生物化学-第一章-药糖化学.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一篇 生命的分子基础,第一章 糖的化学,（一）糖的概念、分布,由,C,、,H,、,O,组成的，,多羟基醛,或,多羟基酮,及其,聚合物,和,衍生物,的总称。,糖在生物界分布广、含量多；,可与蛋白质、脂类结合之复合糖形式存在。,（二）糖的主要生物学作用,1.,能源利用、储存形式。糖原，葡萄糖,2.,细胞结构。纤维素，糖胺聚糖等,3.,生物活性物质及药物作用物质。,第一节 概述,一、糖的概念、分布及主要生物学作用,1.,单糖,(monosaccharide),结构最简单,（,1,）丙糖,:,甘油醛 二羟丙酮,（,2,）丁糖：,D-,赤藓糖,D-,赤藓酮糖,（,3,）戊糖：,D-,核糖，,D-,木糖,（,4,）己糖：数量最多，机体代谢最密切,D-,葡萄糖、,D-,半乳糖、,D-,甘露糖；,D-,果糖（酮糖）,除葡萄糖外，多以多糖形式存在,（,5,）庚糖,:,D-,景天庚酮糖，以磷酸酯形式存在,二、糖的分类,4,蔗糖,(sucrose),G+F,麦芽糖,(maltose),G,G,乳糖,(lactose),G+Gal,2.,寡糖,(oligosaccharide,),单糖缩合的单链结构（,26,单糖分子）,(1),二糖,:,两分子单糖以糖苷键连接而成,（,2,）三糖,:,棉子糖,（半乳糖、葡萄糖、果糖组成）,棉子、桉树，甜菜中存在,3.,多糖,(polysaccharide),多个单糖分子缩合而成的长链结构，分子量很大，均无甜味和还原性。有旋光性。,淀粉,(starch),、,糖原,(glycogen),、,纤维素,(cellulose),复合糖（非糖物质结合的）：,糖蛋白、糖脂,7,还原性糖种类：,还原性糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖等。,非还原性糖有蔗糖、淀粉、纤维素等，但它们都可以通过水解生成相应的还原性单糖。,还原性糖概念：,指具有还原性的糖类。,在糖类中，分子中含有游离醛基或酮基的单糖和含有游离醛基的二糖都具有还原性。,葡萄糖分子中含有游离醛基，果糖分子中含有游离酮基，乳糖和麦芽糖分子中含有游离的醛基，故它们都是还原糖。,斐林试剂和班氏试剂都是检验还原性糖的试剂，二者的使用方法及原理、成分有区别，与还原糖均生成砖红色（沉淀）。,第二节 多糖的化学,一、多糖的分类,（一）多糖（,按来源）,分类,1.,植物多糖,:,水溶性多糖,：（如当归、枸杞、大黄、艾叶等）多糖。,水不溶性多糖,：淀粉、纤维素等,2.,动物多糖：为水溶性粘多糖。,肝素、硫酸软骨素、透明质酸、猪胎盘脂多糖等,3.,微生物多糖：香菇、茯苓、银耳等的多糖,4.,海洋生物多糖：甲壳素、螺旋藻多糖等。,（,1,）糖蛋白,glycoproteins,糖与蛋白质共价结合的复合分子,糖少于,Pr,连接方式：,1,）,O,连接：与,AA(ser,thr,Hlys,）,OH,连接为糖苷,2,）,N,连接：与,Aln,的酰胺基连接，多为糖胺链连接,（,2,）蛋白聚糖,proteoglycan,糖胺聚糖链共价连接于核心蛋白组成，多、复杂。,软骨蛋白聚糖、动脉蛋白聚糖、角膜蛋白聚糖,4.,结合糖：糖复合物,glycoconjugate,（,3,）糖脂：,glycolipids,糖类通过其还原端以糖苷键与脂类连接的化合物,各种衍生糖脂（鞘糖脂、甘油糖脂、磷酸多萜醇衍生的糖脂、类固醇衍生的糖脂,）,（,4,）脂多糖,Lipopolysaccharide,；,糖为主体的糖脂复合物。