高中生物競賽培訓生物化學———糖PPT學習教案

1、會計學1高中生物競賽培訓生物化學高中生物競賽培訓生物化學糖糖 生物化學是關(guān)于生命的科學。生物化學是關(guān)于生命的科學。 生物化學是以生物體為對象，以化學生物化學是以生物體為對象，以化學的觀點，研究生命本質(zhì)的化學，它是用的觀點，研究生命本質(zhì)的化學，它是用化學，物理學和生物學的方法研究生命化學，物理學和生物學的方法研究生命物質(zhì)的化學性質(zhì)和功能的科學。物質(zhì)的化學性質(zhì)和功能的科學。 生物化學的定義第1頁/共89頁生物化學的范圍1、生物體是由哪些物質(zhì)組成的？它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)如何？（靜態(tài)生物化學）2、這些物質(zhì)在體內(nèi)發(fā)生什么變化？是如何變化的？變化過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)變的？即這些物質(zhì)在生物體內(nèi)怎樣進行物質(zhì)代謝和能

2、量代謝的？(動態(tài)生物化學)3、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、代謝和生物功能與復雜生命現(xiàn)象的關(guān)系。（功能生物化學）第2頁/共89頁靜態(tài)生物化學靜態(tài)生物化學：生物物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功：生物物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能能結(jié) 構(gòu)性 質(zhì)功 能動態(tài)生物化學動態(tài)生物化學：生物物質(zhì)在體內(nèi)的轉(zhuǎn)化與變化：生物物質(zhì)在體內(nèi)的轉(zhuǎn)化與變化代謝途徑關(guān)鍵酶能量代謝生物化學：以化學的觀點研究生命的本質(zhì)第3頁/共89頁1、生命物質(zhì)是少數(shù)幾類有機物組成的。、生命物質(zhì)是少數(shù)幾類有機物組成的。2、生命物質(zhì)從分子水平上來說結(jié)構(gòu)復雜。、生命物質(zhì)從分子水平上來說結(jié)構(gòu)復雜。3、生物大分子是由簡單的小分子為結(jié)構(gòu)單元。、生物大分子是由簡單的小分子為結(jié)構(gòu)單元。 4、在所有的生物體系中，

3、結(jié)構(gòu)單元是相同的。、在所有的生物體系中，結(jié)構(gòu)單元是相同的。5、非共價鍵在生物學中點有重要地位。、非共價鍵在生物學中點有重要地位。生物物質(zhì)的化學特征第4頁/共89頁第一章第一章 糖糖 類類生物化學 第5頁/共89頁一、糖類是地球上最多的有機化合物一、糖類是地球上最多的有機化合物二、糖的化學本質(zhì)二、糖的化學本質(zhì)三、糖的生理功能三、糖的生理功能四、糖的分類四、糖的分類第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第6頁/共89頁 最簡單的定義：多羥基的醛類或酮類化合物，以及它們的衍生物或聚合物。 元素組成：CH2O ，可以寫成Cn(H2O)n二、二、 糖的化學本質(zhì)糖的化學本質(zhì)第7頁/共89頁1、糖是生物體重要的能源、糖是生

4、物體重要的能源 生物體內(nèi)的能源來源主要是通過糖的氧化獲得的。2、糖是生物機體內(nèi)的碳源、糖是生物機體內(nèi)的碳源 構(gòu)成生物有機體中的各種有機物質(zhì)的碳架都是直接或間接地由糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的，所以糖是生物體合成其它化合物的基本原料。三、糖的生理功能第8頁/共89頁3、多糖是細胞、生物體的一種結(jié)構(gòu)物質(zhì)、多糖是細胞、生物體的一種結(jié)構(gòu)物質(zhì) 如纖維素、它是構(gòu)成植物細胞壁的主要成份。幾丁質(zhì)和肽聚糖是構(gòu)成微生物細胞壁的主要成份。還有些多糖作為動物細胞外的間質(zhì)中的構(gòu)造分子。4、作為細胞、生物體的貯藏物質(zhì)、作為細胞、生物體的貯藏物質(zhì) 如植物里合成淀粉，動物細胞中有糖原等。三、糖的生理功能第9頁/共89頁5、某些復合糖類

