王镜岩 生物化学 上册 9 糖类

王镜岩 生物化学 上册 第九章 糖类，包括单糖、重要的单糖和单糖衍生物、寡糖、多糖、杂多糖、、细菌杂多糖 、糖蛋白及糖链 、 血型物质 等内容。

第 九 章 糖 类

• 引言
  • · 糖类的生物学作用：能源物质、结构物质
    、中间代谢物
    、信息分子
  • · 糖类：多羟基醛、多羟基酮或其衍生物或水解时能产生这些化合物的物质。主要由C、H、Ｏ三种元素构成，有些还有N、S、P……
• 一、单糖
  • · 单糖是细胞的燃料分子、是寡糖和多糖的构 件分子和非糖生物分子的C骨架来源。
  • 最简单的单 是 三碳糖——甘油醛、二羟丙酮。
• （一）单糖 的立体化学
  • 同分异构体
    • 结构异构体：原子链接次序不同
      
    • 立体异构体：原子空间分布不同
      • 几何异构(顺反式) 
      • 旋光异构(镜像)
  • ● 构型(Configuration)：是指一个分子由于其各原子特有的空间排列而使该分子具有特定的立体化学结构。当一个物质由一种构型转变为另一种构型时，要求有共价键的断裂或重新形成。
  • ● 构象(Conformation) ：指一个分子中，不改变共价键结构，仅靠单键的旋转或扭曲而改变分子中基团在空间的排布位置，而产生不同的排列方式。（不同构象间可相互转变，在各种构象形式中，势能最低、最稳定的构象是优势构象）
  • * 差向异构体：只有一个手性碳原子构型不同的非对应体。
  • ● 旋光性：除二羟丙酮外，所有的糖都具有旋光性。（旋光性是鉴定糖的重要指标）
  • D型单糖与L型单糖
  • · 单糖中远离羰基的手性碳原子的构型与甘油醛相比， 被分为D型糖和L型糖(相对构型)，自然界中已知的单糖基本都是D型糖。【生物体内 L型】
  • 单糖的环状结构
  • · 单糖有链式和环式结构，溶液和晶体中的单糖和寡糖、多糖中的单糖单位都是环式结构。
  • ● 变旋现象：由于单糖溶于水后，即产生环式与链式异构体间的互变，所以新配置的葡萄糖溶液放置一段时间，其旋光度会发生改变，但经过一定时间，几种异构体达成平衡后，旋光度就不再变化。
  • · 葡萄糖在水aq中，只有极小部分（<1%）以链式结构存在，大部分以稳定的环式结构存在。
  • · 单糖的两种环状结构：吡喃糖（六元环）、呋喃糖（五元环）。
  • 单糖的构象
  • · 吡喃糖——椅式构象比船式构象稳定。
• （二）单糖的性质
  • 1、物理性质
    • ● 旋光性：鉴定糖的一个重要指标；
    • ● 溶解度：易溶于水而不溶于乙醇，丙酮等有机溶剂。
    • ● 甜度：以蔗糖的甜度为标准。
  • 2、化学性质
    • （1）异构化:（弱碱作用）：在碱性aq中，D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖可通过烯醇式相互转化。
    • （2）单糖的氧化：葡萄糖含有醛基，具还原性，能被弱氧化剂 如：费林试剂（Fehling）和班氏反应（Benedict）氧化。 【蓝色 → 砖红色】
    • （3）单糖还原：单糖的羰基可被还原。
    • （4）甲基化和乙酰化（甲基化的糖在结构分析中起重要作用）
    • （5）形成糖苷
    • ……..
• 二、重要的单糖和单糖衍生物
