第一章糖结构和功能

第1章糖类一、糖的概念（一）分布（二）糖的生物学作用（三）糖的化学概念糖类是多羟醛或多羟酮及其缩聚物及某些衍生物的总称。

单糖是不能水解的最简单糖类，是多羟醇的醛或酮的衍生物，如葡萄糖、果糖等。

下列的第一式为多羟醇，第二式为第一式的醛衍生物，称醛糖，第三式为第一式的酮衍生物，称酮糖。

二糖，亦称双糖，是由两个单糖分子通过糖苷键连接而成，如蔗糖、麦芽糖等。

多糖是由多个单糖分子或其衍生物所组成。

如淀粉、糖原、糖胺聚糖等。

绝大多数糖类的实验分子式可用C n（H2O）n式子来表示。

因而有旧称碳水化合物。

但符合C n（H2O）n式的化合物不一定都是糖，如乙酸（CH3COOH→C2H4O2）；相反，有的糖的分子式并不符合C n（H2O）n式，如鼠李糖（C6H12O5）。

所以称碳水化合物并不恰当，但因沿用已久，至今人们还习惯用碳水化合物这个名称。

还有一些多糖是同非糖物质，如肽、脂质或硫酸相连接的；也有一些多糖的组成单位不是单纯的单糖，而是单糖的衍生物如乙酰糖胺、硫酸糖胺或糖醛酸。

(四)糖的分类糖类可分为单糖、寡糖和多糖三大类；1、单糖根据所含碳原子数目又分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖等。

每种单糖都有醛糖（含醛基）和酮糖（含酮基）。

2、寡糖由2—10分子的单糖结合而成，水解后产生单糖。

二糖：由2分子单糖结合而成，如蔗糖、麦芽糖和乳糖等。

三糖：由3分子单糖所组成，如棉子糖。

3、多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。

分同多糖和杂多糖。

前者为相同单糖或单糖衍生物所组成，又分戊聚糖（C5H8O4）n，如阿拉伯胶，己聚糖（C6H10O5）n，如淀粉、纤维素、糖原等；后者为一种以上的单糖或其衍生物所组成，如半纤维素、糖胺聚糖等。

糖类还可和非糖物质结合组成复合糖（结合糖），如糖脂和糖蛋白等。

二、单糖（一）单糖的结构1、链状结构单糖是多羟醛或多羟酮，又因葡萄糖被钠汞齐（钠和汞的合金）和HI还原后生成正己烷，被浓HNO3氧化产生糖二酸（二羧酸），而多羟醛、多羟酮、正己烷和糖二酸等都是开链化合物，所以单糖的结构也必然是链状的，可用下列通式表示醛糖和酮糖：以D一葡萄糖和D一果糖作代表，它们的结构可表示如下式：上述结构式可分别简化为：开链醛糖和开链酮糖都含有羟基和不对称碳原子，所不同者是D一果糖比D一葡萄糖分子少一个不对称碳原子，D一果糖第2碳位为酮基（亦称羰基），而D一葡萄糖分子的第1碳位为醛基。

第一章糖的化学
第一节概述
一、糖的概念、分布及主要生物学作用
（一）糖的概念、分布
概念：糖类是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。

它由碳、氢及氧
3种元素组成，其分子式是（CH2O）n。

一般
把糖类看作是多羟基醛或多羟基酮及其聚合物
和衍生物的总称。

分布：分布极广、含量较多
•几乎所有动物、植物、微生物体
•生物细胞内、血液中：葡萄糖或由葡萄糖等单糖物质组成的多糖（如肝糖原、肌糖原）
（二）糖的主要生物学作用1、糖是人和动物的主要能源物质
通过氧化而放出大量
能量贮存：淀粉、糖原
2、糖类还具有结构功能
•纤维素
•粘多糖
3、糖具有复杂的多方面的生物活性与功能•戊糖－核苷酸
•1，6-二磷酸果糖－治疗急性心肌缺血性休克•多糖类－免疫系统
二、糖的分类
•根据糖类物质含糖单位的数目
1.单糖（monosaccharide）
凡不能被水解成更小分子的糖称为单糖。

