糖生物學教案-研究版

1、糖生物學基礎,第1章 糖生物學的概念與研究對象,第一章 糖生物學的概念與研究對象,1.1 糖生物學的概念,DNA,,RNA,,蛋白質(zhì),,細胞,,生命體,概念: 廣義來說，糖生物學可定義為研究自然界廣泛分布 的糖類（糖鏈和聚糖）其結(jié)構(gòu)、生物合成及生物學的一門學科,1.2.1 糖綴合物的概念：單糖、寡糖或多糖與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)連接形成糖綴合物,1.2 糖生物學的研究對象-聚糖,糖綴合物,糖蛋白蛋白多糖,糖脂脂

2、多糖 多糖,聚糖,,,,連接脂的聚糖N-聚糖O-聚糖,第1章 糖生物學的概念與研究對象,1.2.2 聚糖的表示方法,,完整化學結(jié)構(gòu)表示,略縮詞表示,代表符號表示,NeuAcα-2,3Galβ-1,4GlcNAcβ-1,2Manα-1,NeuAcα-2,3Galβ-1,4GlcNAcβ-1,2Manα-1,Manβ-1,4GlcNAcβ-1,4 GlcNAcβ-1-Asn,63,,,第1章 糖生物學的概念與研

3、究對象,1.2.3 聚糖存在的位置,糖綴合物在細胞內(nèi)外室的定位,膜上：非膜上：,第1章 糖生物學的概念與研究對象,1.2.4 聚糖的構(gòu)成,,,糖苷鍵的形成,糖基的供體,形成還原端、非還原端產(chǎn)生多種構(gòu)型,一種酶，一連鍵規(guī)則：,糖苷鍵的形成：,由于糖基轉(zhuǎn)移酶對供體和接納體有嚴格的專一性要求，在特異的連鍵上一種酶只能添加一種形式的糖。,第1章 糖生物學的概念與研究對象,1.2.5 聚糖的性質(zhì)-微不均一性,微不

4、均一性:在一種特殊型細胞中的一種給定蛋白質(zhì)的任何給定糖基化位點上合成的聚糖的精確結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)有一定范圍的變化,現(xiàn)象：電泳區(qū)帶的擴散,第1章 糖生物學的概念與研究對象,1.2.6 聚糖的功能,A 聚糖的固有功能,作為結(jié)構(gòu)組分（細胞壁、細胞外基質(zhì)）,修飾蛋白質(zhì)（溶解度、穩(wěn)定性）,第1章 糖生物學的概念與研究對象,介導和調(diào)控細胞黏附作用（細胞-細胞相互作用、 細胞-基質(zhì)相互作用）,B 聚糖-凝聚素相互作用產(chǎn)生的外

5、源功能：,指導糖綴合物穿行（細胞內(nèi)、細胞外）,介導和調(diào)控信號（細胞外、細胞內(nèi)）,第1章 糖生物學的概念與研究對象,1.2.7 聚糖與蛋白質(zhì)的相互作用,聚糖與蛋白質(zhì)的識別的作用力：氫鍵、范德華相互作用、電荷、,第1章 糖生物學的概念與研究對象,蛋白質(zhì)與聚糖：,水問題：,多價結(jié)合,鎖匙學說：,1.2.8 聚糖功能的研究方法,1 應用凝集素或抗體對特異聚糖的定域或干擾2 利用糖基化的代謝抑制或變更3 發(fā)現(xiàn)特異性受

6、體的天然聚糖配體4 發(fā)現(xiàn)識別特異聚糖的受體5 可溶性聚糖或結(jié)構(gòu)模擬物的干擾6 應用糖苷酶去除特異的聚糖結(jié)構(gòu)7 對天然或遺傳工程的聚糖突變株進行研究8 對天然或遺傳工程的聚糖受體突變株的研究,第1章 糖生物學的概念與研究對象,1.2.9 生物工程和醫(yī)藥學中的糖生物學,一 糖類作為藥效團的藥物,香菇多糖的結(jié)構(gòu),野生香菇,人工栽培的香菇,第1章 糖生物學的概念與研究對象,肝素五糖片段Sanorg34006

7、,大腸桿菌O157:H7,Synsorb-PK的結(jié)構(gòu),第1章 糖生物學的概念與研究對象,Sialyl Lewisx,類似物1,類似物2,第1章 糖生物學的概念與研究對象,新霉素,足葉乙苷,二 糖基作為輔助基團藥物,三 用于藥物尋靶和藥物轉(zhuǎn)運的糖類化合物,第1章 糖生物學的概念與研究對象,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),2.1 單糖的結(jié)構(gòu),2.1.1 單糖的定義,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),,a. 與Fehli

8、ng試劑或其它醛試劑反應，含有醛基。 b. 與乙酸酐反應，產(chǎn)生具有五個乙?；难苌铩?c. 用鈉、汞劑作用，生成山梨醇。,葡萄糖用酸性甲醇處理時，不生成二縮甲醇,得到兩個異構(gòu)化的單甲基化合物。b. 葡萄糖的乙?；o出兩個五乙酰化的異構(gòu)體。c. 通過結(jié)晶的方法得到α、（熱水加入醋酸） β、（熱吡啶）,,,α-吡喃葡萄糖,β-吡喃葡

9、萄糖,2.1.2 單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu),第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),,哈沃斯式①將碳鏈向右放成水平，使原基團處于左上右下的位置。②將碳鏈水平位置彎成六邊形狀。③ 以C4-C5為軸旋轉(zhuǎn)120°,使C5上的羥基與醛基接近，然后成環(huán)（因羥基在環(huán)平面的下面，它必須旋轉(zhuǎn)到環(huán)平面上才易與C1成環(huán))。,2.1.3 糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的表示方法,α-D-(+)-吡喃葡萄糖 β-D-(+)-吡喃葡萄糖,由于葡萄