• 三、寡糖（一般由2-20个单糖通过糖苷键连接而成）
• （一）常见的二糖 ：蔗糖（1葡萄糖+1果糖）、麦芽糖（2葡萄糖）、乳糖（1葡萄糖+1半乳糖）
• 四、多糖（由许多单糖或单糖衍生物脱水缩合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连）
• 分类
  • 同多糖：含一种单体
  • 杂多糖：含两种/多种单体
• （一）作为燃料贮存的同多糖
  • 1、淀粉
  • （1）直链淀粉：还原端和非还原端各一。
    • ⭐️主链：（α 1 → 4）糖苷键
  • （2）支链淀粉：还原端一个，非还原端多个。
    • ⭐️分支；（α 1 → 6）糖苷键
  • · 这两种结构淀粉都有二级结构（空间结构），支链淀粉具有更深的颜色反应。
  • · 淀粉在酸/淀粉酶 → 水解 → 糊精。
  • 2、糖原（Gn）
  • · 特点：分支程度高，每隔4个G残基便会有一个分支。动物将其作为能量贮藏的原因：① 结构更紧密，更适应贮藏功能； ② 含有大量非还原性端，可被迅速动员水解。
• （二）起结构作用的同多糖：纤维素、壳多糖等。
• 五、杂多糖
  • 果胶物质、半纤维素、琼脂等。
  • · 糖胺聚糖：高分子量的胶性物质，存在于动物细胞中，起润滑和粘合作用。
• 六、细菌杂多糖
• （一）细菌细胞壁的化学组成
  • G+菌：肽聚糖+磷壁酸。
  • G-菌：肽聚糖+双层外膜，还有脂多糖、脂蛋白、膜孔蛋白和磷脂等。
• （二）肽聚糖的结构
  • 存在于原核生物细胞壁的大分子聚合物，由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽聚合而成的多层网状大分子结构。生物素能抑制肽聚糖的生物合成。
• （三）磷壁酸
• （四）脂多糖
  • · 内毒素：G-细菌细胞壁中的一种成分，叫脂多糖。脂多糖对宿主有毒，内毒素只有在细菌死亡时才释放出来。其毒性成分为类脂质A。
• 六、糖蛋白及糖链
• （一）糖蛋白
  • 定义：是糖质与Pro的共价缀合物，含一个或几个不同复杂度的寡糖链。
• （二）糖链的连接类型
  • 1、O-连接型寡糖链
    • ✔️通过O-糖苷键与Ser、Thr残基连接；
    • 💡 结构比N-连接型简单，但连接形式比N-多样。
  • 2、N-连接型寡糖链
    • ✔️通过N-糖苷键与Asn残基连接；
    • 💡 所有N-连接型寡糖链在还原端有一个共有的结构 👉 核心五糖。
• （三）糖链的生物学功能
  • 1.与新生肽链折叠、缔合、分泌和蛋白质稳定性有关;
  • 2.参与分子识别和细胞识别。
  • ● 分子识别: 分子识别指生物分子的选择性相互作用，通过两个分子各自的结合部位来实现。（受体和配体、 精子和卵子的识别、糖链与细胞黏着）
• 七、血型物质
• ⭐️ 凝集素：非抗体的Pro或糖蛋白，能与糖类专一而高亲和地非共价结合，因其能凝集红血球沉淀聚糖和复合糖，故名凝集素。（凝集素上含有糖识别域/糖结合域）
• 概念
  • ⭐️ 凝集原：红细胞表面的血型抗原称凝集原； ⭐️ 凝集素：血清中含有凝集原的抗体称凝集素
• 八、糖胺聚糖和蛋白聚糖
• ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫ →←↑↓ ● ★ αβ ℃ º θ ε δ γ λ π Ω

