水-无机盐-糖类

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第一章生命的分子基础

1生物体的物质组成静态生化复杂性：组成物质多；分子大；空间结构复杂。规律性：元素→构件小分子→聚合物（生物大分子）；结构与功能相适应。

2动态生化物质和能量代谢复杂性多步化学反应构成代谢途径；多条代谢途径相互交织成网；物质代谢和能量代谢相互交织；调节控制有条不紊。规律性调节控制与生物学功能相适应。

3生化学习中用到的化学知识1.化学键：离子键共价键原子形成化合物两个电荷符号相反的离子彼此吸引所形成。如Na+和Cl-通过离子键形成NaCl。盐都是离子键形成的，呈电中性由两个原子间共用一对或多对电子而形成。如H2O为两个氢原子分别与氧共用一对电子，所以有两个单键。O2中的两个氧原子共用两对电子，所以含有一个双键。区分的关键在于电子的共用或得失

4共价键非极性共价键同种元素的原子间形成的共价键，共用电子对在成键两原子的中间，不向任何一方偏转（电负性相同）。如H2、O2、CH4等极性共价键不同种原子形成共价键，由于不同原子吸引电子的能力不同，使得分子中共用电子对的电荷是非对称分布的。如H2O，O原子电负性最强，吸引共用电子对的能力大，因此H2O分子中O略带一点负电荷，H略带一点正电荷。

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63.常用的重要化学基团●烷烃：是只有碳碳单键和碳氢键的链烃碳碳单键（C—C）（每个C各有三键)●烯烃：指含有C=C键（碳－碳双键）的碳氢化合物

7●醇：羟基(-OH)●醛：醛基(-CHO)●酮：羰基(>C=O)●羧酸：羧基(-COOH)；酸性，与醇发生酯化反应●酯:酯(-COO-)●胺：氨基(-NH2).弱碱性●巯基：（-SH）弱酸性●酰基：无机或有机含氧酸除去羟基后所余下的原子团，如CH3COOH乙酸除去羟基CH3CO-乙酰基

8第一节水和无机盐1.含量：在生物体中含量最多（70--90%）2.存在形式①自由水：指流动性大，可进出于血液、组织细胞内外的部分，含量可因各种生理条件的改变而改变。   ②结合水：与蛋白质、多糖、脂类等亲水分子及其离子物质以氢键、静电引力所吸附，其活动性显著降低，溶解能力也降低一、水（极性分子）

93.水分子的生物学功能（主要）（1）液态水有较强的内聚力和表面张力（2）有较大的比热和蒸发热（3）结合水对亲水分子的空间结构和生物学功能有重要作用（4）水是良好的溶剂（5）水保证了生物膜等细胞结构的稳定（6）水也是生物体中某些化学反应的必需原料

10二.无机盐存在形式：离子主要作用：1.有些无机离子是合成有机物的原料。2.有些无机离子是酶的活化因子和调节因子3.能维持细胞的渗透压和细胞的正常形态4.有些无机离子有缓冲PH的作用

11第二节糖类主要内容：糖类的概念、分类、生理功能、单糖、二糖和多糖的化学结构和性质

121、含量：糖类是地球上最丰富的有机化合物植物干重：85%--90%细菌干重：10%--30%动物干重：<2％糖类概述2、糖的定义：多羟基醛或多羟基酮，和它们的脱水缩合物。D-葡萄糖D-果糖D-葡萄糖D-果糖

133.糖类的元素组成：由C、H、O三种元素组成多符合分子通式：Cn(H2O)m但仅从通式上并不能判断某分子是否就是糖，即：符合通式的不一定是糖，如CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）；是糖的不一定都符合通式，如C5H10O4（脱氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）。

144.糖类的生物学作用生物体的结构成分（植物、动物、细菌）生物体内的主要能源物质（葡萄糖、淀粉、糖原）在生物体内转变为其他物质（中间代谢物）作为细胞识别的信息分子（糖蛋白）

