第一章 概論
本筆記非我原創(chuàng).基本針對(duì)沈同生化2版,但是內(nèi)容有所創(chuàng)新也可用于生化3版,對(duì)原作者非常感謝!!
第一章 概 論
一、 生物化學(xué)的概念及其研究?jī)?nèi)容
生物體的生命現(xiàn)象（過(guò)程)作為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種獨(dú)有的特殊的運(yùn)動(dòng)形式，其基本表現(xiàn)形式就是（新陳代謝和自我繁殖)。那么構(gòu)成這種特殊運(yùn)動(dòng)形式物質(zhì)基礎(chǔ)又是什么呢？恩格斯很早就說(shuō)過(guò)“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者”�，F(xiàn)在已知僅有蛋白質(zhì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要有核酸，糖類、脂類、維生素、激素、萜類，卜啉等。正是這些生命物質(zhì)之間的相互協(xié)調(diào)的作用才形成了豐富多彩的生命現(xiàn)象，那么，這些生命物質(zhì)到底有那些呢？他們是怎樣產(chǎn)生和消亡，又是怎樣相互轉(zhuǎn)變和相互作用呢？這就是生物化學(xué)所要研究的內(nèi)容。
那么就讓我們?cè)囍o生物化學(xué)下一個(gè)定義吧。
生物化學(xué)是研究生物體的物質(zhì)組成和生命過(guò)程中的化學(xué)變化的一門科學(xué)。
或者說(shuō)生物化學(xué)是研究生命現(xiàn)象中的物質(zhì)基礎(chǔ)和化學(xué)變化的一門科學(xué)。
更簡(jiǎn)單地說(shuō)生物化學(xué)就是研究生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。
有人也稱生物化學(xué)就是生命的化學(xué)。
二、 生物化學(xué)的研究方法
以上講了生物化學(xué)的研究對(duì)象，那么現(xiàn)代生物化學(xué)家們整天干些什么呢？
四個(gè)字；分離分析。
從觀察一個(gè)具體的生命現(xiàn)象開始，通過(guò)抽提、過(guò)濾、離心、色譜（層析)等生化技術(shù)分離出某種未知的生化物質(zhì)（生化組分)比如一個(gè)新的未知蛋白組分，新基因片段，或新的次生代謝物，然后進(jìn)行分析，
1． 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：采用系列測(cè)定、X—射線衍射、波譜，質(zhì)譜、圓二色散性等技術(shù)分析其結(jié)構(gòu)和功能，結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，有其結(jié)構(gòu)必有其功能。
2．功能：生理、病理、信好轉(zhuǎn)導(dǎo)、抗病、抗旱、耐水肥、肥胖等、
3．代謝及其細(xì)胞調(diào)控：表達(dá)的時(shí)空特異性，該物質(zhì)何時(shí)產(chǎn)生與消亡，在什么組織表達(dá)？從哪兒來(lái)最終到哪兒去，其代謝受什么調(diào)控？（潛伏、激活、沉默)。
4改造和利用
認(rèn)識(shí)世界是為了改造世界，通過(guò)分離、分析后搞清了這些生命現(xiàn)象，最后就可以對(duì)癥下藥：
基因治療：血友病、癌癥、肥胖等。
生化藥物（基因工程藥物)：紅細(xì)胞生成素，磺胺藥。
遺傳改良：抗蟲、抗病、抗病毒等。
三、 生物化學(xué)的發(fā)展史
生物化學(xué)是生命科學(xué)中最古老的學(xué)科之一（之二：遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué))。
科學(xué)的發(fā)展總是由粗到細(xì)再到粗，或綜—分—綜。
最早的自然科學(xué)就是數(shù)、理、化、天、地、生。生就是生物學(xué)，研究的就是一些力所能及的生物形態(tài)觀察、分類等。
隨著各學(xué)的發(fā)展，學(xué)科間在理論知識(shí)和技術(shù)上相互滲透，尤其是化學(xué)、物理學(xué)的滲透，那么到18世紀(jì)，一些從事化學(xué)研究的科學(xué)家，如拉瓦錫、舍勒等人和一些藥劑師、煉丹師轉(zhuǎn)向生物領(lǐng)域，這就為生物化學(xué)的誕生播下了種子。這時(shí)生物學(xué)就逐漸分離成生理化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)。
19世紀(jì)末，又從生理化學(xué)中分離出生物化學(xué)，20世紀(jì)中后期又從生物化學(xué)中分離出分子生物學(xué)并與經(jīng)典遺傳學(xué)結(jié)合為分子遺傳學(xué)，還有發(fā)育生物學(xué)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)等等�，F(xiàn)在又有統(tǒng)一的趨勢(shì)，叫二十一世紀(jì)的“統(tǒng)一生物學(xué)”或干脆叫生命科學(xué)，生物工程嚴(yán)格講應(yīng)是生物技術(shù)與工程學(xué)的雜交學(xué)科。
1、 靜態(tài)生物化學(xué)時(shí)期（1920年以前)
研究?jī)?nèi)容以分析生物體內(nèi)物質(zhì)的化學(xué)組成、性質(zhì)和含量為主。
