第一章 概論

本筆記非我原創(chuàng).基本針對沈同生化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)的概念及其研究內(nèi)容
生物體的生命現(xiàn)象（過程）作為物質(zhì)運動的一種獨有的特殊的運動形式，其基本表現(xiàn)形式就是（新陳代謝和自我繁殖）。那么構(gòu)成這種特殊運動形式物質(zhì)基礎(chǔ)又是什么呢？恩格斯很早就說過“蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者”�，F(xiàn)在已知僅有蛋白質(zhì)是遠遠不夠的，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。
那么就讓我們試著給生物化學(xué)下一個定義吧。
生物化學(xué)是研究生物體的物質(zhì)組成和生命過程中的化學(xué)變化的一門科學(xué)。
或者說生物化學(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)。
更簡單地說生物化學(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)的研究對象，那么現(xiàn)代生物化學(xué)家們整天干些什么呢？
四個字；分離分析。
從觀察一個具體的生命現(xiàn)象開始，通過抽提、過濾、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）比如一個新的未知蛋白組分，新基因片段，或新的次生代謝物，然后進行分析，
1． 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：采用系列測定、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．代謝及其細胞調(diào)控：表達的時空特異性，該物質(zhì)何時產(chǎn)生與消亡，在什么組織表達？從哪兒來最終到哪兒去，其代謝受什么調(diào)控？（潛伏、激活、沉默）。
4改造和利用
認識世界是為了改造世界，通過分離、分析后搞清了這些生命現(xiàn)象，最后就可以對癥下藥：
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)、細胞學(xué)）。
科學(xué)的發(fā)展總是由粗到細再到粗，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，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。這時生物學(xué)就逐漸分離成生理化學(xué)、遺傳學(xué)、細胞學(xué)。
19世紀末，又從生理化學(xué)中分離出生物化學(xué)，20世紀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。現(xiàn)在又有統(tǒng)一的趨勢，叫二十一世紀的“統(tǒng)一生物學(xué)”或干脆叫生命科學(xué)，生物工程嚴格講應(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)時期（1920年以前）
研究內(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、 動態(tài)生物化學(xué)時期（1950年以前）
這是一個飛速發(fā)展的輝煌時期，
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、 機能生物化學(xué)時期（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。
生物化學(xué)研究深入到生命的本質(zhì)和奧秘：運動、神經(jīng)、內(nèi)分泌、生長、發(fā)育、繁殖等的分子機理。
1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、近代實驗技術(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。
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。
1955年，英國生物化學(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。
1980年，桑格爾和吉爾伯特（Gilbet）設(shè)計出測定DNA序列得方法，獲1980年諾貝爾化學(xué)獎。
1984年，化學(xué)獎，Bruce Merrifield（美國），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），發(fā)現(xiàn)G蛋白及其在細胞內(nèi)信號轉(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
2．Karg B. Mallis(美)發(fā)明PCR方法。
3．Michaet Smith(加拿大)建立DNA合成用與定點誘變研究
1996年，Petr c. Doherty（美）等，發(fā)現(xiàn)T細胞對病毒感染細胞的識別和MHC(主要組織相容性復(fù)合體)限制。生理醫(yī)學(xué)獎
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�。┥�理醫(yī)學(xué)獎
2 paul D.Boyer（美）等，說明ATP酶促成機制化學(xué)獎
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），發(fā)發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)的信號分子。
四、 生物化學(xué)與二十一世紀生命科學(xué)展望
1、 生物化學(xué)和分子生物學(xué)是二十一世紀生命科學(xué)的帶頭學(xué)科。
學(xué)科熱點：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），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 → 固定化細胞培養(yǎng)，葉綠體→光合器。
動物：細胞培養(yǎng)。
3、 生物化學(xué)與環(huán)保
生物凈化：
生物傳感：酶，細胞，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)的機遇與挑戰(zhàn)
（1）、 機遇：研究手段和研究方法的出現(xiàn)
（2）、 挑戰(zhàn)：許多重大的理論問題沒有解決
光合作用
生物能學(xué)
基因表達與調(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；《中國科學(xué)》
     《科學(xué)通報》
     《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；
只講重點和難點和前沿性的熱點，一般性知識看書。
討論和啟發(fā)式
提問式
七、 學(xué)習(xí)方法
認真聽講，做好筆記。
下去看書，即時消化
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
（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（實驗生化和生化技術(shù)細講）
第一章 糖
一、 糖的概念
糖類物質(zhì)是多羥基(2個或以上)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，所以過去人們一直認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，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。植物的淀粉和動物的糖原都是能量的儲存形式。
(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) 細胞的骨架。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是植物細胞壁的主要成分，肽聚糖是細胞壁的主要成分。
(4) 細胞間識別和生物分子間的識別。
細胞膜表面糖蛋白的寡糖鏈參與細胞間的識別。一些細胞的細胞膜表面含有糖分子或寡糖鏈，構(gòu)成細胞的天線，參與細胞通信。
紅細胞表面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)生具有五個乙�；�的衍生物。
  c. 用鈉、汞劑作用，生成山梨醇。
        圖2

