生物化学1-糖类

生物化学1-糖类的思维导图，糖类1.作为生物体的结构成分 2.作为生物体的能源物质 3.在生物体内转化为其他物质 4.作为细胞识别的信息分子。

糖类

• 有关旋光异构的概念
  • 异构（同分异构）
    • 存在两个或两个以上具有相同**数目和种类**原子并因此具有相同相对分子质量的化合物的现象。
  • 同分异构
    • 结构异构
      • 分子中原子连接次序不同造成的。 - 碳骨架异构体 - 位置异构体 - 功能异构体
    • 立体异构
      • - 几何异构 分子中存在**双键或环**等**限制原子间自由旋转**的原因引起的异构 - 旋光异构 分子存在**手性**造成的
  • 构型/构造/构象
    • - 构型 **原子**在空间中的**相对分布或排列** - 构造 **原子**连接在一起的**次序** - 构象 一种具有相同结构和构型的分子在空间中可采取多种形态，**分子**所采取的特定形态称为构象
  • 旋光性
    • 旋光物质使平面偏振光发生偏转的能力。 分为左/右旋光物质
• 单糖的结构
  • 单糖的链状结构
  • D系单糖和L系单糖 D/L甘油醛衍生
    • 差向异构体 仅一个**手性碳**不同的**非对映异构体**
  • 单糖的环状结构
    • <strong>变旋现象</strong>
      • 许多单糖、新配置的溶液发生旋光度改变的现象。分子立体结构发生改变的结果，是**α/β异头物自发互变**所致。
    • 环状半缩醛
      • **醇与醛或酮**发生快速的**亲核加成**，生成半缩醛
    • α和β异头物
      • **异头物**：单糖由**直链变为环状**结构后，羰基碳原子变为新的手性中心，C1差向异构化形成2个非对映异构体。 根据异头碳的羟基和最末手性碳的羟基的取向的异同，分为α异头物（相同）和β异头物（不同）。
    • 呋喃糖
    • 椅式构象比船式构象更稳定
• 单糖的性质
  • 物理性质
    • 旋光度；甜度；溶解度 单糖分子含多个**羟基**，增大了*水溶性*。除甘露醛微溶外，其他均易溶于水。
  • 化学性质
    • 异构化
      • 弱碱性溶液，D-葡萄糖/甘露糖/果糖通过烯醇式相互转化。
    • 氧化（醛基和伯醇基）
      • - 氧化为醛糖酸 fehling试剂/Benedict试剂将单糖的醛基氧化为羧基，产物为醛糖酸。 Fehling试剂和Benedict试剂用于**检测还原糖**。 某些酮糖也是还原糖，例如果糖，也被 - 氧化为醛糖二酸 醛糖的醛基和伯醇基被氧化为羧基。 - 氧化为糖醛酸 某些醛糖在特定脱氢作用下只氧化伯醇基而保留醛基。
    • 还原
      • - 醛糖/酮糖被硼氢化钠还原为糖醇 - 山梨醇积累引发白内障； 甘露醇用于治疗脑水肿（渗透性利尿剂）
    • 形成糖脎
      • 苯肼与还原糖生成含有两个苯腙基的衍生物，称为糖脎。 反应1mol糖需要3mol苯肼。 葡萄糖脎为黄色细针状；乳糖脎为海胆状。
    • 形成糖酯和糖醚
    • 形成糖苷
      • 定义 环状单糖的半缩醛/半缩酮的羟基与另一化合物形成的缩醛——糖苷。 糖苷分子中提供半缩醛羟基的糖部分——糖基；与之缩合的非糖部分——配基；两部分通过糖苷键连接。 **糖苷的性质** - 糖苷是半缩醛，发生醛的各种反应 - 糖苷是半缩醛，不具有醛的性质，不与苯肼反应，不具有还原性，无变旋现象 - 对碱溶液稳定，易被酸溶液水解
    • 脱水
      • **不同的糠醛与多元酚作用产生特有的颜色反应**： 1.鉴定酮糖（果糖） Seliwanof试验 羟甲糠醛与间苯二酚 2.鉴别戊糖 间苯三酚试验/Bial试验 3.鉴别糖 Molisch试验 糠醛及其衍生物与α-萘酚生成紫红色缩合物 4.总糖量测定 蒽酮反应 糖类物质脱水与蒽酮缩合生成蓝绿色复合物
    • 高碘酸氧化
    • 单糖链的延长与缩短
• 重要的单糖和单糖衍生物
  • 单糖
    • - 丙糖 D-甘油醛和二羟丙酮 - 丁糖 D-赤藓糖和D-赤藓酮糖 - 戊糖 D-木糖、L-阿拉伯糖、木酮糖、芹菜糖 - 己糖 D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-果糖、L-山梨糖、L-半乳糖 - 庚糖和辛糖
  • 单糖磷酸酯
  • 糖醇
  • 糖酸
  • 脱氧糖
  • 糖苷
  • 氨基糖
• 引言
  • 糖类的生物学作用
    • 1.作为生物体的结构成分 2.作为生物体的能源物质 3.在生物体内转化为其他物质 4.作为细胞识别的信息分子
