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糖类物质在生物体内有哪些作用？糖类物质在生物体内有哪些作用？1 1糖糖类类物物质质是是异异养养生生物物主主要要能能源源之之一一，糖糖在在生生物物体体内内经经一一系系列列降降解解而而释释放放大大量量能量供生命活动之需要。能量供生命活动之需要。2 2糖糖类类物物质质及及其其降降解解中中间间产产物物，可可作作为为合合成成蛋蛋白白质质、脂脂肪肪主主要要碳碳架架机机体体其其它它碳碳架起源。架起源。3 3在在细细胞胞中中糖糖类类物物质质与与蛋蛋白白质质、核核酸酸、脂脂肪肪等等常常以以结结合合状状态态存存在在，这这些些复复合合分分子含有许多特异而主要生物功效。子含有许多特异而主要生物功效。糖类糖类第1页糖糖类类物物质质是是一一类类广广泛泛存存在在于于植植物物体体内内一一类类主主要要有有机机物物，占植物干重占植物干重50%50%以上以上。第2页糖和糖生物化学糖和糖生物化学 碳碳水水化化合合物物是是地地球球上上最最丰丰富富生生物物分分子子，每每年年全全球球植植物物和和藻藻类类光光合合作作用用可可转转换换1000亿亿吨吨CO2和和H2O成成为为纤纤维维素素和和其其它它植物产物。植物体植物产物。植物体85-90%干重是糖。干重是糖。第3页糖世界糖世界食用糖（蔗糖）食用糖（蔗糖）医医疗疗用用糖糖（葡葡萄萄糖糖及及其其衍衍生生物物，如如葡葡萄萄糖糖酸酸钠钠、钾钾、钙钙、锌盐等）锌盐等）绿色植物皮、杆等（纤维素）绿色植物皮、杆等（纤维素）粮食及块根、块茎中糖（淀粉）粮食及块根、块茎中糖（淀粉）动物体内贮藏多糖（糖元）动物体内贮藏多糖（糖元）昆虫、蟹、虾等外骨骼（几丁质）昆虫、蟹、虾等外骨骼（几丁质）食食用用菌菌中中糖糖（香香菇菇多多糖糖、茯茯苓苓多多糖糖、灵灵芝芝多多糖糖、昆昆布布多多糖糖等）等）细菌、酵母细胞壁细菌、酵母细胞壁结结缔缔组组织织中中糖糖（肝肝素素、透透明明质质酸酸、硫硫酸酸软软骨骨素素、硫硫酸酸皮皮肤肤素等）素等）核酸、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中糖核酸、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中糖细胞膜及其它细胞结构中糖细胞膜及其它细胞结构中糖血型糖血型糖第4页糖定义糖定义 多羟基醛多羟基醛多羟基酮多羟基酮多羟基醛或多羟基酮衍生物多羟基醛或多羟基酮衍生物能能够够水水解解为为多多羟羟基基醛醛或或多多羟羟基基酮酮或它们衍生物物质或它们衍生物物质第5页糖研究简史糖研究简史 I1843年，年，Dumas测定糖试验式为（测定糖试验式为（CH2O）n；1870年年，Colley；1883年年，Tollens构构想想葡葡萄萄糖糖结结构式；构式；1881年年，Emil Fischer对对单单糖糖结结构构分分析析，人人工工合合成成了当初已知全部己糖和戊糖；了当初已知全部己糖和戊糖；1846年，年，Dubrunfont提出葡萄糖溶液有变旋现象；提出葡萄糖溶液有变旋现象；1893年，年，Fischer正式提出葡萄糖环状结构；正式提出葡萄糖环状结构；1895年，年，Tanret发觉三种葡萄糖，其旋光性不一样；发觉三种葡萄糖，其旋光性不一样；1926年年，WNHaworth提提出出葡葡萄萄糖糖Haworth投影式；投影式；1928年，年，Malaprada创造过碘酸氧化法测定糖结构；创造过碘酸氧化法测定糖结构；1932年，年，Fleury和和Lange把这一方法完善化用于糖把这一方法完善化用于糖化学研究化学研究；第6页糖研究简史糖研究简史 II1933年年，NAS aeuson提提出出端端基基差差向向异构体，以表示还原糖及糖苷异构体，以表示还原糖及糖苷、两种异构体；两种异构体；1950年，年，REReeves证实己糖椅式构象；证实己糖椅式构象；1950s后，把生物化学最新理论和方法用于糖后，把生物化学最新理论和方法用于糖生物化学研究，尤其在结构与功效关系研究上生物化学研究，尤其在结构与功效关系研究上取得了主要突破，发展或兴起了糖化学或糖生取得了主要突破，发展或兴起了糖化学或糖生物化学研究时代，尤其是糖复合物研究上发起物化学研究时代，尤其是糖复合物研究上发起了生命科学研究又一个热点。