西北大學生物化學課件-第一章講課稿

1、西北大學生物化學課件西北大學生物化學課件-第一章第一章 糖是指多羥基醛或多羥基酮以及它們的縮合物和某些衍生物。含有醛基的糖稱為醛糖，含有酮基的糖稱為酮糖。根據(jù)聚合度的不同，糖可以分為單糖、寡糖和多糖。Carbohydrates are hydrates of carbon Monosaccharides (simple sugars) cannot be broken down into simpler sugars under mild conditions Oligo = a few - usually 2 to 10 Polysaccharides are polymers of the

2、 simple sugars單糖 單糖已不能再水解成更簡單的糖單位。根據(jù)碳原子的數(shù)目，可將單糖分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖等。 根據(jù)各單糖的化學結(jié)構(gòu)，丙糖以外的單糖可看成是由丙糖衍生而來的，其中醛糖衍生于甘油醛，酮糖衍生于二羥丙酮。單糖或衍生物英文全稱縮寫阿拉伯糖ArabinoseAra果糖FructoseFru巖藻糖FucoseFuc半乳糖GalactoseGal葡萄糖GlucoseGlc來蘇糖LyxoseLyx甘露糖MannoseMan核糖RiboseRib葡萄糖酸Gluconic acidGlcA葡萄糖醛酸Glucuronic acidGlcUA半乳糖胺GalactosamineGa

3、lN葡萄糖胺GlucosamineGlcNN-乙酰半乳糖胺N-AcetylgalatosamineGalNAcN-乙酰葡萄糖胺N-AcetylglucosamineGlcNAc或NAG胞壁酸Muramic acidN-乙酰胞壁酸N-Acetylmuramic acidMurNAc或NAMN-神經(jīng)氨酸（唾液酸） N-Acetylneuramic acid（Sialic acid） NeuNAc或Sia 常見的單糖或衍生物的名稱和縮寫常見的單糖或衍生物的名稱和縮寫單糖的立體化學 最簡單的單糖是丙糖，包括甘油醛和二羥丙酮。其中甘油醛含有1個手性C原子，因此具有對映異構(gòu)體。在甘油醛的Fischer投影

4、結(jié)構(gòu)式中，醛基畫在最上方，羥基位于左側(cè)的甘油醛定為L-型，羥基位于右側(cè)的甘油醛定為D-型。 在各單糖的Fischer投影結(jié)構(gòu)式之中，將編號最高的手性C原子（距離羰基最遠的手性C原子）與甘油醛上的手性C原子進行比較，與D-型甘油醛一致的單糖就是D-型單糖，反之就是L-單糖。D型和L型并不能告訴我們一種單糖本身的旋光方向。二羥丙酮和甘油醛的二羥丙酮和甘油醛的Fischer投影結(jié)構(gòu)式投影結(jié)構(gòu)式果糖的對應異構(gòu)體果糖的對應異構(gòu)體知道以下定義 在各種旋光異構(gòu)體之中，互為鏡像的一對異構(gòu)體稱為對映異構(gòu)體對映異構(gòu)體； 一個或一個以上的手性C原子構(gòu)型相反，但并不呈鏡像關(guān)系的一對異構(gòu)體稱為非對映異構(gòu)體非對映異構(gòu)體；

5、 只有一個手性C原子的構(gòu)型不同的一對異構(gòu)體稱為差向異構(gòu)體，如D-葡萄糖與D-甘露糖，D-葡萄糖與D-半乳糖就互為差向異構(gòu)體差向異構(gòu)體。葡萄糖的差向異構(gòu)體葡萄糖的差向異構(gòu)體需要熟悉的結(jié)構(gòu) 葡萄糖：是一種標準的六碳糖 半乳糖：是葡萄糖的差向異構(gòu)體 甘露糖：是葡萄糖的差向異構(gòu)體 核糖：是一種標準的五碳糖 阿拉伯糖：是核糖的差向異構(gòu)體 木糖： 是核糖的差向異構(gòu)體 果糖：是葡萄糖的酮糖形式 醇羥基很容易與醛或酮形成半縮醛（或半縮酮。 直鏈的單糖分子在分子內(nèi)也能夠發(fā)生類似的反應，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中醛糖環(huán)化形成環(huán)式半縮醛，酮糖環(huán)化形成環(huán)式半縮酮。 在單糖由直鏈結(jié)構(gòu)變成環(huán)狀結(jié)構(gòu)以后，原來的羰基C原子便成為一個