5、在細胞的通訊與識別中有重要、某些復合糖類在細胞的通訊與識別中有重要地位。地位。 參與細胞與細胞的識別（分子識別），病毒的吸附及抗原抗體的反應。三、糖的生理功能與膜蛋白和膜脂相連的糖通信天線第10頁/共89頁一般是按照糖的復雜程度進行分類。 1、單糖、單糖(monose)： 不能被水解變成更簡單的糖的糖類（更小分子的糖）。 四、四、 糖的分類糖的分類 a 、按照所帶官能團官能團的性質(zhì)可以將單糖分為 醛糖（aldose 如：葡萄糖 glucose） 酮糖（Ketose 如：果 糖 fructose) b、按照糖分子的含碳原子含碳原子的數(shù)目來分 可以將糖分為三、四、五、六、七等糖類，一般 稱為丙、丁

6、、戊、已、庚糖。 戊糖中最重要的是核糖（ribose)，核酮糖 已糖中最重要的是glucose, fructose.第11頁/共89頁葡萄糖葡萄糖醛糖醛糖果糖果糖酮糖酮糖第12頁/共89頁2、寡糖、寡糖(oligose)：oligo來自希臘文，意為少。 可以被水解的，產(chǎn)生少數(shù)的幾個單糖的聚合物，一般含有2-6個單糖分子，單糖之間以糖苷鍵連接。 最常見的是雙糖, 如: 麥芽糖(maltose),乳糖(lactose),蔗糖(sucrose)。 大部分單糖和寡糖都是結(jié)晶狀化合物，溶于水，并有甜味。3、多糖、多糖 (polysaccharide)： 多糖也是單糖的聚合物，有很長的鏈，其結(jié)構(gòu)為線型或分

7、支型。按照它們的結(jié)構(gòu)可分為兩大類。 四、四、 糖的分類糖的分類第13頁/共89頁 a、均一多糖（同多糖）：一種單糖聚合而成。 如淀 粉、糖原、纖維素、半纖維素、幾丁質(zhì) b、非均一多糖（雜多糖）：兩種單糖或兩種以上 的單糖。如透明質(zhì)酸，半纖維素等。4、結(jié)合糖、結(jié)合糖(復合糖，糖綴合物復合糖，糖綴合物)： 分子中除糖之外，還有其它非糖組分構(gòu)成的復合多糖。 如肽聚糖、脂多糖、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 糖作為功能分子，主要是復合多糖。糖作為功能分子，主要是復合多糖。5、糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷、糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷四、四、 糖的分類糖的分類第14頁/共89頁第二節(jié)第二節(jié)

8、 單糖單糖(monose) 一、單糖的結(jié)構(gòu)一、單糖的結(jié)構(gòu)(一一)、單糖的鏈狀結(jié)構(gòu)、單糖的鏈狀結(jié)構(gòu)(二二)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)(三三)、單糖的構(gòu)象、單糖的構(gòu)象二、二、 單糖的物理化學性質(zhì)單糖的物理化學性質(zhì)(一一)、 單糖的物理性質(zhì)單糖的物理性質(zhì)(二二)、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)三、重要的單糖及其衍生物三、重要的單糖及其衍生物第15頁/共89頁確定鏈狀結(jié)構(gòu)的方法（葡萄糖）： a. 與Fehling試劑或其它醛試劑反應，含有醛基。 b. 與乙酸酐反應，產(chǎn)生具有五個乙?；难苌?。 c. 用鈉、汞劑作用，生成直鏈的山梨醇。 一、單糖的結(jié)構(gòu)CHOCCCCCH2OHHHHHOHOHOHH