了生命科学研究又一个热点。第7页第一节第一节 生物体内糖类生物体内糖类第8页糖组成糖组成主主要要由由C、H、O三三种种元元素素组组成成，有有些些还还有有N、S、P等。等。单单糖糖多多符符合合结结构构通通式式：（CH2O）n，但但仅仅从从通通式上并不能判断某分子是否就是糖，即：式上并不能判断某分子是否就是糖，即：符符合合通通式式不不一一定定是是糖糖，如如CH3COOH（乙乙酸），酸），CH2O（甲醛），（甲醛），C3H6O3（乳酸）；（乳酸）；是是糖糖不不一一定定都都符符合合通通式式，如如C5H10O4（脱脱氧核糖），氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）（鼠李糖）。第9页糖分类糖分类 I单单糖糖（monosaccharides）不不能能水水解解为为其其它它糖糖糖糖，按按碳碳原原子子数分为：数分为：丙糖（甘油醛）丙糖（甘油醛）丁糖（赤藓糖）丁糖（赤藓糖）戊戊糖糖（木木酮酮糖糖、核核酮酮糖糖、核核糖糖、脱氧核糖等）脱氧核糖等）己己糖糖（葡葡萄萄糖糖、果果糖糖、半半乳乳糖等）等糖等）等;第10页寡寡糖糖（oligosaccharides）能能够够水水解解为为其其它它糖糖糖糖（2十十几几个单糖），普通包含：个单糖），普通包含：二二糖糖（disaccharides）蔗蔗糖糖、麦芽糖、乳糖麦芽糖、乳糖三三糖糖（trisaccharides）棉籽糖棉籽糖其它寡糖其它寡糖;第11页糖分类糖分类 II多多糖糖（polysaccharides）可可水水解解为为多多个个其其它它单单糖糖或其衍生物糖，包含：或其衍生物糖，包含：同同多多糖糖（homoglycans,homopolysaccharides）水水解解为为同同一一单单糖糖高高分分子子聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等。聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等。异异多多糖糖（heteroglycans,heteropolysaccharides）水水解解产产物物不不止止一一个个单单糖糖或或单单糖糖衍衍生生物物，透透明明质质酸酸、肝肝素素、硫硫酸酸软软骨骨素素、硫硫酸酸皮肤素等；皮肤素等；糖糖衍衍生生物物 指指糖糖氧氧化化产产物物、还还原原产产物物、氨氨基基取取代代物物及及糖糖苷苷化化合合物物等等，如如，D-氨氨基基葡葡萄萄糖糖、N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖、糖硫酸酯等；糖硫酸酯等；多糖复合物（多糖复合物（polysaccharides complex）糖与）糖与脂、蛋白等共价相连组成蛋白多糖（脂、蛋白等共价相连组成蛋白多糖（protein polysaccharides）、糖蛋白）、糖蛋白（glycanproteins）、糖脂（）、糖脂（glycanlipids）。第12页差向异构体（差向异构体（Epimers)葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，两两之间除一个不对称乳糖，两两之间除一个不对称C（分别是（分别是C2和和C4上上-OH位置）有位置）有所不一样外，其余部分结构完全相所不一样外，其余部分结构完全相同，这种仅有一个不对称同，这种仅有一个不对称C原子构原子构型不一样，两镜像非对映体异构物型不一样，两镜像非对映体异构物称为差向异构体（称为差向异构体（epimers）。）