19-20年生物化学课件糖ppt课件

生物化学第二章糖类的化学学习要点：1、掌握糖的定义和分类，了解其生物学功能。2、掌握单糖的结构、理化性质。（1）葡萄糖分子链状和环状结构、分子构象。（2）了解溶解度、旋光性等物理性质。（3）化学性质。（4）能写出果糖、核糖、半乳糖的分子结构式。3、掌握几种重要寡糖——麦芽糖、蔗糖、乳糖的分子结构和理化性质。4、掌握几种重要多糖——淀粉、纤维素、糖原和几丁质的结构和性质，了解其功能和应用。第一节概述糖是自然界分布很广的一类化合物，几乎所有的动物、植物和微生物体内都含有糖类。地球上糖类物质的根本来源是绿色细胞进行的光合作用。一、糖的定义与组成•糖（saccharide)的元素组成：C、H、O•通式:Cn(H2O)n:糖也称碳水化合物（carbohydrate）例外：脱氧核糖（C5H10O4），甲醛(CH2O)，乙酸(C2H4O2)，乳酸(C3H6O3)等碳水化合物这个名称并不确切，但因沿用已久，所以至今在西文中还广泛使用。定义：糖类（saccharide）物质是多元醇的醛衍生物或酮衍生物。常见的葡萄糖（己醛糖）和果糖（己酮糖）分别是它们的典型代表。包括：多羟基醛、多羟基酮、它们的缩聚物（例：聚糖）及其衍生物。二、糖的分类与命名1．单糖（monosaccharide）：是多羟醛或多羟酮（1）碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。（2）醛糖、酮糖：如葡萄糖、果糖。糖类物质以它们水解的情况——能否水解，以及水解产物组成情况进行分类。2．寡糖（oligosaccharide）：又称低聚糖，由2～10分子单糖结合而成。可分为二糖、三糖、四糖、五糖等，或采用习惯名称，如蔗糖、麦芽糖等。3．多糖（polysaccharide）：由多分子单糖或单糖的衍生物聚合而成。（1）均一多糖、同聚多糖（homopolysaccharide）：由同一种单糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素等。（2）不均一多糖、杂多糖（heteropolysaccharide）：由不同种单糖或单糖的衍生物及某些非糖物质聚合而成，如透明质酸等。4、糖和非糖物质共价结合成的复合糖（complexsaccharide），例如糖与脂类结合成糖脂或脂多糖，糖与蛋白质结合成糖蛋白或蛋白聚糖。三、糖类的生物功能生物能源——淀粉和糖原结构物质–植物细胞壁中的纤维素–细菌细胞壁的肽聚糖–昆虫、甲壳类动物外骨骼几丁质细胞识别的信息分子——复合糖参与细胞识别、免疫、血型区分等第二节单糖的结构和性质问题1、在单糖分子前常冠有符号“－”或“－”，“＋”或“－”以及“吡喃”或“呋喃”等字样，它们有何意义？问题2、葡萄糖的分子式为C6H12O6，其结构式的表示方法有那些？写出-D-吡喃葡萄糖的这些结构式。问题3、如何划分单糖的构型？问题4、如何确定单糖旋光异构体的数量？问题5、除以外，单糖都是手性分子，具有旋光性。问题6、Fischer提出单糖环状结构的依据？问题7、解释变旋光现象。一、单糖的旋光性与开链结构不对称碳原子（手性碳原子）：是连接4个不同原子或基团的碳原子。不对称分子（手性分子）：因有不对称碳原子，可形成互为镜像关系的两种异构体（对映体、对映异构体），这是手性分子的两种构型。构型的划分：常以甘油醛为例，在其开链结构式中，将氧化程度高的基团（醛或酮基）写在上方，其余碳原子依次写在下方，最下面的是伯醇基，与伯醇基相连的一个不对称碳原子上，羟基的排列方位决定单糖分子的构型。醛糖和酮糖单糖含有一个羰基和多个羟基。根据羰基在碳链上的位置可分为，醛糖(Aldoses)和酮糖(Ketoses)。含有不同碳原子数的单糖都有其醛糖和酮糖形式。旋光异构现象：当光波通过尼克棱镜时，由于棱镜的结构，通过的只是沿某一平面振动的光波，其它都被遮断，这种光称为“平面偏振光”。当它通过某种物质时，如果偏振面向右（顺时针）或向左（逆时针）旋转，则这种物质为旋光性物质。一种化合物的D－型与L－型异构体的旋光方向不同，因此又称其为旋光异构体，右旋——“＋”，左旋——“－”。