胎盘脂多糖等,二、重要多糖的化学结构与生理功能,（一）淀粉,starch,植物多糖，存在于种子、块根与果实中，大米淀粉达,70%80%,。,天然淀粉,：,均为,-,D-,葡萄糖缩合的同聚多糖,直链淀粉,：,-1,，,4,糖苷键直链结构，空间结构为空心螺旋状，,6,个葡萄糖单位,/,圈螺旋,支链淀粉,：,-1,，,4,糖苷键形成多个较短的分子，其之间连接键为,-1,，,6,糖苷键,（糯米含支链淀粉比例高（几乎达,100%,），粘稠）,淀粉的性质,：,冷水中不溶解，加热淀粉膨胀成糊状,碘反应,：,直链淀粉遇碘产生兰色,支链淀粉遇碘产生紫红色,淀粉水解与碘反应,：,淀粉 大小不一多糖（糊精）,淀粉糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖,G,碘反应,：兰色 红色 无色,班氏试剂：阳性,（二）糖原,glycogen,动物淀粉（肝、肌肉）,-D-,葡萄糖构成的同聚多糖,与支链淀粉相似，为带有,1,，,6,分支点的,-1,，,4-,葡萄糖多聚物。但分支多（短链约含,810,个葡萄糖单位）,遇碘产生红色，彻底水解产生,D-,葡萄糖,（三）葡聚糖,dextran,右旋糖酐,酵母菌及其某些细菌的储存多糖,为,-1,，,6-,葡萄糖同聚多糖,（偶有,-1,，,2,，,-1,，,3,，,-1,，,4,连接）,（四）纤维素,cellulose,植物胞壁成分。,结构：,D-,葡萄糖以,-,1,4-,糖苷键,连接的,直链同聚多糖,不溶于水、稀酸及稀碱（,-1,4,键对酸较强抵抗力），,强酸,水解产生,D-,葡萄糖,及,纤维二糖,。,哺乳动物无,-1,，,4,糖苷键的水解酶，反刍动物（牛羊）消化道细菌存在水解纤维素的酶。,17,反应,：,成酯：纤维素中葡萄糖的自由羟基与酸成酯,纤维素与浓硝酸,-,硝化纤维素（酯）,医药化学工业原料,（火棉胶，炸药原料）,纤维素与醋酸成,醋酸纤维素,：,多种塑料的原料 ，生化试剂等。,琼胶能吸水膨胀，不溶于冷水，但可热水成溶胶，冷却后成凝胶。不易被细菌分解，所以作细菌培养基的凝固剂,.,D-,半乳糖,（,9,个,D-,半乳糖单位以,-1,，,3-,糖苷键连接,）,与,L-,半乳糖,以,1,4-,糖苷键相连,L-,半乳糖,C6,结合一硫酸基,.,结构,：,（五）琼胶,agar,琼脂（海藻多糖）,(,六,),几丁质,chitin,甲壳素或壳多糖,虾蟹昆虫夹壳的主要成分、,植物、菌类藻类植物细胞壁亦含有。其量仅次于纤维素,组成,：,N-,乙酰氨基葡萄糖,通过,-1,，,4,糖苷键,连接起,来的,同聚多糖,。,为医药、化工及食品,行业辅料,（七）黏多糖,1,，透明质酸,hyaluronic acid,存在于动物的结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、关节液中。,具强吸水性，形成粘度很大胶状液，具黏结与保护细胞的作用。,透明质酸酶（细菌、蜂毒）水解透明质酸（异物侵入或药物扩散）,组成,：,D-,葡萄糖醛酸,和,N-,乙酰氨基葡萄糖,交替组成线性结构,(,以,1,3,糖苷键连接成,二糖单位,再以,1,4,糖苷键同另一二糖单位连接）,.,2.,硫酸软骨素,chondroitin sulfate,体内最多的黏多糖,为软骨主要成分,结构,:,二糖的聚合物,(ABC,三种,),A:,葡萄糖醛酸,-1,3-N-,乙酰氨基,半乳,糖,？,-4-,硫酸酯,B:,艾杜糖醛酸,-1,3-N-,乙酰氨基,半乳,糖,？