9、O葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖簡寫簡寫鏈狀結(jié)構(gòu)用Fisher投影式表示：碳骨架、豎直寫；氧化程度最高的碳原子在上方(一一)、葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)、葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)第16頁/共89頁p由于葡萄糖分子中存在四個手征性（不對稱）碳原子（chiral carbon)，所以存在構(gòu)型問題。p同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體(isomerism)：具有相同的元素組相同的元素組成成，即分子式相同但分子結(jié)構(gòu)不同分子結(jié)構(gòu)不同的化合物。p構(gòu)造與結(jié)構(gòu)式：構(gòu)造與結(jié)構(gòu)式：原子連接原子連接在一起的次序叫做化合物的構(gòu)造（constitution)，用結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式表示。1、直鏈單構(gòu)的構(gòu)型（、直鏈單構(gòu)的構(gòu)型（configuration)第17頁/

10、共89頁構(gòu)型構(gòu)型(configuration)：分子中由于各原子或基團間特有的固定的空間排列方式不同而使它呈現(xiàn)出不同的穩(wěn)定的立體結(jié)構(gòu)。 構(gòu)象構(gòu)象(conformation)：由于分子中的某個原子(基團)繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時性的易變的空間結(jié)構(gòu)形式。2、 構(gòu)型與構(gòu)象構(gòu)型與構(gòu)象第18頁/共89頁如：甘油醛，分子式C3H6O3 結(jié)構(gòu)式CH2OH-CHOH-C-H 立體結(jié)構(gòu)式O對映體對映體第19頁/共89頁立體異構(gòu)： 幾何異構(gòu)（順反異構(gòu)）：由于分子中雙鍵或剛性結(jié)構(gòu)的存在造成的兩側(cè)的基團排布方式的不同. 光學異構(gòu)（旋光異構(gòu)）：由于分子存在手性造成的，最常見的是分子內(nèi)存在不對稱碳原子。旋光

11、異構(gòu)：由于不對稱碳原子，連接在在這個碳原連接在在這個碳原子上面的四個基因由于空間取向的不同子上面的四個基因由于空間取向的不同，這些基因在空間有兩種方式，因此形成了兩種不同的化合物，這兩種化合物如同左右手的關(guān)系一樣，它們有相同的沸點，相同的熔點，相同的溶解度，重要的差別在光學活性上。3、立體異構(gòu)、立體異構(gòu)第20頁/共89頁 旋光物質(zhì)使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的能力稱旋光性、光學活性或旋光度。 -為上述條件下所計得的旋光率（比旋光度）,所以比旋光度旋光度。 旋光方向用右旋（+）或左旋（-）。 1906年人為規(guī)定人為規(guī)定右旋甘油醛為D型，左旋甘油醛為L型。4、旋光性、旋光性 (optical ac

12、tivity)第21頁/共89頁5、Fischer投影式投影式球棒模球棒模型型透視式透視式Fishcher投影式投影式第22頁/共89頁單糖從丙糖到庚糖，除二羥丙酮外，都含有手性碳原子（C*）。所有的醛糖都可以看成是甘油醛的醛基碳下端逐個插入C*延伸而成。D-甘油醛衍生而來的稱D系醛糖，由L-甘油醛衍生而來的稱L系醛糖。天然存在的已醛糖已醛糖都是D型的。含有n個C*的化合物，旋光異構(gòu)體的數(shù)目為2n，組成2n/2對對映體。6、D系單糖和系單糖和L系單糖系單糖第23頁/共89頁CHOCCCCCCCCCCHOCH2OHCH2OHCH2OHCH2OHHHHHHHHHOHOHOHOHOHOHHOHOO

