细线表示向后的边缘。成环的碳元素平面向前的边缘，细线表示向后的边缘。成环的碳元素符号不写出，连在手性碳原子上的符号不写出，连在手性碳原子上的H也可略去。原来在也可略去。原来在投影式左边的羟基，处
10、于环平面上方；原来在投影式右投影式左边的羟基，处于环平面上方；原来在投影式右边的羟基，处于环平面下方（即边的羟基，处于环平面下方（即“左上右下左上右下”）；而）；而C6上羟甲基在环平面上方者为上羟甲基在环平面上方者为D-型。在型。在D-型糖中，半缩醛型糖中，半缩醛羟基在环下者为羟基在环下者为-型，在环上者为型，在环上者为-型。型。葡萄糖环型结构的画法葡萄糖环型结构的画法-哈武斯透视式哈武斯透视式向右倒下向右倒下绕成环绕成环C3-C4键旋转键旋转-D-呋喃葡萄糖呋喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖呋喃葡萄糖 CHOCH2OHOHHOOHOHCHOHOCH2CH2OHCHOCH2OHCHOOHCH2OHOH
11、C=OHababOOOHCH2OHOHOHOHOHCH2OHOHOHOH-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖注意：注意：通常吡喃环中的氧原子写在环的右上角。通常吡喃环中的氧原子写在环的右上角。萄糖环型结构的画法萄糖环型结构的画法-哈武斯透视式哈武斯透视式 吡喃型葡萄糖吡喃型葡萄糖 HOCHOHHHHOHOH OH CH2OH HOCHOHHHHOHOH OH HOCH2 HOOHHHHOHOH HOCH2HOH HOOHHHHOHOH HOCH2OHH+-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖OHHHHHOHOHOH HOAA=HOCH2-OHHHHHOHOHOH
12、AOHHHHOHOHOHAor将单糖的将单糖的Fischer构象构象式改写成式改写成Howorth透视透视式式 HOOHHHHOHOH HOCH2OHH-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖OHOHHOOHCH2OHH123456OH葡萄糖的存在形式葡萄糖的存在形式OHHH CH2OHOH OH OH HHOH-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖OHHH CH2OHOH OH OH HHOH-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖OHOHHOOHCH2OHH123456OH-D-呋喃葡萄糖呋喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖呋喃葡萄糖CHOCH2OH12345663.6%36.4%0.01%1%三、自然界存在的重要单糖及其三、自然界存在的
13、重要单糖及其 衍生物衍生物单糖的重要衍生物衍生物：糖醇糖醇：较稳定，有甜味。甘露醇、山梨醇糖醛酸糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸氨基糖氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。D-氨基葡萄糖糖苷糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等）的羟基形成的缩醛。洋地黄苷、皂角苷 L-(+)-阿拉伯糖阿拉伯糖 D-(+)-木糖木糖 D-(-)-核糖核糖 D-(-)-2-脱氧核糖脱氧核糖一些重要的单糖及其衍生物一些重要的单糖及其衍生物氨氨 基基 糖糖D-(+)-葡萄糖葡萄糖 D-(+)-甘露糖甘露糖 D-(+)-半乳糖半乳糖 D-(-)-果糖果糖HCHOOHHHOOHHOHHCH2OHHO
14、CHOHHHOOHHOHHCH2OHHCHOOHHHOHHOOHHCH2OHCHOOHHOOHHOHHCH2OHHCHOOHHHOHHOCH2OHHCHOOHHHOOHHCH2OHHCHOOHOHHOHHCH2OHHCHOHOHHOHHCH2OHOCH2OHHOOHNH2HON-甲基甲基-L-2-氨基葡萄糖氨基葡萄糖-D-2-氨基葡萄糖氨基葡萄糖OONCH2OHOHOHCH3HH四、寡糖四、寡糖寡糖是少数单糖（210个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖纤维二糖（1 1）麦芽糖是淀粉水解的产物。麦芽糖水解产生一分子）麦芽糖是淀粉水解的产物。麦芽糖水解产生一分
15、子-D-D-吡喃葡萄糖和一分子吡喃葡萄糖和一分子D-D-吡喃葡萄糖。吡喃葡萄糖。（2 2）麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。(一一 )麦芽糖的结构麦芽糖的结构O CH2OHOH OH HOO CH2OHOH OH OOH成苷部分成苷部分未成苷部分未成苷部分（1 1）纤维二糖是纤维素水解的产物。纤维二糖水解产生纤维二糖是纤维素水解的产物。纤维二糖水解产生 一分子一分子-D-D-吡喃葡萄糖和一分子吡喃葡萄糖和一分子D-D-吡喃葡萄糖。吡喃葡萄糖。（2 2）因为整个分子中保留了一个半缩醛的羟基，能与土因为整个分子中保留了一个半缩醛的羟基，能与土