,-4-,硫酸酯,C:,葡萄糖醛酸,-1,3-N-,乙酰氨基,半乳,糖,？,-6-,硫酸酯,硫酸软骨素,B,-,硫酸皮肤素,(,存在于皮肤的黏多糖,),半乳？,葡萄糖,降血脂和缓和的抗凝血作用。,3.,肝素,heparin,存在于肝、肺、血管壁、肠粘膜中天然抗凝血物质,组成,:,硫酸氨基葡萄糖、葡萄糖醛酸和艾杜糖醛酸的硫酸酯。,氨基葡萄糖苷为,型，糖醛酸糖苷为,型。,肝素中为,四糖重复单位,。,粘多糖的组成成分及分布,名称 主要组成成分 分布,透明质酸,乙酰葡萄糖胺，,D-,葡萄糖醛酸,眼球玻璃体脐带关节,硫酸软骨素,A,乙酰葡萄糖胺，,D-,葡萄糖醛酸，硫酸,软骨、骨,硫酸软骨素,B,乙酰葡萄糖胺，,L-,艾杜糖醛酸，硫酸,皮肤腱心瓣膜,硫酸软骨素,C,乙酰葡萄糖胺，,D-,葡萄糖醛酸，硫酸,皮肤脐带腱,软骨素,乙酰葡萄糖胺，,D-,葡萄糖醛酸,皮肤,硫酸角质素,乙酰葡萄糖胺，,D-,半乳糖，硫酸,角膜，肋骨,肝素,磺酰葡萄糖胺，,D-,葡萄糖醛酸，硫酸,肝肺肾、肠粘膜,硫酸类肝素,乙酰葡萄糖胺，,D-,葡萄糖醛酸，硫酸,肝 肺等,硫酸软骨素,硫酸角质素,硫酸软骨素,B,透明质酸,（八）细菌多糖,1,，肽聚糖,peptidoglycan,又称胞壁质,murein,构成细菌细胞壁基本骨架的主要成分,结构：多糖与氨基酸链相连的多糖复合物,结构中糖以,-1,4,键连接成二糖,重复单位,.,AA,为,D-AA,。形成的聚合物,肽聚糖,D,AA,肽有抵抗肽水解酶的作用，故对细菌细胞有保护作用。,溶菌酶水解肽聚糖结构中,1,4,糖苷键，而导致细菌细胞膨胀破裂。（该酶溶解,革兰氏阳性菌,机制）,青霉素抗菌作用：,抑制肽聚糖的生物合成，使得细胞壁不完整，从而导致细菌死亡。,2.,脂多糖,革兰氏阴性菌除含有,10%,肽聚糖外，含有十分复杂的脂多糖。,组成,：,外层低聚糖链；核心多糖；及脂质。,细菌脂多糖的外层低聚糖是使人致病的部分（单糖组分随菌株而不相同），各种菌核心多糖链均相似。,27,三、多糖提取、分离和纯化的原理,（一）多糖的提取与分离,来源不同，提取方法各异,第一类,难溶于水，可溶于稀碱液。,主要是胶类，如木聚糖、半乳聚糖,原料粉碎后用,0.5mol/LNaOH,水溶液提取，后中和、浓缩，最后加入乙醇，得粗糖沉淀物,第二类,易溶于温水，难溶于冷水的多糖。,可用,70,80C,热水抽提，提取液用氯仿：正丁醇（,4:1),混合去蛋白质，经透析，浓缩后再加入乙醇即得粗多糖产物,第三类,黏多糖的提取,（组织中黏多糖与蛋白质共价结合）,用蛋白酶水解蛋白或用碱处理，使之间共价键断裂，促使粘多糖释放，以便于提取。,(1),碱液抽提法,：,原料经预处理后，用,0.5mol/LNaOH,溶液于,4C,提取，酸中和。蛋白质用调节,pH,、加热或用白陶土吸附去除。最后以乙醇沉淀即可获成品。软骨中提取软骨素即用此法。,(2),蛋白水解酶,消化法 组织中释出粘多糖的方法,蛋白水解酶：木瓜蛋白酶及链霉蛋白酶,经酶消化的提取液用,5%,三氯醋酸去蛋白（或透析），乙醇沉淀粘多糖。,（,二）多糖的纯化,方法多，根据条件适当选择，多种方法同时使用以达到理想的分离结果,1.,分级沉淀法,：乙醇分级沉淀分离各种硫酸软骨素。,2.,季铵盐络合法,：,表面活化剂与粘多糖聚阴离子形成络合物，水不溶。,3.,离子交换层析：,利用,pH,及盐浓度梯度分离各种多糖,4.,制备性区带电泳,：,利用分子大小、形状、电荷区分,5.,固定化凝集素的亲和层析法,：,特异结合单糖和寡糖（可逆）,如刀豆凝集素,ConA,专一与甘露糖基结合。