6、新的手性中心，從而產(chǎn)生和兩種差向異構(gòu)體。這種在半縮醛C上形成的差向異構(gòu)體稱為異頭體，新出現(xiàn)的手性C稱為異頭體C。半縮醛羥基與編號最高的手性C原子上的羥基具有相同取向的異頭體稱為異頭體，反之就稱為異頭體。由于異頭體比異頭體穩(wěn)定，因此在葡萄糖溶液之中，-D-葡萄糖要比-D-葡萄糖多?？s醛和縮酮反應縮醛和縮酮反應吡喃葡萄糖和呋喃果糖吡喃葡萄糖和呋喃果糖Harworth式環(huán)狀單糖結(jié)構(gòu)的寫法式環(huán)狀單糖結(jié)構(gòu)的寫法Haworth Structures Step 1CHOHHOHHCH2OHOHOHHOH123456CHOHOHHHHOH2COH OH H OH123456Haworth Structures

7、 Step 2CHOHOHHHHOH2COH OH H OH123456CHOHOHHHHOH2COHOHHOH123456Haworth Structures Step 3CHOHOHHHHOH2COHOHHOH123456CHOHHOHHHHOH2COOHHOH123456 D-葡萄糖的異頭體結(jié)構(gòu)葡萄糖的異頭體結(jié)構(gòu)D-葡萄糖和葡萄糖和D-半乳糖的變旋半乳糖的變旋單糖單糖-異頭體的旋光度異頭體的旋光度變旋后的旋光度變旋后的旋光度平衡時所占比例平衡時所占比例(%)-D-葡萄糖葡萄糖+112.0+52.736-D-葡萄糖葡萄糖+18.7+52.764-D-半乳糖半乳糖+150.7+80.228-

8、D-半乳糖半乳糖+52.8+80.272脫氧）核糖的環(huán)化脫氧）核糖的環(huán)化單糖的構(gòu)象 以葡萄糖為例，其半縮醛環(huán)上的C-O-C鍵角為111，與環(huán)己烷的鍵角（109）相近，故葡萄糖的吡喃環(huán)和環(huán)己烷環(huán)相似，也有椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象，其中椅式構(gòu)象使各單鍵的扭張強度降低到最小因而較穩(wěn)定。在兩種椅式結(jié)構(gòu)之中，I型上的-OH和-CH2OH這兩種較大的基團均為平伏鍵，所以在熱力學上I型比II型穩(wěn)定。葡萄糖的椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象葡萄糖的椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象單糖的衍生物 在特定的酶催化下，單糖在體內(nèi)可進行各種修飾反應而形成一系列衍生物。常見的衍生物包括：氨基糖；氧化糖；脫氧糖；糖醇；糖苷。 Hexose Derivati

9、ves in NatureShould be able to recognize and differentiate among these structures, many of which are common substituents in bacterial cell walls.Lactic acid4 electron oxidation-reduction單糖的反應性質(zhì)單糖的反應性質(zhì)堿性條件的弱氧堿性條件的弱氧化化 寡糖 也稱為低聚糖，由2個10個單糖分子縮合并以糖苷鍵相連。在寡糖分子之中，含有自由的異頭體C的一端稱為還原端，異頭體C參與形成糖苷鍵的一端稱為非還原端。 在書寫寡糖

10、的序列時，非還原端寫在左邊，還原端寫在右邊，需要標明各單糖單位的名稱、構(gòu)型、相互間的連接方式和異頭體的構(gòu)型。The Glycosidic BondTwo sugar molecules can be joined in tandem, when a hydroxyl (alcohol) group of one sugar displaces the hydroxyl group on the other sugars anomeric carbon.The bond formed is called a glycosidic bond. In forming the glycosidic b

11、ond, an acetal is generated on one sugar (at carbon 1) in place of the hemiacetal. Convince yourself that the other carbon (carbon 4) is not an acetal.Similarly to peptide bond formation, one mole of water is formed per glycosidic bond generated.The disaccharide formed upon condensation of two gluco

12、se molecules is called Maltose.二糖二糖性質(zhì)性質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)來源來源生理功能生理功能蔗糖蔗糖（sucrose）(非還原糖非還原糖)Glc (12)Fru水果、種子、根和蜂水果、種子、根和蜂蜜蜜光合作用光合作用的終產(chǎn)物的終產(chǎn)物乳糖乳糖(lactose)(還原糖還原糖)Gal (14)Glc動物乳汁、某些植物動物乳汁、某些植物動物的能源動物的能源,-海藻糖海藻糖(trehalose)(非還原糖非還原糖)Glc(11)Glc藻類、真菌和昆蟲血藻類、真菌和昆蟲血昆蟲血糖昆蟲血糖麥芽糖麥芽糖(maltose)(還原糖還原糖)Glc(14)Glc淀粉和糖原淀粉和糖原淀粉和糖原淀粉