旋光度和比旋光度：clααtDα:测得的旋光度(°)l:旋光管的长度(dm)c:糖液浓度(g/100ml)问题4、如何确定单糖旋光异构体的数量？问题5、除以外，单糖都是手性分子，具有旋光性。凡分子中含有n个不对称碳原子的化合物，有2n个旋光异构体。酮糖二羟丙酮：问题6、Fischer提出单糖环状结构的依据？1、变旋光现象：一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改变的现象称变旋光。2、葡萄糖的化学反应：CCOHCHHHOCOHHCOHOHHCH2OHCCOHCHHHOCOHHCHHCH2OHOHOCCOHCHHHOCOHHCHOHCH2OHHO+D-葡萄糖链状结构环状结构（Fischer投影式）CCOCHHOCOHHCOHHCH2OHHHOH+CH2OHCCHHOCOHHCOHHCH2OOHCH2OHCCHHOCOHHCOHHCH2OHOD-果糖链状结构环状结构（Fischer投影式）吡喃型与呋喃型结构：单糖在水溶液中容易形成分子内的半缩醛或半缩酮。对于六碳醛糖来说，C-1上的醛基和C-5上的羟基可以反应形成六元吡喃环状结构。也可以与C-4上的羟基反应形成五元呋喃环状结构。在热力学上，六元环比五元环稳定，故天然葡萄糖分子主要以吡喃型结构存在。自然界中以游离状态存在的果糖是吡喃型的，而以结合状态存在的果糖是呋喃型的。吡喃葡萄糖与呋喃果糖“－”、“－”异构体：成环反应使C-1上形成一个半缩醛羟基，导致新的异构体产生——异头体(anomers)。规定异头体的半缩醛羟基和分子末端-CH2OH基邻近不对称碳原子的羟基在碳链同侧的称为α型，在异侧的称为β型。CCOHCHHHOCOHHCOHOHHCH2OHCCOHCHHHOCOHHCHHCH2OHOHOCCOHCHHHOCOHHCHOHCH2OHHO+D-葡萄糖-D-葡萄糖-D-葡萄糖问题7：解释变旋光现象。链状环状互变α-D-吡喃葡萄糖醛式（链式）葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖-D（＋）－开链结构-D（＋）－[]Dt=+112[]Dt=+18.7平衡后：36％1％63％Haworth透视式在Fischer投影式中形成过长的氧桥是不合理的。1926年Haworth提出透视式表达糖的环状结构。将Fischer式书写成Haworth式的原则：一、将直链碳链右边的羟基写在环的下面，左边的羟基写在环的上面；二、当糖的环形成后还有多余的碳原子时（未成环的碳原子），如果直链环是向右的，则未成环的碳原子写在环之上，反之写在环之下（酮糖的第一位碳例外）。从Fischer式到Haworth式的转换单糖的构象构象是指一个分子中，不断裂共价键，仅由键旋转所产生的原子空间位置的改变。葡萄糖的吡喃环并非平面环，吡喃环常采取椅式(chair)和船式(boat)构象，其中椅式构象使扭张强度减到最低因而较稳定。一般而言，平伏键比直立键更稳定。因此在溶液中，β-D-葡萄糖比α-D-葡萄糖更占优势。α-D-吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖OHHHHOHHOHOOHHCH2OHOHHHHHHOHOOHOHaeaeCH2OH三、单糖的性质1、还原性碱性条件下：还原糖的醛基或酮基使金属离子还原，本身被氧化成糖酸及其他产物。常被用作糖类定性、定量分析的依据。定糖最常用的碱性氧化剂是Fehling’s试剂：由甲液（CuSO4溶液）和乙液（NaOH＋酒石酸钾钠溶液组成），使用前甲、乙两种溶液等量混合。2、酸反应——强酸催化脱水作用戊糖与强酸共热，因脱水而生成糠醛。己糖与强酸共热，生成羟甲基糠醛。糠醛或羟甲基糠醛能与酚类物质作用产生各种有色物质，可用作糖的定性测定。——糖的呈色反应OHOHOHOHOHHOOHCH3HOα-萘酚间苯二酚间苯三酚甲基间苯二酚A．Molisch’stest（莫里希试验）糖糠醛或糠醛衍生物紫色浓H2SO4脱水α-萘酚B．Seliwanoff’stest（塞里万诺夫试验）己酮糖羟甲基糠醛红色浓HCl,△脱水间苯二酚鉴定糖类的共同反应。