第 九 章 糖 类

• 引言
  • · 糖类的生物学作用：能源物质、结构物质
    、中间代谢物
    、信息分子
  • · 糖类：多羟基醛、多羟基酮或其衍生物或水解时能产生这些化合物的物质。主要由C、H、Ｏ三种元素构成，有些还有N、S、P……
• 一、单糖
  • · 单糖是细胞的燃料分子、是寡糖和多糖的构 件分子和非糖生物分子的C骨架来源。
  • 最简单的单 是 三碳糖——甘油醛、二羟丙酮。
• （一）单糖 的立体化学
  • 同分异构体
    • 结构异构体：原子链接次序不同
      
    • 立体异构体：原子空间分布不同
      • 几何异构(顺反式) 
      • 旋光异构(镜像)
  • ● 构型(Configuration)：是指一个分子由于其各原子特有的空间排列而使该分子具有特定的立体化学结构。当一个物质由一种构型转变为另一种构型时，要求有共价键的断裂或重新形成。
  • ● 构象(Conformation) ：指一个分子中，不改变共价键结构，仅靠单键的旋转或扭曲而改变分子中基团在空间的排布位置，而产生不同的排列方式。（不同构象间可相互转变，在各种构象形式中，势能最低、最稳定的构象是优势构象）
  • * 差向异构体：只有一个手性碳原子构型不同的非对应体。
  • ● 旋光性：除二羟丙酮外，所有的糖都具有旋光性。（旋光性是鉴定糖的重要指标）
  • D型单糖与L型单糖
  • · 单糖中远离羰基的手性碳原子的构型与甘油醛相比， 被分为D型糖和L型糖(相对构型)，自然界中已知的单糖基本都是D型糖。【生物体内 L型】
  • 单糖的环状结构
  • · 单糖有链式和环式结构，溶液和晶体中的单糖和寡糖、多糖中的单糖单位都是环式结构。
  • ● 变旋现象：由于单糖溶于水后，即产生环式与链式异构体间的互变，所以新配置的葡萄糖溶液放置一段时间，其旋光度会发生改变，但经过一定时间，几种异构体达成平衡后，旋光度就不再变化。
  • · 葡萄糖在水aq中，只有极小部分（<1%）以链式结构存在，大部分以稳定的环式结构存在。
  • · 单糖的两种环状结构：吡喃糖（六元环）、呋喃糖（五元环）。
  • 单糖的构象
  • · 吡喃糖——椅式构象比船式构象稳定。
• （二）单糖的性质
  • 1、物理性质
    • ● 旋光性：鉴定糖的一个重要指标；
    • ● 溶解度：易溶于水而不溶于乙醇，丙酮等有机溶剂。
    • ● 甜度：以蔗糖的甜度为标准。
  • 2、化学性质
    • （1）异构化:（弱碱作用）：在碱性aq中，D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖可通过烯醇式相互转化。
    • （2）单糖的氧化：葡萄糖含有醛基，具还原性，能被弱氧化剂 如：费林试剂（Fehling）和班氏反应（Benedict）氧化。 【蓝色 → 砖红色】
    • （3）单糖还原：单糖的羰基可被还原。
    • （4）甲基化和乙酰化（甲基化的糖在结构分析中起重要作用）
    • （5）形成糖苷
    • ……..
• 二、重要的单糖和单糖衍生物
• 三、寡糖（一般由2-20个单糖通过糖苷键连接而成）
• （一）常见的二糖 ：蔗糖（1葡萄糖+1果糖）、麦芽糖（2葡萄糖）、乳糖（1葡萄糖+1半乳糖）
• 四、多糖（由许多单糖或单糖衍生物脱水缩合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连）
• 分类
  • 同多糖：含一种单体
  • 杂多糖：含两种/多种单体
• （一）作为燃料贮存的同多糖
  • 1、淀粉
  • （1）直链淀粉：还原端和非还原端各一。
    • ⭐️主链：（α 1 → 4）糖苷键1
  • （2）支链淀粉：还原端一个，非还原端多个。
    • ⭐️分支；（α 1 → 6）糖苷键
  • · 这两种结构淀粉都有二级结构（空间结构），支链淀粉具有更深的颜色反应。
  • · 淀粉在酸/淀粉酶 → 水解 → 糊精。
  • 2、糖原（Gn）
  • · 特点：分支程度高，每隔4个G残基便会有一个分支。动物将其作为能量贮藏的原因：① 结构更紧密，更适应贮藏功能； ② 含有大量非还原性端，可被迅速动员水解。
• （二）起结构作用的同多糖：纤维素、壳多糖等。
• 五、杂多糖
  • 果胶物质、半纤维素、琼脂等。
  • · 糖胺聚糖：高分子量的胶性物质，存在于动物细胞中，起润滑和粘合作用。
• 六、细菌杂多糖
• （一）细菌细胞壁的化学组成
  • G+菌：肽聚糖+磷壁酸。
  • G-菌：肽聚糖+双层外膜，还有脂多糖、脂蛋白、膜孔蛋白和磷脂等。
• （二）肽聚糖的结构
  • 存在于原核生物细胞壁的大分子聚合物，由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽聚合而成的多层网状大分子结构。生物素能抑制肽聚糖的生物合成。
• （三）磷壁酸
• （四）脂多糖
  • · 内毒素：G-细菌细胞壁中的一种成分，叫脂多糖。脂多糖对宿主有毒，内毒素只有在细菌死亡时才释放出来。其毒性成分为类脂质A。
• 七、糖蛋白及糖链
• （一）糖蛋白
  • 定义：是糖质与Pro的共价缀合物，含一个或几个不同复杂度的寡糖链。
• （二）糖链的连接类型
  • 1、O-连接型寡糖链
    • ✔️通过O-糖苷键与Ser、Thr残基连接；
    • 💡 结构比N-连接型简单，但连接形式比N-多样。
  • 2、N-连接型寡糖链
    • ✔️通过N-糖苷键与Asn残基连接；
    • 💡 所有N-连接型寡糖链在还原端有一个共有的结构 👉 核心五糖。
• （三）糖链的生物学功能
  • 1.与新生肽链折叠、缔合、分泌和蛋白质稳定性有关;
  • 2.参与分子识别和细胞识别。
  • ● 分子识别: 分子识别指生物分子的选择性相互作用，通过两个分子各自的结合部位来实现。（受体和配体、 精子和卵子的识别、糖链与细胞黏着）
• 八、血型物质
• ⭐️ 凝集素：非抗体的Pro或糖蛋白，能与糖类专一而高亲和地非共价结合，因其能凝集红血球沉淀聚糖和复合糖，故名凝集素。（凝集素上含有糖识别域/糖结合域）
• 概念
  • ⭐️ 凝集原：红细胞表面的血型抗原称凝集原； ⭐️ 凝集素：血清中含有凝集原的抗体称凝集素
• 九、糖胺聚糖和蛋白聚糖
• ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫ →←↑↓ ● ★ αβ ℃ º θ ε δ γ λ π Ω