单糖是糖类中最简单的一种，是组成糖类物质的基本
结构单位。

（1）丙糖：
•甘油醛和二羟丙酮，糖代谢的中间产物。

第一章糖类一．糖的分布及其重要性：分布1所有生物的细胞质和细胞核含有核糖2动物血液中含有葡萄糖3肝脏中含有糖元4植物细胞壁由纤维素所组成5粮食中含淀粉6甘蔗,甜菜中含大量蔗糖重要性1水+CO2 碳水化合物2动物直接或间接从植物获取能量3糖类是人类最主要的能量来源4糖类也是结构成分5纤维素是植物的结构糖二．糖的化学概念1．定义糖类是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称光合作用三．糖的分类第一节单糖一．葡萄糖的分子结构一葡萄糖的化学组成和链状结构1．葡萄糖能与费林氏Fehling试剂或其他酸试剂反应;证明葡萄糖分子含有2．葡萄糖能与乙酸酐结合,产生具有五个已酰基的衍生物;证明葡萄糖分子含有五个－OH 3．葡萄糖经钠汞齐作用,被还原成一种具有六个羟基的山梨醇,而山梨醇是由六个碳原子构成的直链醇;证明了葡萄糖的六个碳原子是连成一直线的链式结构：差向异构体epimers相同点：1全含六个碳原子2五个－OH,一个CHO3四个不对称的碳原子不同点：1.基团排列有所不同2.除了一个不对称C原子不同外,其余结构部分相同二葡萄糖的构型构型--指一个分子由于其中各原子特有的固定的空间排列, 而使该分子所具有的特定的立体化学形式;1．单糖的D及 L型;1 不对称碳原子--连接四个不同原子或基团的碳原子;表示法：球棒模型,投影式,透视式;2 D . L- 型的决定; 规定：OH在甘油醛的不对称碳原子的右边者即与- CH2OH基邻近的不对称碳原子有号的右边;称为D-型,在左边者称L-型;水面键被视为垂直放置在纸平面之前,垂直键则在纸平面之后L-甘油醛D-甘油醛D-型及L-型甘油醛,是两类彼此相似但并不等同的物质,只要将它们重叠起来,即可证明它们并非等同而是互为镜像,不能重叠,这两类化合物称为一对"对映体";2．旋光性;L--旋光管的长度;以分米表示;C--浓度;即在100ml溶液中所含溶质的克数;α 是在钠光灯D线,λ：与为光源,温度为t,管长为L,浓度为ｃ时所测得的旋光度; α-为上述条件下所计得的旋光率;指构型"+","-"--旋光方向D与"+",与"-" 并无必然联系三.葡萄糖的环状结构1葡萄糖的醛基不如一般醛基活泼,也不能象一般醛类那样与Schiff试剂起反应,即不能使被亚硫酸漂白了的品红呈现红色.2葡萄糖也不能与亚硫酸氢钠起加成反应.3一般醛类在水溶液中只有一个比旋度,但新配制的葡萄糖水溶液的比旋随时间而变化a =+112° 称a-D-+葡萄糖a =+°称b-D-+葡萄糖变旋现象----将这两种葡萄糖分别溶于水后,其旋光率都逐渐变为+°,这一现象称变旋现象.原因----不同结构形式的葡萄糖可互变,各种形式最后达到一定的平衡所致.--以C5上羟甲基在含氧环上的排布而决定的;羟甲基在平面之上为D-型,在平面之下为L-型α.β--以半缩醛羟基在含氧环上的定的;在D-型中,半缩醛羟基在平面之下为α型,在平面之上为β型异头物-α-D+-与β-D+-葡萄糖分子在构型上,仅头部不同,它们间互为异头物四.葡萄糖的构象.构象----指一分子中,不改变共价键结构,仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布.构型----涉及共价键的断裂.构象----不涉及共价键的断裂和重新形成.二.单糖的物理性质和化学性质 .一.物理性质1.旋光性2.甜度3.溶解度二.