13、和糖原中的二糖中的二糖單位單位異麥芽糖異麥芽糖(isomaltose)(還原糖還原糖)Glc(16)Glc支鏈淀粉和糖原支鏈淀粉和糖原淀粉和糖原淀粉和糖原分支分支纖維二糖纖維二糖(cellobiose)(還原糖還原糖)Glc (14)Glc植物植物纖維素中的纖維素中的二糖單位二糖單位龍膽二糖龍膽二糖(gentiobiose)(還原糖還原糖)Glc (16)Glc某些植物某些植物植物的糖苷植物的糖苷組分組分常見二糖的名稱、結(jié)構(gòu)、來源和生理功能常見二糖的名稱、結(jié)構(gòu)、來源和生理功能 常見二糖的名稱和結(jié)構(gòu)常見二糖的名稱和結(jié)構(gòu)多糖多糖 由多個單糖分子縮合而成的糖稱為，其中由相同的單糖分子組成的多糖稱為同

14、多糖，含有不同種單糖單位的多糖稱為雜多糖。多糖中最常見的單糖是D-葡萄糖，某些單糖的衍生物也出現(xiàn)在某些多糖分子之中。 單糖單位之間的連接方式即糖苷鍵的類型直接與多糖的機械強度和溶解性質(zhì)有關(guān)。往往以-1,4糖苷鍵相連的多糖比較軟，在水里有一定的溶解度，而以-1,4糖苷鍵相連的多糖比較硬，不溶于水。 與蛋白質(zhì)不同，組成多糖的單糖單位的數(shù)目不是固定的，因此，多糖無確定的相對分子質(zhì)量。與單糖相比，多糖無變旋現(xiàn)象和還原性，無甜味。 按照功能的不同，多糖可分為貯能多糖和結(jié)構(gòu)多糖 PolysaccharidesIn nature, carbohydrates are most often found as

15、high molecular weight polymers of monosaccharides.These polysaccharides (sometimes called glycans) can be homopolysaccharides (if all of the repeating units are the same), or heteropolysaccharides (if the repeating units are not the same).Polysaccharides serve structural purposes (cellulose and chit

16、in), or serve as fuel reserves (glycogen and starch). Polysaccharides do not have a defined molecular weight. Remember that this is in contrast to proteins. Any given protein will always have the same molecular weight and amino acid composition. This because they are synthesized on a template. This

17、is not the case for polysaccharides.貯能多糖 常見的貯能多糖有淀粉、糖原和右旋糖酐。這三類多糖的基本組成單位都是D-葡萄糖，因此都屬于同多糖。糖原、支鏈淀粉和纖維素的結(jié)構(gòu)糖原、支鏈淀粉和纖維素的結(jié)構(gòu)Starch and Glycogen GranulesFor adjacent rigid chair structures, the most stable conformation of the sugars is one in which the polysaccharide chain is curved rather than linear. This

18、 causes amylose and amylopectin, and glycogen to form helical structures. It is these compact structures that produce the dense granules of stored starch or glycogen that can be seen in many cells.淀粉 淀粉又分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類。直鏈淀粉只有-1,4糖苷鍵，無分支，其重復的二糖單位為麥芽糖，而支鏈淀粉既含有-1,4糖苷鍵，還有-1,6糖苷鍵，其重復的二糖單位主要是麥芽糖，還有少數(shù)異麥芽糖。-1

19、,6糖苷鍵的出現(xiàn)使得支鏈淀粉產(chǎn)生分支。 盡管直鏈淀粉在水中的溶解性很低，但它能在水中形成膠束懸液。膠束中的多糖鏈采取螺旋構(gòu)象。碘能夠插入到疏水螺旋的中間從而產(chǎn)生藍色。支鏈淀粉在水中也形成膠束結(jié)構(gòu)，但碘與其反應產(chǎn)生的是紫紅色。直鏈淀粉和支鏈淀粉的化學結(jié)構(gòu)直鏈淀粉和支鏈淀粉的化學結(jié)構(gòu)淀粉的碘反應淀粉的碘反應右旋糖酐右旋糖酐 是一種主要以-1,6糖苷鍵相連的分支多糖，通常存在于酵母和細菌中，其重復的二糖單位主要是異麥芽糖，分支點可能是12,13或14糖苷鍵。生長在牙齒表面的細菌產(chǎn)生的右旋糖酐是牙菌斑或菌斑的重要成分。細菌產(chǎn)生的右旋糖酐經(jīng)常在實驗室中被用作層析柱的支持介質(zhì).常見多糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)常見多糖