2、 動(dòng)態(tài)生物化學(xué)時(shí)期（1950年以前)
這是一個(gè)飛速發(fā)展的輝煌時(shí)期，
隨著同位素示蹤技術(shù)、色譜技術(shù)等物理學(xué)手段的廣泛應(yīng)用，生物化學(xué)從單純的組成分析深入到物質(zhì)代謝途徑及動(dòng)態(tài)平衡、能量轉(zhuǎn)化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代謝、蛋白質(zhì)合成、核酸的遺傳功能、酶、維生素、激素、抗生素等的代謝，都基本搞清。
3、 機(jī)能生物化學(xué)時(shí)期（1950年以后)
真正意義上的現(xiàn)代的生命化學(xué)。蛋白質(zhì)化學(xué)和和核酸化學(xué)成為研究重點(diǎn)。
生物化學(xué)研究深入到生命的本質(zhì)和奧秘：運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)、內(nèi)分泌、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖等的分子機(jī)理。
1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、近代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和研究方法奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ)，從此，核酸成了生物化學(xué)研究的熱點(diǎn)和重心。
1776—1778年，瑞典化學(xué)家舍勒（Sheele)從天然產(chǎn)物中分離出:
甘 油 glycerol
蘋果酸 malic acid 蘋果
檸檬酸 citric acid 檸檬
尿 酸 uric acid 膀胱結(jié)石
酒石酸 tartaric acid 酒石
1937年，英國(guó)生物化學(xué)家克雷布斯（Krebs)發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán),獲1953年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。
1953年，沃森—克里克（Watson—Crick)確定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾生理、醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
1955年，英國(guó)生物化學(xué)家桑格爾（Sanger)確定牛胰島素結(jié)構(gòu)，獲1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
1980年，桑格爾和吉爾伯特（Gilbet)設(shè)計(jì)出測(cè)定DNA序列得方法，獲1980年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
1984年，化學(xué)獎(jiǎng)，Bruce Merrifield（美國(guó))，建立和發(fā)展蛋白質(zhì)化學(xué)合成方法。
1994年，生理、醫(yī)學(xué)，Alfred G.Gilman（美國(guó))，發(fā)現(xiàn)G蛋白及其在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用。
1、Rechard J.Roberts(美)等，發(fā)現(xiàn)斷裂記因化學(xué)獎(jiǎng)
2．Karg B. Mallis(美)發(fā)明PCR方法。
3．Michaet Smith(加拿大)建立DNA合成用與定點(diǎn)誘變研究
1996年，Petr c. Doherty（美)等，發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞對(duì)病毒感染細(xì)胞的識(shí)別和MHC(主要組織相容性復(fù)合體)限制。生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)
1997年
1.stanley B.prusiner(美)發(fā)現(xiàn)一中新型的致病因子—感染性蛋白顆�！皃nion”（瘋牛病)生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)
2 paul D.Boyer（美)等，說(shuō)明ATP酶促成機(jī)制化學(xué)獎(jiǎng)
3 Jens c. skon(丹麥)發(fā)現(xiàn)輸送離子的Na+\K+___ATP酶。
1998年，生理、醫(yī)學(xué)，Rolert F. Furchgott（美國(guó))，發(fā)發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)的信號(hào)分子。
四、 生物化學(xué)與二十一世紀(jì)生命科學(xué)展望
1、 生物化學(xué)和分子生物學(xué)是二十一世紀(jì)生命科學(xué)的帶頭學(xué)科。
學(xué)科熱點(diǎn)：基因組、蛋白質(zhì)組、生物克隆
2、 生物化學(xué)與農(nóng)業(yè)
原始農(nóng)業(yè)：采集與狩獵，游牧式
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)：原始的種植業(yè)，畜牧業(yè)