最簡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)的偏振面沿順時針方向偏轉(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逆時針編轉(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，只有一個不對稱碳原子上的基因排列方式不同的非對映異構(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度。轉(zhuǎn)化方法：
① 畫一個五員或六員環(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)，但還是過于簡單，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，最后達到一個動態(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)形式達到一定的平衡，其中a型占36%，b型占63%，鏈式占1%。

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)型則要求共價鍵的斷裂、原子(基團)間的重排和新共價鍵的重新形成。
圖3甘油醛的構(gòu)型：
構(gòu)象：由于分子中的某個原子(基團)繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時性的易變的空間結(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，勢能最低、最穩(wěn)定的構(gòu)象是優(yōu)勢對象。
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，旋光性是實驗測出的。
因此，構(gòu)型與旋光性之間沒有必然的對應(yīng)規(guī)律，每一種物質(zhì)的旋光性只能通過實驗來確定。
二、 單糖的物理化學(xué)性質(zhì)
（一） 物理性質(zhì)
旋光性：是鑒定糖的一個重要指標
甜度：以蔗糖的甜度為標準
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，最后達到一個動態(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，逐漸擴展到全身，柑橘類果實(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糖果的貨架期，因為它能防止糖果失水。用糖精處理的果汁中一般都有后味，添加山犁醇后能去除后味。人體食用后，山犁醇在肝中又會轉(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，它們在結(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�；�形成N-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出現(xiàn)消化病。未消化的雙糖進入大腸，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，它可以在整個植物體中進行運輸，也是光合產(chǎn)物的運輸形式之一。
結(jié)構(gòu)：a-葡萄糖，b-果糖   a，b(1-2)糖苷鍵，無異構(gòu)體