鉴定酮糖3、形成糖苷：单糖的半缩醛羟基很容易与醇及酚的羟基反应，失水而形成缩醛式衍生物，通称糖苷。糖苷分子中成苷的-C-O-C-氧桥键称为糖苷键。其中，非糖部分称配糖体（配基），如果配基也是单糖，如此缩合生成二糖，单糖连续缩合可生成寡糖或多糖。由于有－与－型之分，生成的糖苷也有－与－两种形式，天然存在的糖苷多为－型。糖苷键，也有－与－两种形式。－D－葡萄糖－D－果糖葡萄糖－，－1，2－果糖苷第三节寡糖的结构和性质一、寡糖的结构1、概念：是单糖的缩醛衍生物。一般把单糖基数为2－10个构成的糖类物质称为寡糖。2、常见寡糖——二糖和三糖寡糖中以二糖的分布最为普遍。二糖是由两个单糖分子以－或－糖苷键结合而成的，蔗糖（Sucrose）,乳糖（lactose）和麦芽糖（maltose）是自然界最为丰富的二糖。结构性质单糖种类糖苷键类型结构式旋光性还原性蔗糖麦芽糖乳糖请填写下表结构性质单糖种类糖苷键类型结构式旋光性还原性蔗糖－D－葡萄糖―D―果糖（21），（12）右旋，无变旋光现象无麦芽糖－D－葡萄糖（14）右旋，变旋光现象（－、－和开链式异构体有乳糖－D－葡萄糖―D―半乳糖（14）右旋，变旋光现象有蔗糖的结构麦芽糖（maltose）乳糖（lactose）常见的三糖（trisaccharide）棉子糖•同聚多糖（Homopolysaccharides）:组成单体糖基相同，例如淀粉(starch),糖原(glycogen),纤维素(cellulose),几丁质(chitin).•杂多糖（Heteropolysaccharides）:组成的单体糖基有两种或两种以上。第四节多糖(Polysaccharides)的结构和性质一、同聚多糖直链淀粉（amylose）：D-葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合，呈螺旋结构。1．淀粉（starch）（1）分子结构：分子量：3.2×104－1.6×105，200－980个葡萄糖残基直链淀粉支链淀粉非还原性末端还原性末端OCH2OHOCH2OHOOOCH2OHOHn141414直链淀粉的空间结构直链淀粉不是完全伸直的，而通常是卷曲成螺旋形，每一转有6个葡萄糖单元，残基上的游离羟基大都处于螺旋圈内侧。支链淀粉（amylopectin）：D-葡萄糖分子，（14）糖苷键，支点处（16）糖苷键。（分支点：11－12）（支链：24－32）一个支链淀粉分子有一个还原型末端和n＋1个非还原型末端，n为分支数。分子量：1×105－1×106，600－6000个葡萄糖残基（2）化学性质I、碘显色反应多糖链的螺旋构象是碘显色反应的必要条件，形成淀粉－碘络合物，碘位于螺旋形复合物中心腔。螺旋圈DP：6060－2020－66复合物颜色：蓝色紫红色红色无色直链淀粉（遇碘呈蓝色）支链淀粉（遇碘呈红色）。区分水解淀粉→红色糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄糖与碘的呈色反应蓝紫色红色不显色不显色不显色II、水解反应(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6（3）淀粉的改性主要品种系列：天然淀粉物理变性化学变性生物变性l分离淀粉—直链淀粉、支链淀粉l放射线处理－-、-、-射线湿热处理淀粉l淀粉酯－无机酸酯（磷酸、硫酸、硝酸）、有机酸酯（甲酸、乙酸、硬脂酸）l淀粉醚－羟甲基淀粉醚、羟烷基淀粉醚、阳离子淀粉醚（**）、阴离子淀粉醚接枝共聚淀粉酶处理环糊精（-、-、-）淀粉及改性淀粉在各行业中的应用：——食品工业：面包、糖果糕饼、方便食品、肉类食品——动物饲料——纺织工业：上浆、印花糊料——造纸工业：增强剂、表面施胶剂、涂布、瓦楞纸板、复合包装胶粘剂——制革工业：铬盐的蒙囿剂、预鞣剂、复鞣剂、涂饰剂——其他：化妆品、水处理、铸造2、糖原(Glycogen)糖原和淀粉分别为动物和植物中的葡萄糖储存形式。•糖原由D-葡萄糖通过α(1-4)糖苷键连接而成，分支点处（16）糖苷键。与支链淀粉的不同在于糖原分子分支多、链短、结构紧