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)：化肥，農(nóng)藥；綠色革命（雜種優(yōu)勢(shì))，生物防治，分子育種。
分子農(nóng)業(yè)（工廠化農(nóng)業(yè))：離開土地，細(xì)胞水平甚至是分子水平的生化加工業(yè)，仿生學(xué)原理。
植物：光合作用 → 固定化細(xì)胞培養(yǎng)，葉綠體→光合器。
動(dòng)物：細(xì)胞培養(yǎng)。
3、 生物化學(xué)與環(huán)保
生物凈化：
生物傳感：酶，細(xì)胞，指示植物
4、 生物化學(xué)與輕工業(yè)
發(fā)酵工業(yè)：抗生素、氨基酸。
食品工業(yè)與飼料工業(yè)：酶，添加劑，香味劑，
制革與造紙工業(yè)：
生物電子學(xué)：DNA儲(chǔ)存器。
5、 生物化學(xué)與醫(yī)藥
生化藥物：疫苗，
基因工程藥物：
基因治療：
6、 生物化學(xué)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
（1)、 機(jī)遇：研究手段和研究方法的出現(xiàn)
（2)、 挑戰(zhàn)：許多重大的理論問(wèn)題沒(méi)有解決
光合作用
生物能學(xué)
基因表達(dá)與調(diào)控
五、 參考書籍
教材；沈同《生物化學(xué)》上下、陶慰孫《蛋白質(zhì)化學(xué)》、《Biochemistry》、《生
物大分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能》
雜志；《中國(guó)科學(xué)》
《科學(xué)通報(bào)》
《Annu. Rev. Biochem.》
練習(xí)題；
網(wǎng)站； 生命科學(xué)（生物化學(xué))
六、 講課方式；
只講重點(diǎn)和難點(diǎn)和前沿性的熱點(diǎn)，一般性知識(shí)看書。
討論和啟發(fā)式
提問(wèn)式
七、 學(xué)習(xí)方法
認(rèn)真聽講，做好筆記。
下去看書，即時(shí)消化
最好能預(yù)習(xí)一下
八、 應(yīng)掌握內(nèi)容
1、 基本的生物化學(xué)理論和知識(shí)
（1)生物大分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能（糖、脂、蛋白質(zhì)、酶、維生素、核酸、激素、抗生素)。
功能：生理功能、發(fā)育、免疫、進(jìn)化、生物膜、遺傳信息傳遞等。
（2)生物大分子在生物體內(nèi)的代謝（分解、合成、轉(zhuǎn)化過(guò)程、能量的轉(zhuǎn)化)。
（3)遺傳信息傳遞的化學(xué)基礎(chǔ)：
DNA復(fù)制與修復(fù)、RNA生物合成、蛋白質(zhì)生物合成、代謝調(diào)節(jié)
2、 生化分離分析的一些技術(shù)手段（實(shí)驗(yàn)生化和生化技術(shù)細(xì)講)
第一章 糖
一、 糖的概念
糖類物質(zhì)是多羥基(2個(gè)或以上)的醛類(aldehyde)或酮類(Ketone)化合物，以及它們的衍生物或聚合物。
據(jù)此可分為醛糖(aldose)和酮糖(ketose)。 糖
還可根據(jù)碳層子數(shù)分為丙糖(triose)，丁糖(terose)，戊糖(pentose)、己糖(hexose)。
最簡(jiǎn)單的糖類就是丙糖(甘油醛和二羥丙酮)
由于絕大多數(shù)的糖類化合物都可以用通式Cn (H2O)n表示，所以過(guò)去人們一直認(rèn)為糖類是碳與水的化合物，稱為碳水化合物�，F(xiàn)在已經(jīng)這種稱呼并恰當(dāng)，只是沿用已久，仍有許多人稱之為碳水化合物。
二、 糖的種類
根據(jù)糖的結(jié)構(gòu)單元數(shù)目多少分為：
（1)單糖：不能被水解稱更小分子的糖。
（2)寡糖：2-6個(gè)單糖分子脫水縮合而成，以雙糖最為普遍，意義也較大。
（3)多糖：
均一性多糖：淀粉、糖原、纖維素、半纖維素、幾丁質(zhì)(殼多糖)
不均一性多糖：糖胺多糖類(透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等)
（4)結(jié)合糖(復(fù)合糖，糖綴合物，glycoconjugate)：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等
（5)糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷
三、 糖類的生物學(xué)功能
(1) 提供能量。植物的淀粉和動(dòng)物的糖原都是能量的儲(chǔ)存形式。
(2) 物質(zhì)代謝的碳骨架，為蛋白質(zhì)、核酸、脂類的合成提供碳骨架。
(3) 細(xì)胞的骨架。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分，肽聚糖是細(xì)胞壁的主要成分。
(4) 細(xì)胞間識(shí)別和生物分子間的識(shí)別。
細(xì)胞膜表面糖蛋白的寡糖鏈參與細(xì)胞間的識(shí)別。一些細(xì)胞的細(xì)胞膜表面含有糖分子或寡糖鏈，構(gòu)成細(xì)胞的天線，參與細(xì)胞通信。
紅細(xì)胞表面ABO血型決定簇就含有巖藻糖。
第一節(jié) 單糖
一、 單糖的結(jié)構(gòu)
1、 單糖的鏈狀結(jié)構(gòu)
確定鏈狀結(jié)構(gòu)的方法（葡萄糖)：