蔗糖[葡萄糖-a，b(1-2)-果糖苷]
性質(zhì)：① 無變旋現(xiàn)象   ② 無還原性   ③ 不能成脎
三、 乳糖
顧名思義，主要存在于哺乳動物的乳汁中
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個單糖單元的糖類。它們常常與蛋白質(zhì)或脂類共價結(jié)合，以糖蛋白或糖脂的形式存在。
連接它們的共價鍵類型主要兩大類：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)和細胞的骨架物質(zhì)(如植物的纖維素和動物的幾丁質(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)沒有固定的分子量。多糖的大小從一定程度上可以反映細胞的代謝狀態(tài)。例如：當血糖水平高時(如飯后)，肝臟就合成糖原(glycogen)這時就分子量可達2´107，當血糖水平下降時，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，但無變旋現(xiàn)象，也無還原性。
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物中葡萄糖的貯存形式，纖維素是植物細胞主要的結(jié)構(gòu)組分。
1、 淀粉
植物營養(yǎng)物質(zhì)的一種貯存形式，也是植物性食物中重要的營養(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而不分開的葡萄糖多聚物。典型情況下由數(shù)千個葡萄糖線基組成，分子量從150000到600000。
結(jié)構(gòu)：長而緊密的螺旋管形。這種緊實的結(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個葡萄糖殘基就形成一個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個葡萄糖殘基便有一個分支。結(jié)構(gòu)更緊密，更適應(yīng)其貯藏功能，這是動物將其作為能量貯藏形式的一個重要原因，另一個原因是它含有大量的非原性端，可以被迅速動員水解。
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物，地球上每年約生產(chǎn)1011噸纖維素，經(jīng)濟價值：木材、紙張、纖維、棉花、亞麻。
完整的細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絲，無數(shù)纖維細絲構(gòu)成細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)的動物(包括人)不能消化纖維素，但是含有纖維素的食物對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。
（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、酶類的識別位點。
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
中國地倉鼠卵細胞膜
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脊椎動物血液中的銅藍蛋白
肝細胞能降解丟失了唾液酸的銅藍蛋白，唾液酸的消除可能是體內(nèi)“老”蛋白的標記方式之一。
B.紅細胞
新生的紅細胞膜上唾液酸的含量遠高于成熟的紅細胞膜。用唾液酸酶處理新生的紅細胞，回注機體，幾小時后全部消失。而末用酶處理的紅細胞，回注后，幾天以后，仍能在體內(nèi)正常存活。
（2）寡糖鏈在細胞識別、信號傳遞中起關(guān)鍵作用
淋巴細胞正常情況應(yīng)歸巢到脾臟，而切去唾液酸后，結(jié)果競歸巢到了肝臟。
在原核中表達的真核基因，無法糖基化。

糖蛋白可以是胞溶性的，也可以是膜結(jié)合型的，可以存在于細胞內(nèi)在也可存在于細胞間質(zhì)中。
糖蛋白在動植物中較為典型，脊柱動物中糖蛋白尤為豐富，金屬轉(zhuǎn)運蛋白(轉(zhuǎn)鐵蛋白)、血銅藍蛋白，凝血因子、補體系統(tǒng)、一些激素，促卵泡素(Follicle-stimulating hormone, FSH，前腦下垂體分泌，促進卵子和精子的發(fā)育)、RNase、膜結(jié)合蛋白(如動物細胞膜的Na+-K+-ATPase)、主要組織相容性抗原(major histocompatibility antigen,細胞表面上介導(dǎo)供體器官與受體器官交叉匹配的標識)。
絕大多數(shù)糖蛋白的寡糖是糖蛋白的功能中心。有些糖蛋白的糖對于糖蛋白自身成機體起著保護作用或潤滑作用，如牛的RNaseB(糖蛋白)對熱的抗性大于RNaseA，大量的唾液酸能增強唾液粘蛋白的粘性從而增強唾液的潤滑性。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。
糖蛋白在細胞間信號傳遞方面著更為復(fù)雜的作用。Hiv的靶細胞結(jié)合蛋白GP120是一個糖蛋白，能與人類靶細胞表面的CD4受體結(jié)合從而附著在靶細胞表面，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。細胞表面的糖蛋白形成細胞的糖萼(糖衣)、參與細胞的粘連，這在胚和組織的生長、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)、潤滑劑、防護劑等多方面的作用。gydjdsj.org.cn

三、 肽聚糖  peptidoglycan
是細菌細胞壁的主要成分，草蘭氏陽性細菌胞壁所含的肽聚糖占干重的50-80%，草蘭氏陰性細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)，肽鏈長短視細菌種類不同而異。
圖14

組成及結(jié)構(gòu)特點（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，使細胞壁出現(xiàn)孔洞，基至解體，從而殺死細菌。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