。第13页差向异构体差向异构体第14页甘油醛（醛糖）和甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）二羟丙酮（酮糖）三碳糖：三碳糖：第15页四碳糖（赤藓糖）四碳糖（赤藓糖）第16页五碳糖五碳糖第17页葡萄糖（醛糖）葡萄糖（醛糖）和果糖（酮糖）和果糖（酮糖）第18页吡喃葡萄糖和呋喃果糖吡喃葡萄糖和呋喃果糖第19页缩醛（醛缩醇）和缩醛（醛缩醇）和缩酮（酮缩醇）缩酮（酮缩醇）半缩醛半缩醛缩醛缩醛半缩酮半缩酮缩酮缩酮第20页葡萄糖成环葡萄糖成环第21页吡喃葡萄糖构象吡喃葡萄糖构象第22页第23页寡糖寡糖（Oligosaccharides,oligose）由由2-10个单糖经过糖苷键连接个单糖经过糖苷键连接而成，普通易溶于水、具甜味，而成，普通易溶于水、具甜味，最简单是二糖。最简单是二糖。第24页麦芽糖（麦芽糖（Maltose)第25页麦芽糖（麦芽糖（Maltose）又称饴糖，又称饴糖，分子式：分子式：C12H22O11，有变旋（存在，有变旋（存在、形式），形式），能还原能还原Tollens和和Fehling试剂（具还原性），试剂（具还原性），与与笨笨肼肼成成脎脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一一个个半缩醛羟基），半缩醛羟基），被溴水氧化为一元羧酸（一个半缩醛羟基），被溴水氧化为一元羧酸（一个半缩醛羟基），稀酸、麦芽糖酶水解，产物为稀酸、麦芽糖酶水解，产物为D-(+)-Glc，结构为结构为4-O-(-D-吡喃葡萄糖基吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄吡喃葡萄糖糖-1，4。第26页第27页第28页异麦芽糖异麦芽糖第29页蔗糖（蔗糖（Sucrose）惯惯用用食食糖糖，甜甜度度大大，易易结结晶晶，易易溶溶于于水水，甘甘蔗蔗、甜菜中丰富，甜菜中丰富，分子式分子式C12H22O11，不不能能还还原原Tollens或或Fehling试试剂剂（无无还还原原性性），不能成脎（无异头物形式），不能成脎（无异头物形式），不变旋，不变旋，由由一一分分子子-D-Glc和和一一分分子子-D-Fru组组成成，既既使使葡葡萄萄糖糖苷苷，又又是是果果糖糖苷苷，结结构构为为：-D-Glc基基-D-Fru-1，2，蔗糖水解反应中伴随有从蔗糖水解反应中伴随有从+到到-旋光符号改变，旋光符号改变，这种水解称为（这种水解称为（+）蔗糖转化。）蔗糖转化。第30页蔗糖蔗糖(Sucrose)第31页乳糖乳糖(Lactose)第32页乳糖（乳糖（Lactose）存在于人乳（存在于人乳（5-7%）和牛乳（）和牛乳（4%）中，）中，分子式分子式C12H22O11，还原糖，还原糖，能能成成一一个个脎脎，脎脎水水解解产产物物是是D(+)-Gal和和D-葡萄糖脎，葡萄糖脎，有有变变旋旋（有有、形形式式）酸酸或或酶酶（苦苦杏杏仁仁酶酶，只只水水解解 连连接接糖糖苷苷键键）水水解解得得到到D(+)-Glc及及Gal，结结构构为为4-O-（-D-吡吡喃喃半半乳乳糖糖基基）D-吡吡喃喃葡萄糖葡萄糖-1，4，乳乳糖糖酶酶缺缺乏乏，小小肠肠乳乳糖糖升升高高引引发发渗渗透透性性腹腹泻，肠道细菌使乳糖发酵产生大量气体。泻，肠道细菌使乳糖发酵产生大量气体。第33页纤维二糖（纤维二糖（Cellobiose）纤维素结构单位，纤维素结构单位，分子式分子式C12H22O11，还原糖，还原糖，能成脎，能成脎，有变旋，有变旋，水解为水解为2分子分子-D-（+）-葡萄糖，葡萄糖，可为苦杏仁酶水解（可为苦杏仁酶水解（连接），连接），结结构构为为4-O-（-吡吡喃喃葡葡萄萄糖糖基基）-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖-1，4。