第 九 章 糖 类

• 引言
  • · 糖类的生物学作用：能源物质、结构物质
    、中间代谢物
    、信息分子
  • · 糖类：多羟基醛、多羟基酮或其衍生物或水解时能产生这些化合物的物质。主要由C、H、Ｏ三种元素构成，有些还有N、S、P……
• 一、单糖
  • · 单糖是细胞的燃料分子、是寡糖和多糖的构 件分子和非糖生物分子的C骨架来源。
  • 最简单的单 是 三碳糖——甘油醛、二羟丙酮。
• （一）单糖 的立体化学
  • 同分异构体
    • 结构异构体：原子链接次序不同
      
    • 立体异构体：原子空间分布不同
      • 几何异构(顺反式) 
      • 旋光异构(镜像)
  • ● 构型(Configuration)：是指一个分子由于其各原子特有的空间排列而使该分子具有特定的立体化学结构。当一个物质由一种构型转变为另一种构型时，要求有共价键的断裂或重新形成。
  • ● 构象(Conformation) ：指一个分子中，不改变共价键结构，仅靠单键的旋转或扭曲而改变分子中基团在空间的排布位置，而产生不同的排列方式。（不同构象间可相互转变，在各种构象形式中，势能最低、最稳定的构象是优势构象）
  • * 差向异构体：只有一个手性碳原子构型不同的非对应体。
  • ● 旋光性：除二羟丙酮外，所有的糖都具有旋光性。（旋光性是鉴定糖的重要指标）
  • D型单糖与L型单糖
  • · 单糖中远离羰基的手性碳原子的构型与甘油醛相比， 被分为D型糖和L型糖(相对构型)，自然界中已知的单糖基本都是D型糖。【生物体内 L型】
  • 单糖的环状结构
  • · 单糖有链式和环式结构，溶液和晶体中的单糖和寡糖、多糖中的单糖单位都是环式结构。
  • ● 变旋现象：由于单糖溶于水后，即产生环式与链式异构体间的互变，所以新配置的葡萄糖溶液放置一段时间，其旋光度会发生改变，但经过一定时间，几种异构体达成平衡后，旋光度就不再变化。
  • · 葡萄糖在水aq中，只有极小部分（<1%）以链式结构存在，大部分以稳定的环式结构存在。
  • · 单糖的两种环状结构：吡喃糖（六元环）、呋喃糖（五元环）。
  • 单糖的构象
  • · 吡喃糖——椅式构象比船式构象稳定。
• （二）单糖的性质
  • 1、物理性质
    • ● 旋光性：鉴定糖的一个重要指标；
    • ● 溶解度：易溶于水而不溶于乙醇，丙酮等有机溶剂。
    • ● 甜度：以蔗糖的甜度为标准。
  • 2、化学性质
    • （1）异构化:（弱碱作用）：在碱性aq中，D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖可通过烯醇式相互转化。
    • （2）单糖的氧化：葡萄糖含有醛基，具还原性，能被弱氧化剂 如：费林试剂（Fehling）和班氏反应（Benedict）氧化。 【蓝色 → 砖红色】
    • （3）单糖还原：单糖的羰基可被还原。
    • （4）甲基化和乙酰化（甲基化的糖在结构分析中起重要作用）
    • （5）形成糖苷
    • ……..
• 二、重要的单糖和单糖衍生物
• 三、寡糖（一般由2-20个单糖通过糖苷键连接而成）
• （一）常见的二糖 ：蔗糖（1葡萄糖+1果糖）、麦芽糖（2葡萄糖）、乳糖（1葡萄糖+1半乳糖）
• 四、多糖（由许多单糖或单糖衍生物脱水缩合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连）
• 分类
  • 同多糖：含一种单体
  • 杂多糖：含两种/多种单体
• （一）作为燃料 贮存的同多糖
  • 1、淀粉
  • （1）直链淀粉：还原端和非还原端各一。
    • ⭐️主链：（α 1 → 4）糖苷键1
  • （2）支链淀粉：还原端一个，非还原端多个。
    • ⭐️分支；（α 1 → 6）糖苷键
• 第 八 章 酶 作 用 机 制 和 酶 活 性 调 节
  • 七、同工酶
    • ⭐️ 概念：催化相同的化学反应，但其Pro分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶，它们被不同的基因编码。
    • ✔️同工酶的的细胞定位、专一性、活性及其调节可有所不同。
    • 🤔 同工酶的生物学功能： • 作为遗传的标志。作为一个指标推测基因型的变异； • 和个体发育及组织分化密切相关。随着组织的分化和发育，同工酶也有一个分化和转变的过程； • 适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。 • 与癌基因表达有关。癌基因的发育与某些同工酶表达水平的降低/升高有关； • 在农业中优势杂交组合的预测等。 • 同工酶与临床诊断：血清中的同工酶可作为组织损伤的分子标记物。
  • · 举例： 乳酸脱氢酶 （LDH）
    • LDH催化乳酸 → 丙酮酸，有5中同工酶（LDH 12345）。其具有组织特异性，不同组织中含量不同（这种差异在临床诊断上有重大参考意义）。