15单糖：不能再水解的糖，是构成各种糖分子的基本单位。寡糖（双糖）：由2-20个单糖缩合而成的糖。多糖:（自然界中含量最多的糖类）由很多单糖分子（常为葡萄糖）缩合而成，分支或不分支的长链分子，属于高分子碳水化合物，分子量可达到数百万。二、糖的分类（根据水解性质）

16单糖（一）单糖的命名在糖式中，单糖的n是从3到7整数，分别称为丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖单糖构型由甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）派生。几种重要的单糖：1.丙糖：

172.戊糖

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193.己糖（最常见的单糖）上述六碳糖的分子式均为C6H12O6,，但是结构式不同，彼此同分异构体

20（二）单糖的构型1.单糖的旋光性平面偏振光：当普通光通过尼科尔（Nicol）棱镜时，会出现一种物理现象，即只有振动方向和棱镜晶轴平行的光才能通过，所得到的光就只在一个平面上振动。这种只在某一平面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。这种现象与棱镜的物质结构有关。（a）普通光普通光尼科尔棱镜偏振光（b）偏振光的产生

21旋光性:物质能使偏振光的振动平面发生旋转的性质。具有旋光性的物质叫做旋光性物质。如乳酸、甘油醛、葡萄糖等。而水、乙醇等称非旋光性物质。偏振光旋光性物质旋转后的偏振光

22使偏振光振动平面按顺时针方向（向右旋）旋转的物质称右旋体，用“＋”表示。使偏振光振动平面按逆时针方向（向左旋）旋转的物质称左旋体，用“－”表示；如：肌肉分解出来的乳酸是右旋体，称为右旋乳酸。可表示为：（+)-2-羟基丙酸。为什么单糖具有旋光性？单糖等有机物的旋光性，可能与它的分子内部结构有关：如果分子内部结构是对称的（如中心对称，轴对称），就没有旋光性；否则就有旋光性。

232.不对称碳原子生物体内的有机分子主要由C、H、O、N四种元素组成的，其中只有C原子有可能形成不对称性，（C原子表现为4价，即可与4个原子或者原子团共价连接）如果连接的4个原子或者原子团有相同，该分子表现出对称性；否则表现出不对称性。这个碳原子称为不对称碳原子或者手性碳原子。（用C*表示）

24有机化合物的旋光性与分子内部的结构有关，根据对称性原理，凡是分子中存在对称面（镜面），对称中心，对称轴的，都可以和其镜像重合，因此都没有旋光性。分子这种不能与镜面重合的关系，犹如人的左右手关系，称该分子具有手性，具有旋光性。

25化合物分子中的一个碳原子与四个不同的原子（或基团）相连时，这个化合物在空间有两种不同排列，即两种构型。这两种不同构型的化合物相互不能重叠。2-丁醇

263.单糖的构型不对称C原子上相连的原子或原子团可有两种不同的空间排列方式，形成左右或者互为镜相的关系这样的异构体称为旋光异构体。构型对旋光异构体而言，是指不对称碳原子的4个基团的空间相对取向。这种取向形成两种而且只有两种可能的四面体，即有两种构型。一般来说，旋光性化合物构型参照物是甘油醛，远离醛基的手性碳原子上的-OH在右边的定位D型，在左边的定位L型。

27所谓单糖的构型是指分子中离羰基（酮基）最远的手性碳原子的构型。如果此碳原子上的-OH具有与D-甘油醛C2-OH相同的取向，则称D型糖，反之则为L型糖

28其他醛糖的D系和L系

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301.构型D、L和旋光方向(+)(-)是两套不相干的符号2.D、L表示分子中原子在空间的排列方式3.(+)(-)表示使平面偏振光扭转的方向.注意：4.天然存在的单糖一般都是D-构型。