a. 與Fehling試劑或其它醛試劑反應(yīng)，含有醛基。
b. 與乙酸酐反應(yīng)，產(chǎn)生具有五個(gè)乙�；难苌�。
c. 用鈉、汞劑作用，生成山梨醇。
圖2
最簡(jiǎn)單的單糖之一是甘油醛(glyceraldehydes)，它有兩種立體異構(gòu)形式(Stereoismeric form)，圖7.3。
這兩種立體異構(gòu)體在旋光性上剛好相反，一種異構(gòu)體使平面偏振光(Plane polarized liyot)的偏振面沿順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，稱為右旋型異構(gòu)體(dextrorotary)，或D型異構(gòu)體。另一種異構(gòu)體則使平面偏振不的編振機(jī)逆時(shí)針編轉(zhuǎn)，稱左旋異構(gòu)體(levorotary,L)或L型異構(gòu)體。
像甘油醛這樣具有旋光性差異的立體異構(gòu)體又稱為光學(xué)異構(gòu)體(Cptical lsmer)，常用D，L表示。
以甘油醛的兩種光學(xué)異構(gòu)體作對(duì)照，其他單糖的光學(xué)異構(gòu)構(gòu)與之比較而規(guī)定為D型或L型。
差向異構(gòu)體(epimer)：又稱表異構(gòu)體，只有一個(gè)不對(duì)稱碳原子上的基因排列方式不同的非對(duì)映異構(gòu)體，如D-等等糖與D-半乳糖。
鏈狀結(jié)構(gòu)一般用Fisher投影式表示：碳骨架、豎直寫；氧化程度最高的碳原子在上方，
2、 單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)
在溶液中，含有4個(gè)以上碳原子的單糖主要以環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
單糖分子中的羥基能與醛基或酮基可逆縮合成環(huán)狀的半縮醛(emiacetal)。環(huán)化后，羰基C就成為一個(gè)手性C原子稱為端異構(gòu)性碳原子(anomeric carbon atom)，環(huán)化后形成的兩種非對(duì)映異構(gòu)體稱為端基異構(gòu)體，或頭異構(gòu)體(anomer)，分別稱為a-型及b-型頭異構(gòu)體。
環(huán)狀結(jié)構(gòu)一般用Havorth結(jié)構(gòu)式表示：
用FisCher投影式表示環(huán)狀結(jié)構(gòu)很不方便。Haworth結(jié)構(gòu)式比Fischer投影式更能正確反映糖分子中的鍵角和鍵長(zhǎng)度。轉(zhuǎn)化方法：
① 畫一個(gè)五員或六員環(huán)
② 從氧原子右側(cè)的端基碳(anomerio carbon)開始，畫上半縮醛羥基，在Fischer投影式中右側(cè)的居環(huán)下，左側(cè)居環(huán)上。
構(gòu)象式：
Haworth結(jié)構(gòu)式雖能正確反映糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但還是過(guò)于簡(jiǎn)單，構(gòu)象式最能正確地反映糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，它反映出了糖環(huán)的折疊形結(jié)構(gòu)。
3、 幾種重要的單糖的鏈狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)
(1) 丙糖：D-甘油醛 二羥丙酮
(2) 丁糖：D-赤鮮糖 D-赤鮮酮糖
(3) 戊糖：D-核糖 D-脫氧核糖 D-核酮糖 D-木糖 D-木酮糖
(4) 己糖：D-葡萄糖(a-型及b型) D-果糖
(5) 庚糖：D-景天庚酮糖
4、 變旋現(xiàn)象
在溶液中，糖的鏈狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)(a、b)之間可以相互轉(zhuǎn)變，最后達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，稱為變旋現(xiàn)象。
從乙醇水溶液中結(jié)晶出的D—glucose稱為α-D-（+)Glucose（[α]20D=+113°)，從吡啶溶液中結(jié)晶出的D—glucose稱為β-D-（+)glucose（[α]20D=+18.7°)。將a-D-(+)葡萄糖與b-D-(+)葡萄糖分別溶于水中，放置一段時(shí)間后，其旋光率都逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?52.7°C。原因就是葡萄糖的不同結(jié)構(gòu)形式相互轉(zhuǎn)變，最后，各種結(jié)構(gòu)形式達(dá)到一定的平衡，其中a型占36%，b型占63%，鏈?zhǔn)秸?%。
圖5 葡萄糖的變旋
5、 構(gòu)型與構(gòu)象
構(gòu)型：分子中由于各原子或基團(tuán)間特有的固定的空間排列方式不同而使它呈現(xiàn)出不同的較定的立體結(jié)構(gòu)，如D-甘油醛與 L-甘油醛，D-葡萄糖和L葡萄糖是鏈狀葡萄糖的兩種構(gòu)型，a-D-葡萄糖和b-D-葡萄糖是環(huán)狀葡萄糖的兩種構(gòu)型。
一般情況下，構(gòu)型都比較穩(wěn)定，一種構(gòu)型轉(zhuǎn)變另一種構(gòu)型則要求共價(jià)鍵的斷裂、原子(基團(tuán))間的重排和新共價(jià)鍵的重新形成。
圖3甘油醛的構(gòu)型：