第 九 章 糖 类

• （一）作为燃料 贮存的同多糖
  • 1、淀粉
  • （1）直链淀粉：还原端和非还原端各一。
    • ⭐️主链：（α 1 → 4）糖苷键1
  • （2）支链淀粉：还原端一个，非还原端多个。
    • ⭐️分支；（α 1 → 6）糖苷键
  • · 这两种结构淀粉都有二级结构（空间结构），支链淀粉具有更深的颜色反应。
  • · 淀粉在酸/淀粉酶 → 水解 → 糊精。
  • 2、糖原（Gn）
  • · 特点：分支程度高，每隔4个G残基便会有一个分支。动物将其作为能量贮藏的原因：① 结构更紧密，更适应贮藏功能； ② 含有大量非还原性端，可被迅速动员水解。
• （二）起结构作用的同多糖：纤维素、壳多糖等。
• 五、杂多糖
  • 果胶物质、半纤维素、琼脂等。
  • · 糖胺聚糖：高分子量的胶性物质，存在于动物细胞中，起润滑和粘合作用。
• 六、细菌杂多糖
• （一）细菌细胞壁的化学组成
  • G+菌：肽聚糖+磷壁酸。
  • G-菌：肽聚糖+双层外膜，还有脂多糖、脂蛋白、膜孔蛋白和磷脂等。
• （二）肽聚糖的结构
  • 存在于原核生物细胞壁的大分子聚合物，由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽聚合而成的多层网状大分子结构。生物素能抑制肽聚糖的生物合成。
• （三）磷壁酸
• （四）脂多糖
  • · 内毒素：G-细菌细胞壁中的一种成分，叫脂多糖。脂多糖对宿主有毒，内毒素只有在细菌死亡时才释放出来。其毒性成分为类脂质A。
• 七、糖蛋白及糖链
• （一）糖蛋白
  • 定义：是糖质与Pro的共价缀合物，含一个或几个不同复杂度的寡糖链。
• （二）糖链的连接类型
  • 1、O-连接型寡糖链
    • ✔️通过O-糖苷键与Ser、Thr残基连接；
    • 💡 结构比N-连接型简单，但连接形式比N-多样。
  • 2、N-连接型寡糖链
    • ✔️通过N-糖苷键与Asn残基连接；
    • 💡 所有N-连接型寡糖链在还原端有一个共有的结构 👉 核心五糖。
• （三）糖链的生物学功能
  • 1.与新生肽链折叠、缔合、分泌和蛋白质稳定性有关;
  • 2.参与分子识别和细胞识别。
  • ● 分子识别: 分子识别指生物分子的选择性相互作用，通过两个分子各自的结合部位来实现。（受体和配体、 精子和卵子的识别、糖链与细胞黏着）
• 八、血型物质
• ⭐️ 凝集素：非抗体的Pro或糖蛋白，能与糖类专一而高亲和地非共价结合，因其能凝集红血球沉淀聚糖和复合糖，故名凝集素。（凝集素上含有糖识别域/糖结合域）
• 概念
  • ⭐️ 凝集原：红细胞表面的血型抗原称凝集原； ⭐️ 凝集素：血清中含有凝集原的抗体称凝集素
• 九、糖胺聚糖和蛋白聚糖