  • 糖类的元素组成和化学本质
    • CHO，多羟基醛、多羟基酮及其衍生物，或水解产生这些化合物的物质
  • 糖类的分类与命名
    • **单糖** 不能被水解为更小分子的糖类。 如葡萄糖、果糖、核糖等。 **寡糖** 由2~20个单糖分子组成的糖类。 如二糖（麦芽糖、蔗糖）、三糖等。 **多糖** 水解时产生20个以上单糖分子的糖类。 - 同多糖 只由一种单糖或单糖衍生物构成的多糖（糖原、淀粉、壳多糖等）。 - 杂多糖 由一种以上单糖或单糖衍生物构成的多糖（透明质酸、半纤维素等）。 - 复合糖 糖类和蛋白质、脂质等生物分子形成的**共价结合物**（糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等）。
• 寡糖
  • **蔗糖** \[Glc（α1→β2）Fru\]，不能还原Fehling溶液，不能成脎（无还原性），无变旋现象 **乳糖** \[Gal（β1→α4）Glc\]，有还原性，能成脎； **麦芽糖** \[Glc(α1→α4)Glc\] 有还原性，能成脎 **a,a-海藻糖** 非还原糖，水解为两分子葡萄糖 **纤维二塘** 纤维素的二糖单位，还原糖能成脎；葡二糖，结构与麦芽糖结构相似，β-1，4糖苷键 **龙胆二糖** 葡二糖，β-1，6糖苷键，有还原性和变旋现象 **环糊精** 6~8个葡萄糖单位通过α-1，4糖苷键连接成环状（α-、β-、γ-环糊精）；轮胎状，内侧疏水，外侧亲水，可以使疏水物质形成水溶性的包含络合物，增加被包含物质的稳定性
• 多糖
  • - 同多糖 - 杂多糖 果胶物质、半纤维素、琼脂、树胶、藻酸、角叉聚糖
  • 细菌杂多糖
    • 细菌细胞壁的化学组成
      • 由多糖组成，包含脂质和蛋白质 根据化学组成和结构不同分为两大类：能保留革兰氏染色的为革兰氏阳性菌（G+细菌），不能保留革兰氏染色的为革兰氏阴性菌（G-细菌） G+细菌 多层网状肽聚糖组成，磷壁酸与之相连 G-细菌 也含有肽聚糖（单层），无磷壁酸，特有成分为脂多糖
    • 肽聚糖的结构
    • 磷壁酸
    • 脂多糖（G-特有）
    • 荚膜多糖（细菌毒性相关）
• 糖蛋白和糖链
  • 定义
    • 糖蛋白作为一种**复合糖**或**缀合蛋白质**，糖链为缀合蛋白质的**辅基**
  • 糖蛋白的存在和含糖量
    • 存在：1.细胞膜中的分泌蛋白；2.细胞膜中的免疫球蛋白；3.消化道上皮细胞分泌的粘液；4.细胞中分泌到胞外的蛋白质；5.胞外基质的结构蛋白（胶原蛋白、层黏蛋白、纤连蛋白等）
  • 糖链结构的多样性
    • 糖蛋白和糖脂中糖链序列多变，结构信息丰富
  • 糖肽连键的类型
    • - N-糖肽键 β构型的N-乙酰葡糖胺异头碳与天冬酰胺γ-酰基N原子共价连接形成的糖苷键 - O-糖肽键 单糖的异头碳与羟基氨基酸的羟基O原子共价连接成的O糖苷键 N-乙酰半乳糖胺与丝氨酸、苏氨酸缩合形成O-糖肽键 半乳糖与羟赖氨酸形成O-糖肽键 L-呋喃阿拉伯糖与羟脯氨酸形成O-糖肽键
  • 糖链的分类
    • - N-连接的糖链 - O-连接的糖链
  • 糖链的生物学功能
    • - 糖蛋白新生肽链的折叠、缔合 - 影响糖蛋白的分泌和稳定性 - 参与分子识别和细胞清除 - 参与血浆中老蛋白的清除 - 在精卵识别中发挥作用 - 在细胞黏着中具有重要意义
  • 凝集素
    • 一类非抗体的蛋白质或糖蛋白，能与糖专一性共价结合 **作用**：**凝集**细胞；**沉淀**聚糖、复合糖
• 糖胺聚糖和蛋白聚糖
  • 糖胺聚糖
    • 定义
      • 一类含己糖胺和糖醛酸的杂多糖，由多个二糖单位组成的长链多聚物。一般与蛋白质结合形成蛋白聚糖
    • 功能☆
      • 亲水性强，对保持疏松结缔组织中的水分具有重要意义 糖胺聚糖，主要是透明质酸具有强粘滞性，附着在关节上具有润滑和保护作用 具有愈合创伤的作用 糖胺聚糖是多价阴离子，对K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子具有较强亲和力，因此能调节这些离子在组织中的分布
    • 分类
      • 透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸乙酰肝素、肝素
  • 蛋白聚糖
    • 定义
      • 一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价连接而成。除糖胺聚糖链外，尚有N-连接和O-连接的寡糖链。与糖蛋白相比，按重量计算糖的比例高于蛋白质。