13、D-(+)-葡萄糖 D-(+)-甘油醛 D-(-)-果糖C OL-(-)-葡萄糖 L-(-)-甘油醛 L-(+)-果糖Fischer投影式投影式第24頁/共89頁含有多個手性碳原子的兩種化合物彼此之間的差別只在于單一不對稱碳原子的構(gòu)型，也叫表異構(gòu)體。7、差向異構(gòu)體（、差向異構(gòu)體（epimer)D(+)甘露糖甘露糖D(+)半乳糖半乳糖D(+)葡萄糖葡萄糖第25頁/共89頁(二二)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)第26頁/共89頁（1）、變旋現(xiàn)象）、變旋現(xiàn)象(mutarotation):一般醛類在水溶液中一般醛類在水溶液中只有一個比旋度，但新配制的葡萄糖水溶液的比旋隨只有一個比旋度，但新配制的葡萄

14、糖水溶液的比旋隨時間而變化。時間而變化。 a =+112 稱稱a-D-(+)葡萄糖葡萄糖 a =+18.7稱稱b-D-(+)葡萄糖葡萄糖變旋現(xiàn)象將這兩種葡萄糖分別溶于水后變旋現(xiàn)象將這兩種葡萄糖分別溶于水后,其旋光率其旋光率都逐漸變?yōu)槎贾饾u變?yōu)?52.7,這一現(xiàn)象稱變旋現(xiàn)象。這一現(xiàn)象稱變旋現(xiàn)象。 變旋是由于分子立體結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化的結(jié)果。變旋是由于分子立體結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化的結(jié)果。1、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的證據(jù)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的證據(jù)第27頁/共89頁（2）、不象醛類那樣形成縮醛，而是只和一分子的醇形成）、不象醛類那樣形成縮醛，而是只和一分子的醇形成半縮醛半縮醛（Hemiacetals)（3）、葡萄糖的醛

15、基不能象一般醛類那樣與）、葡萄糖的醛基不能象一般醛類那樣與Schiff試劑試劑(品品紅紅-亞硫酸）起反應發(fā)生紫紅色反應，即不能使被亞硫酸漂亞硫酸）起反應發(fā)生紫紅色反應，即不能使被亞硫酸漂白了的品紅呈現(xiàn)紅色。葡萄糖也不能與亞硫酸氫鈉起加成白了的品紅呈現(xiàn)紅色。葡萄糖也不能與亞硫酸氫鈉起加成反應反應.1、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的證據(jù)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的證據(jù)第28頁/共89頁半縮醛羥基與決定構(gòu)型的羥 基（C5上的羥基）在同一側(cè)的為a-型，不在同一側(cè)的為b-型。2、Fisher環(huán)狀結(jié)構(gòu)說環(huán)狀結(jié)構(gòu)說1893年年Fisher提出環(huán)狀結(jié)構(gòu)說。提出環(huán)狀結(jié)構(gòu)說。第29頁/共89頁單糖由直鏈結(jié)構(gòu)變成環(huán)狀結(jié)構(gòu)后，羰基碳原子成為

16、新的手性中心，導致C1差向異構(gòu)化，產(chǎn)生兩個非對映異構(gòu)體（a-D-葡萄糖，b-D-葡萄糖），由于差向的位置是第一位C，因此也叫異頭體（物）。因此糖實際上應當稱之為多羥基半縮醛，和多羥基半縮醛，和半縮酮。半縮酮。3、異頭物（體）（、異頭物（體）（anomer)第30頁/共89頁4、Haworth式（投影式）式（投影式）第31頁/共89頁 D-葡萄糖在水溶液中主要以吡喃糖存在，呋喃糖次之。38%62%0.02%0.5%0.5% 第32頁/共89頁OOHOHOHOHCH2OH甘露糖OOHOHOHOHCH2OH葡萄糖OOHOHOHOHCH2OH半乳糖CH2OHOHCH2OHOHOHOOHCH2OHCH2