構(gòu)象：由于分子中的某個(gè)原子(基團(tuán))繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時(shí)性的易變的空間結(jié)構(gòu)形式，不同的構(gòu)象之間可以相互轉(zhuǎn)變，在各種構(gòu)象形式中，勢(shì)能最低、最穩(wěn)定的構(gòu)象是優(yōu)勢(shì)對(duì)象。
圖1-3 吡喃型己糖構(gòu)象
6、 構(gòu)型與旋光性
旋光性是分子中具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的一種物理性質(zhì)。
顯然，構(gòu)型不同旋光性就不同。
構(gòu)型是人為規(guī)定的，旋光性是實(shí)驗(yàn)測(cè)出的。
因此，構(gòu)型與旋光性之間沒(méi)有必然的對(duì)應(yīng)規(guī)律，每一種物質(zhì)的旋光性只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
二、 單糖的物理化學(xué)性質(zhì)
（一) 物理性質(zhì)
旋光性：是鑒定糖的一個(gè)重要指標(biāo)
甜度：以蔗糖的甜度為標(biāo)準(zhǔn)
溶解性：易溶于水而難溶于乙醚、丙酮等有面溶劑
（二) 化學(xué)性質(zhì)
1、 變旋
圖7-11
在溶液中，糖的鏈狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)(a、b)之間可以相互轉(zhuǎn)變，最后達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，稱為變旋現(xiàn)象。三者間的比例因糖種類而異。
只有鏈狀結(jié)構(gòu)才具有下述的氧化還原反應(yīng)。
2、 糖醛反應(yīng)(與酸的反應(yīng))
(1) Molish反應(yīng)
Molish反應(yīng)可以鑒定單糖的存在。
(2) Seliwannoff反應(yīng)
據(jù)此區(qū)分酮糖與醛糖。還可利用溴水區(qū)分醛糖與酮糖。
3、 氧化反應(yīng)
氧化只發(fā)生在開鏈形式上。
在氧化劑、金屬離子如Cu2+、酶的作用下，單糖可以發(fā)生幾種類型的氧化：
圖7、12
醛基氧化：糖酸(aldonic acid)
伯醇基氧化：醛酸(uronic acid)
醛基、伯醇基同時(shí)氧化：二酸(alduric acid)
能被弱氧化劑(如Fehhing試劑、Benedict試劑)氧化的糖稱為還原性糖，所有的單糖都是還原性糖。
單糖氧化形成的羥基可以進(jìn)一步形成環(huán)狀內(nèi)酯(Lactone)。
內(nèi)酯在自然界中很普遍，如L-抗壞血酸(L-ascorbio acid)，又稱VC (Vitamcn c)，就是D-葡萄糖酸的內(nèi)酯衍生物。分子量176.1，它在體內(nèi)是一種強(qiáng)還原劑。豚鼠（guinea pig)、猿（ape)和人不能合成Vc，從能合成Vc的肝臟微粒體中分離到合成Vc的三種酶，人和猿缺乏gulonolactone oxidase)。缺乏抗壞血酸將導(dǎo)致壞血病(scurvy)，齡齦(gum)、腿部等開始出血，腫脹，逐漸擴(kuò)展到全身，柑橘類果實(shí)(citrus frait)中含有豐富的Vc。
4、 還原反應(yīng)
單糖可以被還原成相應(yīng)的糖醇(Sugar alcohol)。
D-葡萄糖被還原成D-葡萄糖醇，又稱山犁醇(D-Sorbitol)。
糖醇主要用于食品加工業(yè)和醫(yī)藥，山犁醇添加到糖果中能延長(zhǎng)糖果的貨架期，因?yàn)樗芊乐固枪Ｓ锰蔷幚淼墓幸话愣加泻笪�，添加山犁醇后能去除后味。人體食用后，山犁醇在肝中又會(huì)轉(zhuǎn)化為果糖。
5、 異構(gòu)化
在弱堿性溶液中，D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖，可以通過(guò)烯醇式相互轉(zhuǎn)化(enediol intermediate)
圖7.15
D-葡萄糖異構(gòu)化為D-甘露糖后，由于其中的一個(gè)手性碳原子的構(gòu)型發(fā)生變化，又稱差向異構(gòu)化(epimerization)。
6、 酯化
生物體中最常見也是最重要的糖酯是磷酸糖酯和硫酸糖酯。
磷酸糖酯及其衍生物是糖的代謝活性形式(糖代謝的中間產(chǎn)物)。
硫酸糖酯主要發(fā)現(xiàn)于結(jié)締組織的蛋白聚糖中(Proteo glycan)，由于硫酸糖酯帶電荷，因此它能結(jié)合大量的水和陽(yáng)離子。
葡萄糖的核苷二磷酸酯，如UDPG參與多糖的生物合成。
7、 糖苷化
單糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)上的半縮醛羥基與醇或酚的羥基縮合失水成為縮醛式衍生物，通稱為糖苷(glycosides)。
8、 糖脎反應(yīng)(親核加成)
糖脎反應(yīng)發(fā)生在醛糖和酮糖的鏈狀結(jié)構(gòu)上。
糖脎易結(jié)晶，可以根據(jù)結(jié)晶的形狀，判斷單糖的種類。
三、 重要的單糖
四、 重要的單糖衍生物
1、 糖醇
2、 糖醛酸
單糖的伯醇基被氧化成-COOH。
動(dòng)物體內(nèi)有兩種很重要的糖醛酸：a-D-葡萄醛酸和差向異構(gòu)物b-L-艾杜糖醛酸，它們?cè)诮Y(jié)締組織中含量很高。
glucuronic acid β-L-iduronate