311.单糖的链状结构：（三）单糖的结构D-葡萄糖D-果糖单糖分子既可以开链形式存在，也可以环式结构形式存在。

32（1）葡萄糖链状和环状结构互变2.单糖的环状结构

33如果羟基和羰基处于同一分子内，可以发生分子内亲和加成，形成半缩醛，从而形成环状结构。作为多羟基醛或酮的单糖分子完全可能形成这种环状结构。其中第一位C原子上的羟基成为半缩醛羟基，化学性质活泼。（2）成环原理：半缩醛：醇与醛或酮发生快速且可逆的亲核加成，形成半缩醛。

34（3）α、β构型单糖由直链变成环状时，羰基碳原子成为新的手性碳原子，导致C1产生两个异构体，其中半缩醛碳原子与最末端的手性碳原子的羟基同向的为α构型，反向的为β构型Fischer投影式

35Haworth投影式

36注意：由Fischer投影式改写为Haworth式时，Fischer式中C*的右向羟基在Haworth式含氧环的下方，左向羟基在Haworth式含氧环的上方，形成氧桥时C5共价键发生旋转，导致C5上的羟甲基旋至环面的上方，C5氢转到环面下方。当决定糖构型的C*羟基参与成环时，标准定为下的Haworth式中羟甲基在环上方的为D型糖，在环下方的为L型糖；C*羟基与末端羟甲基反式的为α构型，顺式的为β构型

37D-葡萄糖，半缩醛羟基在环平面下面的为α型，在环平面上面的为β型L-葡萄糖，半缩醛羟基在环平面下面的为β型，在环平面上面的为α型

38吡喃葡萄糖（4）吡喃糖和呋喃糖开链的单糖形成环状半缩醛时，最容易出现五元环（呋喃型）和六元环（吡喃型）的结构。D-葡萄糖主要以吡喃糖存在，呋喃糖次之。

39呋喃果糖

403.单糖的构象船式OCH2OHOHOHOHOH椅式（椅式构象最稳定）OCH2OHHOHOOHOH构型：一个有机分子中各个原子特有的固定的空间排列。这种排列不经过共价键的断裂和重新形成是不会改变的构象：碳原子上的原子（基团）在空间呈现无数的立体形象称为构象，这种由于绕键旋转而产生的叫构象异构，所形成的异构体称为构象异构体。

41（四）单糖的化学性质1.异构化：（弱碱的作用）在碱性溶液中，D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖可以通过烯二醇中间物发生相互转化。

422.单糖的氧化：碱性条件下，斐林试剂或班氏试剂使醛糖的醛基氧化成羧基，二价铜被还原成砖红色的一价铜（氧化亚铜），可用于糖的定性定量检测。斐林试剂葡萄糖醛糖酸

43在有机化学和生物化学上，把能还原斐林试剂等弱氧化剂的性质，称为还原性。具有还原性的糖称为还原糖，不具有还原性的糖称为非还原糖。分子结构中含有还原性基团（如游离醛基、半缩醛羟基或游离羰基）的糖，叫还原糖。如：所有的单糖，不论醛糖、酮糖都是还原糖。大部分双糖也是还原糖，蔗糖例外。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。

44单糖环状半缩醛结构中的半缩醛羟基与另一分子醇的羟基作用时，脱去一分子水而生成缩醛。3.缩醛反应

45环状单糖的半缩醛羟基与另一化合物所合成的缩醛称为糖苷。糖苷分子中提供半缩醛羟基的糖部分称为糖基，与之缩合的“非糖”部分称为糖苷配基（配基），这两部分之间的连键称为糖苷键。糖苷的配基如果是糖，就缩合成双糖、寡糖、多糖。

46寡糖：单糖（2~20个）通过糖苷键连接而成的糖类物质。以游离状态存在的双糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。还有以结合形式存在的纤维二糖。蔗糖：是最重要的二糖。它形成并广泛存在于光合植物中，不存在于动物中。甘蔗榨成汁，加热浓缩成红糖，结晶是白砂糖，再重结晶为冰糖

47蔗糖是由α-D-葡萄糖和β-D-果糖各一分子按α、β（1,2糖苷键）键型缩合、失水形成的。它是植物体内糖的运输形式。蔗糖不具有还原性123456126α-D-吡喃葡萄糖β-D-呋喃果糖