化学性质由醛基或酮基.醇基决定的1. 由醛基或酮基产生的性质－－单糖氧化还原.成刹.异构化. 1单糖的氧化即单糖的还原性2单糖的还原3单糖的成脎作用4单糖的异构化作用2.由羟基半缩醛羟基和醇性羟基产生的性质1成脂作用2成苷作用3脱水作用4氨基化5脱氧糖酸Fehling试剂-CuSO4溶液与KOH和酒石酸钾钠Benedict试剂--CuSO4溶液+Na2CO3+柠檬酸钠酒石酸钾钠--防止反应产生CuOH2或CuCO3沉淀,使之变为可溶性的而又能离解的复合物,从而保证继续供给Cu离子以氢化糖碱的作用--使糖起烯醇化变为强还原剂,同时使CuSO4变为CuOH2成脎作用-单糖的第1、2碳与苯肼结合后,成晶体糖脎1一分子葡萄糖与一分子苯肼缩合成苯腙phenylhydrazone;2葡萄糖苯腙Glucose phenylhydrazone再被一分子苯肼氧化成葡萄糖酮苯肼3葡萄糖酮苯腙再与另一分子苯肼缩合,生成葡萄糖脎glucosazone糖脎黄色结晶,难溶于水形成同一种糖脎,为什么第二节寡糖一、双糖1、蔗糖1 来源：甘蔗、菠萝2 结构：蔗糖水解葡萄糖+果糖3 物理性质：白色结晶4 化学性质：A、无还原作用,不能与苯肼作用产生糖脎B、转化作用2、麦芽糖1 来源：麦芽2 结构：两分子葡萄糖缩合：失水而成A α1→4糖苷键B α1→6糖苷键3 物理性质：白色晶体4 化学性质：A．有半缩醛OH,故有还原作用B．与苯肼作用产生糖脎3、乳糖1 来源：乳汁2 结构：α-D-葡萄糖β-D半乳糖以β1→4键型缩合3 物理性质：不甜4 化学性质：A、还原性、成脎B、与HNO3共同煮产生粘酸表3-1 三种二糖的比较种类存在组成物理性质化学性质蔗糖甘蔗甜菜一分子葡萄糖和一分子果糖白色结晶,果甜;易溶于水,有旋光作用,无变旋作用无α,β型无还原性,不能形成糖脎;不被酵母发酵,水解后形成一分子葡萄糖与一分子果糖;加热至200℃以上变成棕黑色焦糖麦芽糖五谷麦芽二分子葡萄糖白色结晶,甜仅次于蔗糖;有旋光作用,易溶于水,有变旋作用有α,β型有还原性,可形成糖脎,可被酵母发酵,水解后生成二分子葡萄糖乳糖乳类一分子葡萄糖和一分子半乳糖白色结晶,微甜,不易溶于水;有旋光作用及变旋作用有α,β型有还原性,可形成糖脎,不被酵母发酵,水解后产生葡萄糖和半乳糖均一多糖的性质比较糖总结1. 糖的定义： CH2On分类：单糖寡糖多糖结合糖2. 单糖：甘油醛一个C、D- L- 一醛糖丙糖由D-甘油醛衍生的糖--D-糖由L-甘油醛衍生的糖--L-糖丙糖酮糖--二羟基丙酮3. 己糖：葡萄糖--分布广,是构成淀粉、糖元、纤维素及其他许多糖类物质的基本单位,是人类血液中的正常成分,给机体提供能量的重要物质呋喃型己糖：五元环吡喃型己糖：六元环每种糖又依据第一碳原子上的OH和H的相对空间位置又分为α,β两类,它们互为异头物;单糖具有旋光性物理性质：旋光性、溶解度、甜度化学性质：①氧化②还原③成脎④异构化①成酯②脱水③氨基化④脱氧4. 寡糖：双糖蔗糖：α,β1－2葡萄糖、果糖乳糖: 葡萄糖―β1－4―半乳糖麦芽糖：葡萄糖―α1－4或α1－6―葡萄糖5. 多糖：淀粉直链：碘紫兰色α1－4,α1－6支链无变旋,无还原,成脎糖元：遇碘棕红色,与淀粉相似纤维素：β－D－葡萄糖β1－4,绝大多数溶剂不溶6.糖胺聚糖：透明质酸硫酸软骨素：软骨、腱等结缔组织和各种腺体分泌的粘液中,构成织间的润滑剂、防护剂等多方面的作用硫酸皮肤素：硫酸角质素肝素硫酸乙酰肝素7.结合糖：糖蛋白：以蛋白质为主,血浆、消化道分泌物蛋白聚糖：以糖胺聚糖为主：软骨、腱、粘液。