10、糖半縮醛環(huán)上的C—O—C鍵角（111°）與環(huán)己烷的鍵角（109°）相似，故葡萄糖吡喃環(huán)和環(huán)己烷相似也有船式和椅式構(gòu)象，其中椅式構(gòu)象使扭張強度減到最低因而較穩(wěn)定。,褶皺式,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),2.1.4 D、L，?-型及?-的判定,c 確定端基異構(gòu)體，首先看糖環(huán)的構(gòu)型： D下為?，D上為?；L下為?，L上為?,D ?,L ?,L ?,D ?,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),a 成

11、環(huán)的碳原子的取代基朝上的，不管是呋喃糖還是吡喃糖，都屬于D-構(gòu)型,b 成環(huán)的碳原子上沒有取代基，則糖的構(gòu)型由環(huán)上最靠近成環(huán)的碳原子上的取代基的取向來定，即不管呋喃還是吡喃糖，凡朝下的，為D-構(gòu)型，朝上為L-構(gòu)型,2.2 糖的種類 1、單糖：不能被水解成更小分子的糖 2、寡糖：2-6個單糖分子脫水縮合而成，以雙糖最為普遍 3、多糖： 同多糖：淀粉、糖原、幾丁質(zhì)等。 雜多糖：半纖維素等。

12、 4、結(jié)合糖(復合糖，糖綴合物)：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,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),2.3 單糖的物化性質(zhì),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,2.3.1物理性質(zhì),旋光性：是鑒定糖的一個重要指標,2.3.2.1變旋現(xiàn)象（1）結(jié)晶狀態(tài)的單寡糖均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)（2）多糖中糖殘基均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)（3）溶液中單糖為鏈式，環(huán)式共存且二者

13、處于互變平衡狀態(tài)。,2.3.2 化學性質(zhì),第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),D-(+)-葡萄糖,?-D-(+)-葡萄糖（無結(jié)晶水）,?-D-(+)-葡萄糖,,,,,,在乙醇中重結(jié)晶,在吡啶中重結(jié)晶,在HOAc中重結(jié)晶,mp 146oC,mp 148-150oC,,H2O,H2O,濃縮,(?) -D-(+)-葡萄糖 的水溶液,(?) -D-(+)-葡萄糖 的水溶液,,,[?]D = + 112o,放置,[?]D =

14、 + 18.7o,放置,所得溶液[?]D = 52.7o,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),2.3.2.2單糖的化學反應,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),與強酸反應：形成糠醛,,?-萘酚：紫紅色,蒽酮：藍綠色,間苯二酚：,,苯酚：紅色,酮糖：20-30秒 生成鮮紅色,醛糖：慢，顏色淺,第3章 糖的化學反應,,酯化反應羧酸酯,苯甲酰酯,,磺酸酯,,硫酸酯,第3章 糖的化學反應,磷酸酯,,,硝酸酯,,,第3章

15、 糖的化學反應,,,硼酸酯,第3章 糖的化學反應,形成醚,,芐基醚,,第3章 糖的化學反應,三苯甲醚,,硅醚,,第3章 糖的化學反應,形成縮醛或縮酮,,,,,第3章 糖的化學反應,與堿的作用,在弱堿性條件下，糖中與羰基相鄰的不對稱碳原子的構(gòu)型發(fā)生變化，這稱為差向異構(gòu)化。,D-果糖,弱堿如吡啶、三級胺等（差向異構(gòu)化）,D-葡萄糖,D-甘露糖,烯二醇,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),單糖的半縮醛羥基很容易與

16、醇或酚的羥基反應，失水而形成縮醛式衍生物，稱糖苷。非糖部分叫配糖體,形成糖苷,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),二硫代縮醛的制備,,,二硫代縮醛的反應,,第3章 糖的化學反應,與氨和胺的反應-形成糖基胺,,,第3章 糖的化學反應,糖的氧化作用A 半縮醛的反應B 羥基的氧化,,斐林試劑 or 土倫試劑 or 本尼迪特試劑,D-葡萄糖,D-葡萄糖酸,半縮醛的反應,,與C5上羥基成酯,與C4上羥基成酯,D-葡萄糖酸-?

17、-內(nèi)酯,D-葡萄糖酸-?-內(nèi)酯,D-葡萄糖酸,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),還原作用,,NaBH4,D-葡萄糖醇（L-山梨糖醇）,形成糖脎,一分子糖和三分子苯肼反應，在糖的1,2-位形成二苯腙（稱為脎）的反應稱為成脎反應,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),2.4 常見的單糖,,,,,,,,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),,?-D-吡喃葡萄糖,?-D-吡喃半乳糖,?-D-吡喃甘露糖,?-D-吡喃葡萄糖

18、,?-D-吡喃半乳糖,?-D-吡喃甘露糖,2.5 重要的單糖衍生物,2.5.1 糖醇,2.5.2 糖醛酸,木糖醇,甘露糖醇,山梨糖醇,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),?-D-吡喃葡萄糖醛酸,?-D-吡喃半乳糖醛酸,?-D-吡喃甘露糖醛酸,第2章 糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),2.5.3 氨基糖,2-氨基-2-脫氧-α-D-葡萄糖,2-氨基-2-脫氧-α-D-半乳糖,2.5.4 脫氧糖,α-L-鼠李糖,β-L-巖藻糖,第2章 糖