（半乳糖干扰素等）,31,（三）多糖的降解,制备低聚糖,1.,化学降解法,：常用亚硝酸控制降解法。污染,2.,酶法降解,：特异性强。,产量低，成本高,3.,辐射降解法,：使分子电离或激发，分子间形成化学键辐射交联，导致分子链断裂辐射降解。,四、多糖理化性质测定,（,一）多糖的,含量,测定,：方法多种,硫酸蒽酮法，硫酸苯酚法,（己糖基、戊醛糖、己糖醛酸）,硫酸卡唑法（,糖醛酸）,乙酰丙酮显色法,（氨基葡萄糖）,（二）多糖,纯度,测定,1.,电泳法（高压电泳）,2.,凝胶柱层析法：呈现一个峰为标准,3.,紫外扫描法：多糖,200nm,。纯度,4.,其它方法：特殊基团，纸层析等,33,（三）多糖,分子量,测定（物理方法）,1.,凝胶柱层析法：,已知分子量的多糖作标准,2.,特性黏度法,相似结构多糖决定,K,值，测出粘数，计算分子量。,性质分析：比旋度测定、溶解度测定。,五、多糖的结构分析,复杂（结构与种类多有关），但迄今无一种方法可单独完成结构分析，需结合应用。,物理方法：,红外光谱、核磁共振谱、质谱、,X,射线衍射；,化学降解法、酶解法、免疫化学法和放射免疫法,（一）多糖组成成分的分析,了解何种单糖组成及之间的比例,以片段为单位分析。,1.,酸水解,（完全酸水解，部分酸水解）,13mol/L,硫酸或,2mol/L,三氟乙酸，,80100C,密闭加热,68,小时完全水解得到单糖；,0 C,或室温下水解得到较低分子量的寡聚糖。,水解产物用层析法（纸层析、薄层层析、气相层析）鉴定。,水解测出多糖中,单糖的组成,，并计算,各单糖成分间分子比。,2.,乙酰解,乙酐：乙酸：水（,10:10:1),混合液中加热，使一定的糖苷键处断裂。,（为酸水解的补充，特异水解,1,6,糖苷键）,生成,乙酰化单糖和乙酰化寡糖,。,用层析法鉴定，从另一角度获得,糖链结构,信息,。,3.,甲醇解,多糖链,80100C,与无水甲醇氯化氢反应，使糖链变成单糖的甲基糖苷。将其转化为,三甲基硅醚衍生物或乙酰基衍生物,，气相层析分子（与标准对照），可得到多糖中,单糖成分的定量数据,（二）多糖结构的甲基化分析,为结构分析最有力的手段之一,1.,部分甲基化的糖醇乙酰衍生物产生,：,单糖（多糖中）,（,OH,全部生成甲醚）,（甲基化试剂）游离羟基生成甲醚，水解、释放,（,Hakomori,法）,甲基化单糖,硼氢化钠还原,糖醇,乙酰化,部分甲基化的糖醇乙酰衍生物（气相色谱质谱分析）,阐明单糖种类和比例，及,连接方式（键型，糖苷键位置,）。,（,三）多糖结构的过碘酸氧化及,Smith,降解,过碘酸氧化反应,：,一种选择性的氧化降解反应，作用于多糖分子中,1,2,二羟基和,1,2,3-,三羟基生成相应的醛或甲醛、甲酸。,定量反应：高碘酸的消耗与甲醛甲酸的生成，判断,糖苷键位置，直链多糖的缔合度、支链多糖的分支数目,等。,1,2-,糖苷键,1,3,糖苷键,1,4,糖苷键,1,6,糖苷键,高碘酸,过程,产物,氧化后,硼氢化钠（钾）还原,生成多羟基化合物,HCl,稀水解,甘油,甘油醛,还原,水解,原单糖,氧化,还原,水解,赤藓糖,乙醇醛,氧化,还原,水解,甘油 乙醇醛,Smith,降解：,将过碘酸,氧化产物,进行还原，进行酸水解或部分酸水解。（改良过碘酸氧化）,（室温下用稀无机酸水解还原产物）,结果得到具有特征性的糖链的重复单元，获取多糖,结构信息,。,（,四）多糖结构的酶降解测定法,不同性质的,糖苷酶,或称多糖酶能作用于不同性质的糖苷键，通过顺序降解，阐明多糖链的一级结构。酶的来源不同，作用有差异。