葡萄糖醛酸是肝臟內(nèi)的一種解毒劑，它與類固醇、一些藥物、膽紅素(血紅蛋白的降解物)結(jié)合增強(qiáng)其水溶性，使之更易排出體外。
3、 氨基糖(糖胺，amino sugar, glycosamine)
單糖的一個(gè)羥基(通常是C2位)被氨基取代。
常見的氨基糖有D-葡萄糖胺(D-glucosamine)和D-半乳糖胺(D-galactosamine)。
氨基糖的氨基還經(jīng)常被乙�；纬蒒-乙酰糖胺。
4、 糖苷
單糖的半縮醛羥基與其它分子的醇、酚等羥基縮合，脫水生成縮醛式衍生物，稱糖苷Glycoside。
半縮醛部分是Glc，稱Glc糖苷。半縮醛部分是Gal，稱Gal糖苷。
O糖苷、N糖苷、S糖苷。
糖苷物質(zhì)與糖類的區(qū)別：糖是半縮醛，不穩(wěn)定，有變旋；苷是縮醛，較穩(wěn)定，無(wú)變旋。
糖苷大多數(shù)有毒。
5、 脫氧糖
重要的有6-脫氧D-甘露糖，L-巖藻糖(L-fucose)和2-脫氧D-核糖。
巖藻糖常見于一些糖蛋白中，如紅細(xì)胞表面ABO血型決定簇
第二節(jié) 雙糖和三糖
雙糖在自然界中含量也很豐富，它是人類飲食中主要的熱源之一。在小腸中，雙糖必須在酶的作用下水解成單糖才能被人體吸收。如果這些酶有缺陷的話，那么人體攝入雙糖后由于不能消化它就會(huì)出現(xiàn)消化病。未消化的雙糖進(jìn)入大腸，在滲透壓的作用下從周圍組織奪取水分(腹瀉，diarrhea)，結(jié)腸中的細(xì)菌消化雙糖(發(fā)酵)產(chǎn)生氣體(氣脹和絞痛或痙孿)。最常見的雙糖消化缺陷是乳糖過(guò)敏，就是由于缺乏乳糖酶(Lactose)，解決辦法就是乳糖酶處理食物或避免攝入乳糖。
一、 麥芽糖(maltose, malt sugar)
它是直鏈淀粉的水解中間物(a-麥芽糖)，在自然界中似乎并不存在天然的麥芽糖。
結(jié)構(gòu)：兩分子a-葡萄糖，a(1-4)糖苷鍵。
a-麥芽糖(葡萄糖-a，a(1-4)-葡萄糖苷) b-麥芽糖[葡萄糖-a, b（1-4)-葡萄糖苷]
性質(zhì)：
① 變旋現(xiàn)象，在水溶解中形成a、b和開鏈的混合物
② 具有還原性
③ 能成脎
異麥芽糖：a(1-6)鍵型，支鏈淀粉和糖元的水解產(chǎn)物
二、 蔗糖
植物的莖、葉都可以產(chǎn)生蔗糖，它可以在整個(gè)植物體中進(jìn)行運(yùn)輸，也是光合產(chǎn)物的運(yùn)輸形式之一。
結(jié)構(gòu)：a-葡萄糖，b-果糖 a，b(1-2)糖苷鍵，無(wú)異構(gòu)體
蔗糖[葡萄糖-a，b(1-2)-果糖苷]
性質(zhì)：① 無(wú)變旋現(xiàn)象 ② 無(wú)還原性 ③ 不能成脎
三、 乳糖
顧名思義，主要存在于哺乳動(dòng)物的乳汁中
結(jié)構(gòu)：b-半乳糖 b(1-4)糖苷鍵 a(或b)-葡萄糖。兩種異構(gòu)體。
a-Lactose[半乳糖-b，a(1-4)-葡萄糖苷] b-lactose[半乳糖-b，b(1-4)-葡萄糖苷]
性質(zhì)：① 有變旋現(xiàn)象 ② 具有還原性 ③ 能成脎
四、 纖維二糖(cellobiose)
纖維素的降解產(chǎn)物和基基本結(jié)構(gòu)單位，自然界中不存在游離的纖維二糖
結(jié)構(gòu)：兩分子b-葡萄糖 b-(1，4)糖苷鍵
纖維二糖[葡萄糖-b(1，4)-葡萄糖苷]
性質(zhì)：① 具有變旋現(xiàn)象 ② 具有還原性 ③ 能成脎
五、 海藻糖
兩分子α-D-Glc，在C1上的兩個(gè)半縮醛羥基之間脫水，由α-1.1糖苷鍵構(gòu)成。
六、 棉子糖(三糖)
P31 結(jié)構(gòu)
非還原性三糖
第三節(jié) 寡糖
寡糖是指含有2-10個(gè)單糖單元的糖類。它們常常與蛋白質(zhì)或脂類共價(jià)結(jié)合，以糖蛋白或糖脂的形式存在。
連接它們的共價(jià)鍵類型主要兩大類：N-糖甘鍵型和O-糖苷鍵型。
① N-糖苷鍵型：寡糖鏈與多肽上的Asn的氨基相連。這類寡糖鏈有三種主要類型：高甘露糖型，雜合型和復(fù)雜型。
圖7.29
② O-糖苷鍵型，寡糖鏈與多肽鏈上的Ser或Thr的羥基相連，或與膜脂的羥基相連。
第四節(jié) 多糖
多糖是由多個(gè)單糖分子縮合脫水而形成的。由于構(gòu)成它的單糖的種類、數(shù)量以及連接方式的不同，多糖的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜而且數(shù)量、種類龐大。
多糖是重要的能量貯存形式(如淀粉和糖原等)和細(xì)胞的骨架物質(zhì)(如植物的纖維素和動(dòng)物的幾丁質(zhì))，此外多糖還有更復(fù)雜的生理功能(如粘多糖和血型物質(zhì)等)。
大部分的多糖類物質(zhì)沒(méi)有固定的分子量。多糖的大小從一定程度上可以反映細(xì)胞的代謝狀態(tài)。例如：當(dāng)血糖水平高時(shí)(如飯后)，肝臟就合成糖原(glycogen)這時(shí)就分子量可達(dá)2´107，當(dāng)血糖水平下降時(shí)，肝臟中的酶類就水解糖原，把葡萄糖釋放到血液中。
多糖在水溶液中只形成膠體，雖然具有旋光性，但無(wú)變旋現(xiàn)象，也無(wú)還原性。
多糖可以分為均一性多糖(由同一種單糖分子組成)和不均一性多糖(由兩種或兩種以上單糖分子組成)
一、 均一性多糖
自然界中最豐富的均一性多糖是淀粉和糖原、纖維素。它們都是由葡萄糖組成。淀粉和糖原分別是植物和動(dòng)物中葡萄糖的貯存形式，纖維素是植物細(xì)胞主要的結(jié)構(gòu)組分。
1、 淀粉
植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種貯存形式，也是植物性食物中重要的營(yíng)養(yǎng)成分。