20、的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)淀粉淀粉糖原糖原右旋糖右旋糖酐酐纖維素纖維素幾丁質(zhì)幾丁質(zhì)菊粉菊粉瓊脂糖瓊脂糖來源來源種子、種子、塊莖、塊莖、塊根塊根肝臟肝臟骨骼肌骨骼肌酵母酵母細菌細菌植物植物細胞壁細胞壁無脊椎無脊椎動物、動物、節(jié)肢動節(jié)肢動物等物等菊科菊科植物植物海藻海藻單糖單單糖單位位D-葡萄葡萄糖糖D-葡萄葡萄糖糖D-葡萄葡萄糖糖D-葡萄葡萄糖糖NAG果糖、果糖、葡萄糖葡萄糖D-半乳糖、半乳糖、3,6-脫水半乳脫水半乳糖糖連接方連接方式式-(1,4)-(1,6)-(1,4)-(1,6)主要是主要是-(1,6)-(1,4)-(1,4)主要是主要是-(2,1)-(1,4)-(1,3)類別類別同多糖同多糖同多糖同多

21、糖同多糖同多糖同多糖同多糖同多糖同多糖雜多糖雜多糖雜多糖雜多糖碘反應碘反應藍色或藍色或紫紅色紫紅色紫紅色紫紅色無無無無無無無無無無構(gòu)象構(gòu)象螺旋螺旋無規(guī)卷無規(guī)卷曲曲鋸齒形鋸齒形帶狀帶狀功能功能貯能貯能貯能貯能貯能貯能結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)貯能貯能結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)多糖結(jié)構(gòu)多糖 組成類似于貯能多糖，但是結(jié)構(gòu)上的細微差異導致性質(zhì)上比較大的不同。 常見的結(jié)構(gòu)多糖包括纖維素、幾丁質(zhì)和肽聚糖等。纖維素的構(gòu)象纖維素的構(gòu)象-1,4的連接方式的連接方式最穩(wěn)定的構(gòu)象是最穩(wěn)定的構(gòu)象是葡萄糖單位沿著葡萄糖單位沿著鏈交替翻轉(zhuǎn)鏈交替翻轉(zhuǎn)180,于是纖維于是纖維素鏈采取的是一素鏈采取的是一種完全伸展的帶種完全伸展的帶狀構(gòu)象。每一條狀構(gòu)

22、象。每一條纖維素鏈除了有纖維素鏈除了有鏈內(nèi)氫鍵以外，鏈內(nèi)氫鍵以外，還與周圍的纖維還與周圍的纖維素鏈形成鏈間氫素鏈形成鏈間氫鍵，這就賦予纖鍵，這就賦予纖維素一定的強度維素一定的強度 幾種多糖的單糖單位和連接方幾種多糖的單糖單位和連接方 藻酸的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象藻酸的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象 瓊脂糖的構(gòu)象及其結(jié)構(gòu)單元瓊脂糖的構(gòu)象及其結(jié)構(gòu)單元糖胺聚糖 糖胺聚糖（GAG）也叫粘多糖，主要參與細胞外功能，是由多個重復的二糖單位組成的無分支的雜多糖，通常與核心蛋白以共價鍵相連構(gòu)成蛋白聚糖。在體內(nèi)占據(jù)很大的空間，形成水合的膠狀物。糖胺聚糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)糖胺聚糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)糖胺聚糖糖胺聚糖己糖胺己糖胺糖醛酸糖醛酸二糖單位數(shù)二糖單位數(shù)

23、目目硫酸根硫酸根存在存在透明質(zhì)酸透明質(zhì)酸N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺D-葡糖醛酸葡糖醛酸25025 000角膜、結(jié)締組角膜、結(jié)締組織織硫酸軟骨素硫酸軟骨素N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖胺胺D-葡糖醛酸葡糖醛酸3060軟骨、骨、角軟骨、骨、角膜膜硫酸皮膚素硫酸皮膚素N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖胺胺L-艾杜糖醛艾杜糖醛酸酸30100皮膚、腱、心皮膚、腱、心瓣膜瓣膜硫酸角質(zhì)素硫酸角質(zhì)素N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺D-半乳糖半乳糖25角膜角膜肝素肝素葡糖胺葡糖胺D-葡糖醛酸葡糖醛酸1550基底膜基底膜肽聚糖 肽聚糖又稱粘肽，是細菌細胞壁中的一種特殊成分。它由N-乙酰葡萄糖胺（NAG）、N-乙酰胞壁酸（NAM）以及短肽等構(gòu)成。NAG和NAM兩種氨基糖經(jīng)-1,4糖苷鍵連接，間隔排列形成聚糖骨架，短肽則靠肽鍵連接在聚糖骨架的NAM上；相鄰的肽鏈之間再由肽橋或肽鏈聯(lián)系起來，組成一個機械性很強的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不同種類的細菌，組成肽聚糖的聚糖骨架相同，但短肽的組成和相鄰短肽間的聯(lián)結(jié)方式不同。如金黃色葡萄球菌的短肽由L-Glu、D-Glu、L-Lys和D-Ala組成。肽聚糖分子之間可以通過五聚甘氨酸橋共價相連形成一種復雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。肽聚糖的結(jié)構(gòu)肽聚糖的結(jié)構(gòu)糖綴合物糖綴合物 糖綴合物是