,糖苷酶：外切糖苷酶，内切糖苷酶,41,1.,外切糖苷酶,：只能切下多糖,非还原末端,的一个单糖。对单糖组成和糖苷键有专一性。,(1),-,D-,半乳糖苷酶,(,-,D-galactosidase,）,(2),-,D-,半乳糖苷酶,(,-,D-galactosidase,）,(3),-,D-,甘露糖苷酶,(,-,D-mannosidase,）,(4),-,D-,甘露糖苷酶,(,-,D mannosidase),(5),-L-,岩藻糖苷酶（,-,L-fucosidase),(6),N-,乙酰,-,-,D-,氨基己糖酶（,N-acetyl-,-D-hexosaminidase),(7)N-,乙酰,-,-,D-,氨基半乳糖苷酶（,N-acetyl-,-D-galactosaminidase),2.,内切糖苷酶,水解糖链内部的糖苷键，释放多糖链片段,常见内切糖苷酶：,(1),内切,-N-,乙酰,-,-,D-,氨基葡萄糖酶,(endo-N-acetyl-,-D-glucosaminidase),(2),内切,-,-D-,半乳糖苷酶,(endo-,-D-galactosidase),(3),内切,-N-,乙酰,-,-D-,氨基半乳糖苷酶,(endo-,-D-galactosaminidase),(4),肽,-N-,聚糖水解酶,分为两类,：,水解糖糖之间连接键，释放片段,(2),；,水解单糖氨基酸或单糖多肽之间的连接键，释放完整的糖链结构。,(1,4),43,六、糖链与糖蛋白的生物学活性,1.,糖链与酶活性,:,糖链在酶的新生肽链折叠、转运和保护方面起作用；有些酶活性与糖链无关，有些酶活性依赖糖链的存在。,2.,糖链与激素,:,糖蛋白类激素活性（受体亲和力和半衰期）与糖链有关；,3.,糖链与,IgG,活性,:,IgG,结构中糖链与其功能有关；某些位点糖链的缺失可导致自身免疫性疾病。,4.,糖链与介导的细胞识别功能,:,膜受体蛋白多为糖蛋白，此类蛋白中糖链结构影响蛋白质结构，从而影响其识别功能。,44,第三节 以糖类为基础的药物研究,一、以糖类为基础的药物,（一）以糖类为基础的药物,（二）糖类药物的设计与应用,糖库的建立和糖链的合成；设计多价的糖药物；以糖类导向和定位的药物；用糖类提高药物在体内的寿命,（三）糖类药物的模拟,糖类模拟物，模拟糖链（,Tris),，拟糖多肽，随机肽库,45,二、糖基化工程,（一）糖基化及其对重组蛋白质性质的影响,溶解性，稳定性，生物活性，药代动力学，免疫原性,（二）糖基化工程概念,通过人为地操作蛋白质上的寡糖链，使之产生合适的糖型，而达到改变糖蛋白的生物学功能（的技术）。,（三）糖基化工程的研究方法,选择特异的宿主细胞、应用哺乳动物糖基化突变型、利用突变来删除或增加糖基化位点、利用糖基化抑制剂处理纯化糖蛋白。,（四）糖基化工程在糖蛋白药物研制中的应用,化学修饰，糖基化工程,46,思考题：,1.,糖的概念及生物学作用,2.,糖的分类（单糖，寡糖，多糖）,*掌握几种二糖中单糖成分，多糖种类,3.,多糖分类（来源分类）,*,4.,淀粉、糖原、葡聚糖、纤维素中单糖单位？连接方式？构象。,*,5.,代表性的粘多糖有几种？成分特点？分布。,6.,多糖提取方法分几类来进行？,*,7.,多糖基本纯化方法有几种？原理？,*,8.,多糖降解方法有几种？其优缺点。,9.,多糖理化性质的测定主要包括几方面？,10.,多糖结构需要多种方法结合起来应用。在所介绍的方法中，各种方法的用途请你总结一下。,当你需要对一种多糖进行结构分析时，你的思路如何？,*,11.,了解目前糖基化工程的概念，研究范畴，研究方法。,