① 直鏈淀粉
許多a-葡萄糖以a(1-4)糖苷鍵依次相連成長(zhǎng)而不分開的葡萄糖多聚物。典型情況下由數(shù)千個(gè)葡萄糖線基組成，分子量從150000到600000。
結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)而緊密的螺旋管形。這種緊實(shí)的結(jié)構(gòu)是與其貯藏功能相適應(yīng)的。遇碘顯蘭色
圖7.30
② 支鏈淀粉
在直鏈的基礎(chǔ)上每隔20-25個(gè)葡萄糖殘基就形成一個(gè)a-(1-6)支鏈。不能形成螺旋管，遇碘顯紫色。
淀粉酶：內(nèi)切淀粉酶（α-淀粉酶)水解α-1.4鍵，外切淀粉酶（β-淀粉酶)α-1.4，脫支酶α-1.6
2、 糖元
與支鏈淀粉類似，只是分支程度更高，分支更，每隔4個(gè)葡萄糖殘基便有一個(gè)分支。結(jié)構(gòu)更緊密，更適應(yīng)其貯藏功能，這是動(dòng)物將其作為能量貯藏形式的一個(gè)重要原因，另一個(gè)原因是它含有大量的非原性端，可以被迅速動(dòng)員水解。
糖元遇碘顯紅褐色。
3、 纖維素
結(jié)構(gòu)：許多b-D-葡萄糖分子以b-(1-4)糖苷鍵相連而成直鏈。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成份，占植物體總重量的1/3左右，也是自然界最豐富的有機(jī)物，地球上每年約生產(chǎn)1011噸纖維素，經(jīng)濟(jì)價(jià)值：木材、紙張、纖維、棉花、亞麻。
完整的細(xì)胞壁是以纖維素為主，并粘連有半纖維素、果膠和木質(zhì)素。約40條纖維素鏈相互間以氫鍵相連成纖維細(xì)絲，無(wú)數(shù)纖維細(xì)絲構(gòu)成細(xì)胞壁完整的纖維骨架。
圖7.33
降解纖維素的纖維素主要存在于微生物中，一些反芻動(dòng)物可以利用其消化道內(nèi)的微生物消化纖維素，產(chǎn)生的葡萄糖供自身和微生物共同利用。雖大多數(shù)的動(dòng)物(包括人)不能消化纖維素，但是含有纖維素的食物對(duì)于健康是必需的和有益的。
4、 幾丁質(zhì)(殼多糖)：
N-乙酰-b-D-葡萄糖胺以b(1，4)糖苷鏈相連成的直鏈。
5、 菊 糖 inulin
多聚果糖，存在于菊科植物根部。
6、 瓊 脂 Ager
多聚半乳糖，是某些海藻所含的多糖，人和微生物不能消化瓊脂。
幾種均一多糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)比較。
P35表1-6
二、 不均一性多糖
不均一性多糖種類繁多。
有一些不均一性多糖由含糖胺的重復(fù)雙糖系列組成，稱為糖胺聚糖(glyeosaminoglycans，GAGs)，又稱粘多糖。(mucopoly saceharides)、氨基多糖等。
糖胺聚糖是蛋白聚糖的主要組分，按重復(fù)雙糖單位的不同，糖胺聚糖有五類：
1、透明質(zhì)酸
2、硫酸軟骨素
3、硫酸皮膚素
4、硫酸用層酸
5、肝素
6、硫酸乙酰肝素
第五節(jié) 結(jié)合糖(glycoconjugate)
糖與非糖物質(zhì)共價(jià)結(jié)合形成的復(fù)合物稱結(jié)合糖(復(fù)合糖，糖綴合物)，包括糖脂(glycolipids)，糖蛋白與蛋白聚糖、肽聚糖（peptidoglycan)，糖—核酸
。
一、 糖蛋白
糖蛋白是由短的寡糖鏈與蛋白質(zhì)共價(jià)相連構(gòu)成的分子。其總體性質(zhì)更接近蛋白質(zhì)。糖與蛋白質(zhì)之間以蛋白質(zhì)為主，其一定部位上以共價(jià)健與若干短的寡糖鏈相連，這些寡糖鏈常常是具分支的雜糖鏈，不呈現(xiàn)重復(fù)的雙糖系列，一般由2-10個(gè)單體(少于15)組成，未端成員常常是唾液酸或L-巖藻糖。
（一) 組成
β-D-葡萄糖（Glc) α-D-甘露糖（Man) α-D-半乳糖（Gal)α-D-木糖（Xyl) α-D-阿拉伯糖（Ara) α-L-巖藻糖（Fuc) 葡萄糖醛酸（GlcuA) 艾杜糖醛酸（IduA) N-乙酰葡萄糖胺（GlcNAG) N-乙酰半乳糖胺（GalNAC) N-乙酰神經(jīng)氨酸（NeuNAC) 即唾液酸（Sia)
（二) 糖鏈與蛋白的連接方式
糖蛋白的糖肽連接鍵，簡(jiǎn)稱糖肽鍵。糖肽鏈的類型可以概況為：
①N-糖苷鍵型：寡糖鏈（GlcNAC的β-羥基)與Asn的酰胺基、N-未端的a-氨基、Lys或Arg的W-氨基相連
圖15
② O-糖苷鍵型：寡糖鏈（GalNAC的α-羥基)與Ser、Thr和羥基賴氨酸、羥脯氨酸的羥基相連。
圖16
③ S-糖苷鍵型：以半胱氨酸為連接點(diǎn)的糖肽鍵。
④ 酯糖苷鍵型：以天冬氨酸、谷氨酸的游離羧基為連接點(diǎn)。
（三) 糖蛋白中糖鏈的結(jié)構(gòu)
糖蛋白中的糖鏈變化較大，含有豐富的結(jié)構(gòu)信息。寡糖鏈往往是受體、酶類的識(shí)別位點(diǎn)。
1、 N-糖苷鍵型（N-連接)
N-糖苷鍵型主要有三類寡糖鏈：① 高甘露糖型，由GlcNAc和甘露糖組成；② 復(fù)合型：除了GlcNAc和甘露糖外、還有果糖、半乳糖、唾液酸；③ 雜合型，包含①和②的特征。
圖17 五糖核心
A. 高甘露糖型
中國(guó)地倉(cāng)鼠卵細(xì)胞膜
圖18
B. N-乙酰半乳糖型
圖19
C. 混合型
卵白蛋白的一種糖鏈
圖20
2、 O-糖苷鍵型（O-連接)
沒(méi)有五糖核心。
圖21 人血纖維蛋白溶酶原：
圖22 人免疫球蛋白IgA:
（四) 糖蛋白的生物學(xué)功能