第34页纤维二糖（纤维二糖（Cellobiose)第35页三糖（三糖（Trisaccharide）棉棉子子糖糖(raffinose)，分分子子式式C18H32O16，许许多多植植物物中中存存在在，棉棉 籽籽 与与 桉桉 树树 分分 泌泌 物物 中中 尤尤 多多。t=105.2，不不 能能 还还 原原Fehling试试剂剂，与与酸酸共共热热水水解解生生成成Glc、Fru及及Gal，结构为：，结构为：第36页棉子糖棉子糖(Raffinose)蔗糖酶蔗糖酶 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶第37页多糖（多糖（Polysaccharides）由许多单糖或单糖衍生物聚合由许多单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时单糖分子以糖苷键而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连，普通无甜味、无还原性、相连，普通无甜味、无还原性、酸或酶作用下可水解为双糖、寡酸或酶作用下可水解为双糖、寡糖或多糖，主要有淀粉、糖元、糖或多糖，主要有淀粉、糖元、纤维素、几丁质、粘多糖等。可纤维素、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。分为同多糖和杂多糖。第38页同多糖同多糖(Homopolysaccharides)和杂多糖和杂多糖（Heteropolysaccharides)第39页第40页淀粉（淀粉（Starch)第41页第42页几个主要农作物淀粉含量几个主要农作物淀粉含量第43页糖元（糖元（Glycogen）有动物淀粉之称，细菌细胞中也有有动物淀粉之称，细菌细胞中也有存在，动物组织内主要贮藏多糖。肝存在，动物组织内主要贮藏多糖。肝脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、肌糖元。结构与支链淀粉相同，但分肌糖元。结构与支链淀粉相同，但分支长度较短，普通由支长度较短，普通由8-12个个Glc残基残基组成，分支多，分子量高达组成，分支多，分子量高达106-108。与与KI-I2呈红褐色或棕红色。水解终产呈红褐色或棕红色。水解终产物是葡萄糖。物是葡萄糖。第44页糖原（糖原（Glycogen)第45页糖原示意图糖原示意图第46页第47页纤维素（纤维素（Cellulose）自然界中分布最广糖，以纤维二糖自然界中分布最广糖，以纤维二糖（cellobiose）为基本单位缩合而成，）为基本单位缩合而成，纤维状、僵硬、不溶于水分子，分子不纤维状、僵硬、不溶于水分子，分子不分支，约由分支，约由10000-15000个个-D-Glc残基组成。水解需高温、高压和酸，人残基组成。水解需高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌纤维素酶用肠道寄生菌分泌纤维素酶（cellulase）将部分纤维素水解为葡）将部分纤维素水解为葡萄糖。萄糖。第48页纤维素（纤维素（Cellulose)个体链个体链第49页几丁质（壳多糖）（几丁质（壳多糖）（Chitin）存存在在于于节节肢肢动动物物昆昆虫虫、甲甲壳壳类类动动物物外外骨骨骼骼及及真真菌菌细细胞胞壁壁，地地球球上上仅仅次次于于纤纤维维素素第第二二大大类类糖糖。由由N-乙乙酰酰-D-葡葡萄萄糖糖胺胺以以（14）糖糖苷键缩合而成，分子线状不分支。苷键缩合而成，分子线状不分支。几几丁丁质质系系列列开开发发在在保保健健及及医医疗疗上上应用。应用。