17、OHOHOHO第33頁/共89頁(三三)、單糖的構(gòu)象、單糖的構(gòu)象第34頁/共89頁PCC1、構(gòu)、構(gòu) 象象碳原子的四個鍵的鍵角是，葡萄糖環(huán)是褶曲的，6個成環(huán)原子并不在一個平面上。第35頁/共89頁根據(jù)原子模型的研究，有兩種類型的空間排布的構(gòu)象：椅式（chair)和船式(boat)。2、吡喃糖的構(gòu)象、吡喃糖的構(gòu)象第36頁/共89頁直立鍵（a鍵），交替地垂直伸向平面的上方或下方。平伏鍵（e鍵），交替地伸向兩平面的上方或下方。2、吡喃糖的構(gòu)象、吡喃糖的構(gòu)象第37頁/共89頁-D-Glucose 更穩(wěn)定三種結(jié)構(gòu)式的畫法與三種結(jié)構(gòu)式的畫法與C的編號的編號第38頁/共89頁二、二、 單糖的物理化學性質(zhì)單糖的

18、物理化學性質(zhì)一、單糖的結(jié)構(gòu)一、單糖的結(jié)構(gòu)(一一)、葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)、葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)(二二)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)、單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)(三三)、單糖的構(gòu)象、單糖的構(gòu)象(一一)、 單糖的物理性質(zhì)單糖的物理性質(zhì)(二二)、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)三、重要的單糖及其衍生物三、重要的單糖及其衍生物第39頁/共89頁1、旋光性和變旋性： 是鑒定糖（所有）的一個重要指標。 變旋現(xiàn)象：伴隨著這種異構(gòu)體間的轉(zhuǎn)變，糖溶液的旋光度也隨著轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為變旋現(xiàn)象2、甜度：以蔗糖的甜度為標準3、溶解性：易溶于水而難溶于乙醚、丙酮等有面溶劑（一）、（一）、 單糖的物理性質(zhì)單糖的物理性質(zhì)第40頁/共89頁化學性質(zhì)由醛基或酮基

19、、醇基決定。1、異構(gòu)化（弱堿的作用）（二）、（二）、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)單糖在堿催化下的酮-烯醇互變異構(gòu)第41頁/共89頁2、單糖的氧化（1）氧化成醛糖酸（弱氧化劑）（二）、（二）、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)此反應是此反應是醛糖醛糖專一的，專一的，酮糖酮糖則不能被溴氧化。則不能被溴氧化。第42頁/共89頁（2）氧化成醛糖二酸（強氧化劑，如HNO3）D-葡萄糖二酸葡萄糖二酸醛糖二酸醛糖二酸（二）、（二）、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)第43頁/共89頁3、單糖的還原（二）、（二）、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)D-葡萄糖醇葡萄糖醇（山梨醇）（山梨醇）L-古洛醇古洛醇（L-gulit

20、ol)L-古洛糖古洛糖第44頁/共89頁4、形成糖脎（ Osazone）（二）、（二）、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)凡從3位碳以后構(gòu)型不同的糖，其產(chǎn)生的糖脎不同，可以用來鑒別糖的種類。苯肼苯肼已醛已醛糖糖苯胺苯胺第45頁/共89頁5、縮醛反應成苷反應（二）單糖的化學性質(zhì)（二）單糖的化學性質(zhì)半縮醛的羥基很活潑，易與其它的醇或酚上的羥基半縮醛的羥基很活潑，易與其它的醇或酚上的羥基發(fā)生反應，失水而成為縮醛發(fā)生反應，失水而成為縮醛糖苷，非糖部分叫糖苷，非糖部分叫配糖體配糖體第46頁/共89頁6、成酯反應 由于單糖是多元醇，當與酸作用時可以生成酯。 在生物體內(nèi)最常見的一類碳水化合物就是糖的磷酸酯。它是