（1)糖蛋白攜帶某些蛋白質(zhì)代謝去向的信息
糖蛋白寡糖鏈末端的唾液酸殘基，決定著某種蛋白質(zhì)是否在血流中存在或被肝臟除去的信息。
A脊椎動(dòng)物血液中的銅藍(lán)蛋白
肝細(xì)胞能降解丟失了唾液酸的銅藍(lán)蛋白，唾液酸的消除可能是體內(nèi)“老”蛋白的標(biāo)記方式之一。
B.紅細(xì)胞
新生的紅細(xì)胞膜上唾液酸的含量遠(yuǎn)高于成熟的紅細(xì)胞膜。用唾液酸酶處理新生的紅細(xì)胞，回注機(jī)體，幾小時(shí)后全部消失。而末用酶處理的紅細(xì)胞，回注后，幾天以后，仍能在體內(nèi)正常存活。
（2)寡糖鏈在細(xì)胞識(shí)別、信號(hào)傳遞中起關(guān)鍵作用
淋巴細(xì)胞正常情況應(yīng)歸巢到脾臟，而切去唾液酸后，結(jié)果競(jìng)歸巢到了肝臟。
在原核中表達(dá)的真核基因，無(wú)法糖基化。
糖蛋白可以是胞溶性的，也可以是膜結(jié)合型的，可以存在于細(xì)胞內(nèi)在也可存在于細(xì)胞間質(zhì)中。
糖蛋白在動(dòng)植物中較為典型，脊柱動(dòng)物中糖蛋白尤為豐富，金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(轉(zhuǎn)鐵蛋白)、血銅藍(lán)蛋白，凝血因子、補(bǔ)體系統(tǒng)、一些激素，促卵泡素(Follicle-stimulating hormone, FSH，前腦下垂體分泌，促進(jìn)卵子和精子的發(fā)育)、RNase、膜結(jié)合蛋白(如動(dòng)物細(xì)胞膜的Na+-K+-ATPase)、主要組織相容性抗原(major histocompatibility antigen,細(xì)胞表面上介導(dǎo)供體器官與受體器官交叉匹配的標(biāo)識(shí))。
絕大多數(shù)糖蛋白的寡糖是糖蛋白的功能中心。有些糖蛋白的糖對(duì)于糖蛋白自身成機(jī)體起著保護(hù)作用或潤(rùn)滑作用，如牛的RNaseB(糖蛋白)對(duì)熱的抗性大于RNaseA，大量的唾液酸能增強(qiáng)唾液粘蛋白的粘性從而增強(qiáng)唾液的潤(rùn)滑性。南極魚抗凍蛋白的糖組分能與水形氫鍵，阻止冰品的形成從而提高了抗凍性。
糖蛋白在細(xì)胞間信號(hào)傳遞方面著更為復(fù)雜的作用。Hiv的靶細(xì)胞結(jié)合蛋白GP120是一個(gè)糖蛋白，能與人類靶細(xì)胞表面的CD4受體結(jié)合從而附著在靶細(xì)胞表面，如果去掉GP120的糖部分則不能與CD4受體結(jié)合從而失去感染能力。細(xì)胞表面的糖蛋白形成細(xì)胞的糖萼(糖衣)、參與細(xì)胞的粘連，這在胚和組織的生長(zhǎng)、發(fā)育以及分化中起著關(guān)鍵性作用。
二、 蛋白聚糖(oroteoglycans)
由糖胺聚糖與多肽鏈共價(jià)相連構(gòu)成的分子，總體性質(zhì)與多糖更為接近。糖胺聚糖鏈長(zhǎng)而不分支，呈現(xiàn)重復(fù)雙糖系列結(jié)構(gòu)，其一定部位上與若干肽鏈相連。由于糖胺聚糖具有粘稠性，所以蛋白聚白又稱為粘蛋白、粘多糖–蛋白質(zhì)復(fù)合物等。
（一) 蛋白聚糖中的糖肽鍵
在蛋白聚糖中已知有三種不同類型的糖肽鍵：
1、 D-木糖與Ser羥基之間形成的O-糖肽鍵；
硫酸軟骨素
硫酸皮膚素
硫酸類肝 GlcUAβ1→3Galβ1→3Galβ1→4Xyl1 → Ser
肝素
2、 N-乙酰半乳糖胺與Thr或Ser羥基之間形成的O-糖肽鍵。
骨骼硫酸角質(zhì)素→ GalNAc l→ 6 GalNAc→ser(Thr)
Sia 2→3 Gal1→3↗
3、 N-乙酰葡萄糖胺與Asn之間形成的N-糖肽鍵；
角膜硫酸角質(zhì)素→GlcNAc—N—Asn.
（二) 糖白聚糖的生物學(xué)功能
糖白聚糖主要存在于軟骨、鍵等結(jié)締組織和各種腺體分泌的粘液中，有構(gòu)成組織間質(zhì)、潤(rùn)滑劑、防護(hù)劑等多方面的作用。m.zxtf.net.cn
三、 肽聚糖 peptidoglycan
是細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，草蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌胞壁所含的肽聚糖占干重的50-80%，草蘭氏陰性細(xì)菌胞壁所含的肽聚糖占干重的1-10%
糖鏈由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸通過(guò)β-1.4糖苷鍵連接而成，糖鏈間由肽鏈交聯(lián)，構(gòu)成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，肽鏈長(zhǎng)短視細(xì)菌種類不同而異。
圖14
組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（金黃色葡萄球菌)
1. G—M聚糖
2. 四肽及連接方式
四肽中N端的Ala上α-NH2與M中乳酸的羧基連接。
3.五聚Gly及連接方式
（1)五聚Gly的N端α—NH2與四肽C端Ala上的羧基連接。
（2)五聚Gly的C端羧基與另一個(gè)四肽的Lysε-NH2連接。
溶菌酶能水解G-M間的β-1.4糖苷鍵，使細(xì)胞壁出現(xiàn)孔洞，基至解體，從而殺死細(xì)菌。人的眼淚中存在大量的溶菌酶，某些噬菌體在感染宿主時(shí)也可分泌溶菌酶。雞蛋中也含大量的溶菌酶。
生素能抑制肽聚糖的生物合成。
四、 糖脂
見脂類