第50页几丁质（几丁质（Chitin）第51页香菇多糖、茯苓多糖和昆布素香菇多糖、茯苓多糖和昆布素均为均为-1，3葡聚糖。葡聚糖。香香菇菇多多糖糖存存在在于于香香菇菇中中，对对动动物物肉肉瘤瘤180有显著抑制作用；有显著抑制作用；茯茯苓苓多多糖糖是是茯茯苓苓中中多多糖糖，也也被被用用于于抗抗肿瘤治疗；肿瘤治疗；昆布素是昆布中葡聚糖，用于治疗动昆布素是昆布中葡聚糖，用于治疗动脉粥样硬化。脉粥样硬化。第52页右旋糖酐（右旋糖酐（dextran）利利用用微微生生物物制制造造右右旋旋糖糖酐酐，由由许许多多Glc经经过过-1，6、-1，4、-1，3糖糖苷苷键键组组合合多多糖糖，分分子子量量平平均均在在75000左左右右为为高高分分子子右右旋旋糖糖酐酐，是是一一个个血血浆浆代代用用具具，用用于于提提升升血血浆浆胶胶体体渗渗透透压压，能能将将组组织织水水分分吸吸到到血血中中，维维持持血血容容量量，临临床床用用于于出出血血性性休休克克和和创创伤伤性性休休克克。分分子子量量在在0-40000为为低低分分子子量量右右旋旋糖糖酐酐，主主要要用用于于降降低低血血液液粘粘滞滞度度，预预防防血血栓栓形形成成，并并有助改进微循环，兼有利尿作用。有助改进微循环，兼有利尿作用。第53页杂多糖杂多糖（Heteropolysaccharides）由不止一个单糖或单糖衍生物组成多糖，包由不止一个单糖或单糖衍生物组成多糖，包含糖胺聚（多）糖含糖胺聚（多）糖(glycosaminoglycans)、粘、粘多糖（多糖（mucopolysaccharides）、氨基多）、氨基多糖（糖（polyaminoglucose）及酸性糖胺聚糖）及酸性糖胺聚糖等名称，粘多糖就是氨基多糖，主要由氨基己等名称，粘多糖就是氨基多糖，主要由氨基己糖与己糖醛酸以及硫酸等脱水缩合而成，溶液糖与己糖醛酸以及硫酸等脱水缩合而成，溶液粘性较大，分子中羧基及硫酸等阴离子经过静粘性较大，分子中羧基及硫酸等阴离子经过静电作用与蛋白等大分子结合。分布很广，大多电作用与蛋白等大分子结合。分布很广，大多以蛋白多糖（以蛋白多糖（proteoglycan）存在，并深入）存在，并深入与胶元蛋白结合组成结缔组织机质主要成份，与胶元蛋白结合组成结缔组织机质主要成份，如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。第54页透明质酸（透明质酸（Hyaluronic acid,hyaluronan）高高等等动动物物组组织织中中发发觉觉，细细菌菌中中也也有有存存在在，主主要要存存在在于于结结缔缔组组织织如如眼眼球球玻玻璃璃体体、鸡鸡冠冠、脐脐带带、软软骨骨等等组组织织。主主要要功功效效是是在在组组织织中中吸吸着着水水，有有润滑剂作用，对组织起保护作用。润滑剂作用，对组织起保护作用。糖胺聚糖中结构最简单一个，有重复二糖结构糖胺聚糖中结构最简单一个，有重复二糖结构单位，单位，D-GlcUA与与GlcNAc以以-1，3糖苷键糖苷键相连，二糖单位间以相连，二糖单位间以-1，4连接，分子链状、连接，分子链状、无分支，分子量很大，可达无分支，分子量很大，可达1000万以上，分万以上，分子中不含硫酸取代基，生理子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离下为多聚阴离子。子。第55页透明质酸（透明质酸（Hyaluronic acid)第56页肝素（肝素（Heparin）最早由肝脏和心脏中分离到，以最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏中丰富，广泛存在于哺乳动物肝脏中丰富，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠黏膜是很好材组织和体液中，猪肠黏膜是很好材料起源。结构复杂，由料起源。