21、糖在酶的作用下與ATP反應生成的。這是糖代謝的必須步驟。 表示方法：（二）、（二）、 單糖的化學性質(zhì)單糖的化學性質(zhì)G-1- P第47頁/共89頁三、重要的單糖及其衍生物三、重要的單糖及其衍生物第48頁/共89頁（一）重要的單糖（一）重要的單糖1、丙糖：丙糖主要是甘油醛和二羥丙酮甘油醛和二羥丙酮，它們 的3-磷酸酯是糖代謝中最重要的中間體。2、丁糖：主要是D-赤蘚糖及赤蘚糖及D-赤蘚酮糖赤蘚酮糖。3、戊糖：主要是D-木糖和木糖和D-核糖及核糖及L-阿拉伯糖阿拉伯糖4、已糖：自然界重要的已醛糖有D-葡萄糖、葡萄糖、D-半半乳糖、乳糖、D-甘露糖甘露糖。重要的已酮糖有D-果糖和果糖和L-山梨糖山梨糖

22、5、庚糖和辛糖：D-景天庚酮糖第49頁/共89頁（二）重要的單糖衍生物（二）重要的單糖衍生物1、糖酸（酸性單糖）、糖酸（酸性單糖） 重要的糖酸有糖醛酸、糖二酸、和糖酸重要的糖酸有糖醛酸、糖二酸、和糖酸葡萄糖醛酸在肝中可與有毒物質(zhì)如醇、酚等結(jié)合變成無毒化合物由尿排出體外，可達到解毒作用。 第50頁/共89頁2、糖醇、糖醇（二）、（二）、 重要的單糖衍生物重要的單糖衍生物幾種重要單糖的糖醇在自然界中都有存在。幾種重要單糖的糖醇在自然界中都有存在。第51頁/共89頁3、氨基糖、氨基糖4、脫氧糖、脫氧糖5、糖酯類、糖酯類第52頁/共89頁第三節(jié) 寡糖第53頁/共89頁一、雙 糖第54頁/共89頁第55

23、頁/共89頁雙糖(Disaccharides)麥芽糖（ Maltose）是兩個葡萄糖分子通過a-1，4苷鍵連接的，是還原性糖 （reducing sugar） 變旋現(xiàn)象變旋現(xiàn)象 具有還原性具有還原性 能成脎能成脎第56頁/共89頁Cellobiose is a reducing sugar纖維二糖（cellobiose)：它是二個D-葡萄糖通過b-1，4糖苷鍵連接而成的。 具有變旋現(xiàn)象 具有還原性 能成脎第57頁/共89頁 在乳糖中（lactose）兩個不同的亞單元（D-半乳糖和D-葡萄糖）通過b-1,4糖苷鍵（-1,4-glycosidic linkage）連接而成。 乳糖（ Lactose

24、 ）是還原性糖 （reducing sugar） 有變旋現(xiàn)象 具有還原性 能成脎第58頁/共89頁蔗糖（sucrose）是最常見的雙糖，也是非還原性的糖。是一分子的葡萄糖與一分子的果糖通過a,b-1，2糖苷鍵連接而成的。Sucrose is not a reducing sugar性質(zhì)：性質(zhì)： 無變旋現(xiàn)象 無還原性 不能成脎第59頁/共89頁第60頁/共89頁第四節(jié) 多 糖第61頁/共89頁a-1，4苷鍵連接的,重復單元麥芽糖第62頁/共89頁a-1，4苷鍵連接的,重復單元麥芽糖I2第63頁/共89頁 支鏈淀粉 ： 不能 形 成螺 旋 管， 遇 碘顯顯 紫 色紫 色。 第64頁/共89頁a-1，4, a-1，6苷鍵連接的,重復單元麥芽糖,異麥芽糖.第65頁/共89頁2、 糖原糖原（glycogen) 糖原是動物的貯存多糖，在肝臟中多。遇碘顯紅紫色紅紫色。 其結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉相似，主要是a-吡喃葡萄糖，按a-1,4糖苷鍵縮合而的，糖原的分支程度糖原的分支程度比支鏈淀粉還高比支鏈淀粉還高。另一部分分支鏈可能是通過a-1,6糖苷鍵聯(lián)結(jié)。每隔4個葡萄糖殘基便有一個分支。分枝的長度一般是8-12葡萄糖殘基。含有大量的非原性端非原性