第一章糖类的结构与功能一、糖的概念及分类（掌握糖的概念及其分类掌握糖类的元素组成、化学本质及生物学功用理解旋光异构）1、糖类物质是指多羟醛或多羟酮类化合物（包括其缩聚物及部分衍生物）。

主要由C、H、O组成，其分子式常用Cm(H2O)n来表示，所以又称碳水化合物。

2、功能：作为能源作为碳源作为结构性物质细胞识别和信息传递的重要参与者。

3、按其水解情况分类——单糖(monosacchride)凡不能被水解为更小分子的糖（核糖、葡萄糖）。

寡糖(oligosacchride) 凡能被水解成少数（2-10个）单糖分子的糖。

如：蔗糖葡萄糖 + 果糖多糖(polysacchride) 凡能被水解成多个（>10个）单糖分子的糖。

如：淀粉 n葡萄糖4、旋光异构二、单糖、双糖及多糖（掌握单糖、二糖、寡糖和多糖的结构和性质了解糖聚合物及其代表和它们的生物学功能）1、单糖：①根据羰基特点：醛糖、酮糖。

根据碳原子数：丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。

②构型：根据离羰基最远的不对称C原子的-OH位置：-OH 在左L；-OH 在右D天然单糖大多数是 D-型糖。

旋光性：右旋 + ；左－③结构：链式结构环状结构④性质：与强酸共热生成糠醛与酸成酯——磷酸酯遇碱分解成不同物质半缩醛羟基与醇、酚羟基脱水成苷氧化作用还原作用2、寡糖：①概念：少数单糖（2-10个）缩合的聚合物。

②分布：自然界分布的主要是双糖、三糖。

③结构：单糖的组成；糖苷键的连接方式；糖苷键的连接位置。

④生物学功能：重要生物分子的组分；结构成分；信号分子。

⑤寡糖的一般性质还原糖：有游离半缩醛羟基的寡糖如：麦芽糖、乳糖。

非还原糖：无游离半缩醛羟基的寡糖如：蔗糖。

3、具有特殊功能的低聚糖：①功能性食品a)低热、低脂、低胆固醇、低盐、高纤维素b)低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）②具有特殊保健功能的低聚糖c)低聚果糖、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖低聚果糖的生理活性低聚木糖的特性环状低聚糖环糊精的结构特点4、多糖：①概念：由多个单糖以糖苷键相连而成的高分子聚合物。

第一章糖的化学第一节概述一、糖的概念、分布及主要生物学作用（一）糖的概念、分布概念：糖类是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。

它由碳、氢及氧3种元素组成，其分子式是（CH2O）n。

一般把糖类看作是多羟基醛或多羟基酮及其聚合物和衍生物的总称。

分布：分布极广、含量较多•几乎所有动物、植物、微生物体•生物细胞内、血液中：葡萄糖或由葡萄糖等单糖物质组成的多糖（如肝糖原、肌糖原）（二）糖的主要生物学作用1、糖是人和动物的主要能源物质通过氧化而放出大量能量贮存：淀粉、糖原2、糖类还具有结构功能•纤维素•粘多糖3、糖具有复杂的多方面的生物活性与功能•戊糖－核苷酸•1，6-二磷酸果糖－治疗急性心肌缺血性休克•多糖类－免疫系统二、糖的分类•根据糖类物质含糖单位的数目1.单糖（monosaccharide）凡不能被水解成更小分子的糖称为单糖。

单糖是糖类中最简单的一种，是组成糖类物质的基本结构单位。

（1）丙糖：•甘油醛和二羟丙酮，糖代谢的中间产物。

（2）丁糖•D-赤藓糖和D-赤藓酮糖•其磷酸酯是糖代谢的重要中间产物。

（3）戊糖主要有D-核糖、D-木糖多以聚戊糖或糖苷形式存在。

D-2-脱氧核糖戊酮糖:D-核酮糖和D-木酮糖戊糖β-D-木糖β-D-核糖β-D-2-脱氧核糖β-D-芹菜糖α-L-阿拉伯糖α-D-阿拉伯糖D-核酮糖D-木酮糖（4）己糖•自然界分布最广，数量最多，与机体的营养代谢最密切。

•重要的己醛糖：D-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖；己酮糖：D-果糖己糖β-D-葡萄糖α-L-山梨糖α-D-甘露糖β-L -半乳糖α-D-半乳糖β-D-果糖（5）庚糖•庚酮糖，D-景天庚酮糖，而以磷酸酯的形式为糖代谢的重要中间产物。

2．寡糖（oligosaccharide）•是由单糖缩合而成的短链结构（一般含2~6个单糖分子）。

•二糖是存在最为广泛的一类寡糖•蔗糖（sucrose）、麦芽糖（maltose）、乳糖（lactose）•单糖和寡糖能溶于水，多有甜味（1）二糖又称双糖，为两分子单糖以糖苷键连接而成，水解后生成两分子单糖蔗糖麦芽糖乳糖（2）三糖：•棉子糖：棉子和桉树的糖蜜中，甜菜半乳糖、葡萄糖和果糖以糖苷键连接的三糖3．多糖（polysaccharide）•有许多单糖分子缩合而成的长链结构，分子量大，在水中不能成真溶液，均无甜味，无还原性。