结构复杂，由D-GlcN与与L-IduUA或或D-GlcUA组成二糖单组成二糖单位，同时位，同时C2上上-NH2和和C6上上-OH分分别被硫酸酯化。常被用作抗凝剂，别被硫酸酯化。常被用作抗凝剂，预防血栓形成，输血时添加肝素作预防血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。抗凝剂。第57页硫酸软骨素硫酸软骨素（Chondroitin sulfate）软骨主要成份，广泛存在于结缔组软骨主要成份，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量普通低于织、筋腱、皮肤等。分子量普通低于10万（约万（约250个重复二糖），个别可个重复二糖），个别可超出超出30万，有万，有4-硫酸软骨素（硫酸软硫酸软骨素（硫酸软骨素骨素A）和）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为）两种，二糖单位为D-GlcUA与与GalNAc以以-1，3相连，糖链生成后相连，糖链生成后由专一性酶在由专一性酶在4位或位或6位进行硫酸化。位进行硫酸化。第58页6-硫酸软骨素硫酸软骨素第59页结合糖（复合糖，糖复合物）结合糖（复合糖，糖复合物）糖与非糖物质如脂类或蛋白共价糖与非糖物质如脂类或蛋白共价结合，分别形成结合，分别形成:糖脂（糖脂（Glycolipids）、）、糖蛋白糖蛋白(Glycoproteins)及蛋白多糖及蛋白多糖（proteoglycans）等糖复合物。等糖复合物。第60页糖脂（糖脂（Glycolipids）种种类类很很多多，革革兰兰氏氏阴阴性性菌菌细细胞胞壁壁含含有有十十分分复复杂杂脂脂多多糖糖，其其分分子子结结构构普普通通包包含三部分：含三部分：外外层层专专一一性性寡寡糖糖链链中中心心多多糖糖链链脂质脂质 其其中中，外外层层部部分分组组分分随随菌菌株株而而异异，可使人体致病。可使人体致病。脂脂多多糖糖在在细细胞胞表表面面与与细细胞胞各各种种识识别别事事件件相相关关，如如鞘鞘糖糖脂脂决决定定人人类类血血型型A、B、O。第61页糖蛋白（糖蛋白（Glycoproteins）自然界中分布最广一类复合糖，几乎自然界中分布最广一类复合糖，几乎全部细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖全部细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖与蛋白质共价连成，连接经过与蛋白质共价连成，连接经过2种不一样种不一样类型糖苷键，一个是糖链上半缩醛羟基类型糖苷键，一个是糖链上半缩醛羟基与肽链上与肽链上Thr,Ser,HyPro,HyLys-OH形成形成O-糖苷键；另一个是半缩醛羟基糖苷键；另一个是半缩醛羟基与肽链上与肽链上Asn-NH2形成形成N-糖苷键。糖苷键。第62页蛋白聚（多）糖蛋白聚（多）糖（Proteoglycans）蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成大分蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成大分子复合物，糖胺聚糖链连在关键蛋白上，子复合物，糖胺聚糖链连在关键蛋白上，是含有多聚阴离子杂多糖，由氨基己糖是含有多聚阴离子杂多糖，由氨基己糖和己糖醛酸交替排列成线性次序，不一和己糖醛酸交替排列成线性次序，不一样部位还有硫酸取代基。有三种不一样样部位还有硫酸取代基。有三种不一样糖肽键连接，糖肽键连接，D-Xyl与与Ser-OH形成形成O-糖糖肽键；肽键；GlcNAc与与Asn形成形成N-糖肽键；糖肽键；GalNAc与与Thr或或Ser-OH形成形成O-糖肽糖肽键。键。第63页第64页 蛋白多糖结构蛋白多糖结构第65页