16、伦、斐林、本尼迪特试剂反应，所以是伦、斐林、本尼迪特试剂反应，所以是还原糖。还原糖。-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖(二二)纤维二糖的结构纤维二糖的结构-1,4-苷键苷键（1 1）是由）是由 -D-D-吡喃葡萄糖和吡喃葡萄糖和-D-D-呋喃果糖的两个半缩醛呋喃果糖的两个半缩醛 羟基失水而成的。羟基失水而成的。（2 2）蔗糖中已无半缩醛羟基，所以）蔗糖中已无半缩醛羟基，所以不是还原糖不是还原糖。(三）蔗糖的结构三）蔗糖的结构非还原糖非还原糖-1,2-苷键苷键 -2,1-苷键苷键五、多糖五、多糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不
17、溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。多糖的功能：1.贮藏和结构支持物质。2.抗原性（荚膜多糖）。3.抗凝血作用（肝素）。4.为细胞间粘合剂（透明质酸）。5.携带生物信息（糖链）。六、多糖代表物六、多糖代表物（一）淀粉与糖原（一）淀粉与糖原天然淀粉由直链淀粉（以-(1,4)糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为-(1,6)糖苷键）组成。淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。链长为20个葡萄糖基，呈红色。链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。OOHOOHOHOOCH2OHCH2O
18、H1441OHOOHOOCH2OHOH淀粉（淀粉（starchstarch）-1,4-苷键苷键直链淀粉直链淀粉amylose 遇碘变蓝紫色遇碘变蓝紫色支链淀粉支链淀粉 amylopectin（二）纤维素与半纤维素（二）纤维素与半纤维素纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。半纤维素是指除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。（三）壳多糖（几丁质）（三）壳多糖（几丁质）由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-(1,4)糖苷键缩合成的同多糖。比较坚硬，为甲壳动物等的机构材料。纤维素纤维素作为植物的骨架。作为植物的骨架。-
19、1,4-糖苷键糖苷键 淀粉淀粉是植物中养分的储存形式。是植物中养分的储存形式。淀粉淀粉颗粒颗粒1.纤维素纤维素（cellulose）D-葡萄糖，葡萄糖，-1,4苷键苷键OOHOOHOOOHOCH2OHCH2OHOHOOOH1441CH2OHOH-1,4-苷键苷键 无还原性、无变旋现象。大多数不溶于水，无还原性、无变旋现象。大多数不溶于水，个别与水形成胶体溶液。个别与水形成胶体溶液。（四）葡聚糖（四）葡聚糖是D-葡萄糖以-(1,6)糖苷键缩合为主链骨架，以-(1,3)和-(1,4)糖苷键构成支链，整个分子形成网状。其凝胶可用作分子筛。（五）糖胺聚糖（五）糖胺聚糖含有氨基己糖或乙酰氨基糖，也称为粘
20、多糖。肝素、透明质酸和硫酸软骨素。七、糖复合物七、糖复合物是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的 产物。（一）糖蛋白与蛋白多糖（一）糖蛋白与蛋白多糖两种不同类型苷键：N-糖苷键糖苷键（肽链上的Asn的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成）；O-糖苷键糖苷键（肽链上的Ser或Thr的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成）糖蛋白中寡糖链末端糖基末端糖基组成的不同决定人体的血型。O型：Fuc（岩藻糖）A型：Fuc和GNAc（乙酰氨基葡萄糖）B型：Fuc和Gal（半乳糖）红细胞 N-Ac-Glc -1,4Gal-1,2-1,3FucX血型与寡糖链组成的关系：血型与寡糖链组成的关系：XA型：为 N-乙酰氨基-四种血
21、型的差异：-D-半乳糖 XB型：为 -D-半乳糖 XAB型：兼有A型和B型的糖O型：空位X（二）糖脂与脂多糖（二）糖脂与脂多糖脂类与糖（或低聚糖）结合的一类复合糖。1.甘油醇糖脂：甘油二酯与己糖（半乳糖、甘露糖和脱氧葡萄糖）结合而成。2.N-酰基神经醇糖脂：ROCH2CHCHCH=CHC13H27RNH OH（R为糖基或糖链基；R为脂肪酸链。）几丁质（甲壳素）粘多糖（mucopolysaccharidi）1透明质酸2.硫酸软骨素C硫酸软骨素一硫酸软骨素 B 硫酸软骨素 C 3.肝素革兰氏阳性菌的细胞壁由多层网状的肽聚糖和磷壁酸组成，革兰氏阴性菌的细胞壁由单层肽聚糖和脂双层外膜构成，后者含有脂多糖、脂蛋白、膜孔蛋白和磷脂。细菌多糖 1 肽聚糖(peptidoglycan)革兰阳性菌