48麦芽糖：是由两个葡萄糖分子缩合、失水形成的。其糖苷键型为α（1→4）。麦芽糖分子内有一个游离的半缩醛羟基，具有还原性。α-D-吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖

49乳糖：葡萄糖-（14）半乳糖苷β-D-吡喃半乳糖α-D-吡喃葡萄糖存在哺乳动物的乳汁中乳糖：是还原糖？

50通常存在于发生淀粉水解的组织，如麦芽中纤维二糖：是两个-葡萄糖分子（通过-1,4糖苷键）缩合失水形成。是纤维素的重复结构单位。β-D-吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖

51多糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。（相对分子质量在3万到400万之间）自然界中糖类主要以多糖的形式存在。多糖没有还原性，无甜味，大多不溶于水。分类：（生物来源）植物多糖动物多糖微生物多糖

52多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。（有一种或多种单糖单位组成）同多糖杂多糖（多糖的生物功能）贮能多糖结构多糖

531.淀粉淀粉是植物生长期间以淀粉粒形式贮存在细胞中的贮存多糖，在种子，块茎，块根等器官中含量特别丰富。天然淀粉一般有两种组分：直链淀粉（以α-1,4糖苷键连接）与支链淀粉（线形链段也是α-1,4糖苷键连接，只是分支点处存在α-1,6糖苷键）。（一）同多糖：由多个同种单糖分子脱水缩合而成

54直链淀粉中葡萄糖以α-1，4糖苷键缩合而成，麦芽糖可视为它的二糖单位。有极性（方向性），每个直链淀粉分子只有一个还原端（1’）和一个非还原端（4’）。遇碘显蓝紫色NRERE直链淀粉（非还原端）（还原端）

55直链淀粉的螺旋结构（左手螺旋）0.8nm1.4nm6个残基由于α-1，4糖苷键连接，淀粉分子中每一个残基与下一个残基都成一定的角度，因此淀粉链倾向于形成有规则的螺旋构象

56支链淀粉中葡萄糖主要以α-1，4糖苷键相连，少数以α-1，6糖苷键相连，所以支链淀粉具有很多分支。遇碘显紫色或紫红色。支链淀粉分支点的结构

57淀粉在酸或者淀粉酶的作用下将逐步降解，生成分子大小不一的中间物，统称为糊精。糊精依分子质量的递减，与碘作用呈现有蓝紫色，紫色，红色到无色。链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。链长为20个葡萄糖基，呈红色。链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。淀粉红糊精消色糊精麦芽糖葡萄糖

58α-淀粉酶：广泛存在于动植物和微生物中。是一种内切葡糖苷酶，随机作用于淀粉链内部的α-1，4糖苷键。β-淀粉酶：主要存在于高等植物特别是发芽的种子种（如麦芽）是一种外切（或短切）葡糖苷酶。专门从淀粉的非还原端开始断裂α-1，4糖苷键，逐个出去二糖单位，产物是β-麦芽糖。由于β-淀粉酶不能断裂α-1，6糖苷键，又不能越过分支点继续作用，因此在支链淀粉中，只能水解周边的α-1，4糖苷键，形成了占总量约50%的麦芽糖和一个大分子核心，称β-极限糊精，β-极限糊精被另一种异淀粉酶的脱支酶出去α-1，6糖苷键，使之连续被淀粉酶水解。

59RENRE（-1，6）分支点支链淀粉分子示意图β-极限糊精

602.糖原也称动物淀粉，是动物体内重要的贮藏多糖，以颗粒形式存在于动物细胞中。体内糖原的主要存在场所是肝脏和骨骼肌。糖原的结构与支链淀粉相似，不同的是糖原的分支程度更高，分支链更短。遇碘显红紫色至红褐色

613.纤维素纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是植物和某些真菌细胞壁的主要结构物质。纤维素是线形葡聚糖，由β-D-葡萄糖残基借β-1,4糖苷键连接的没有分支的同多糖。不溶于水，水解时先产生纤维二糖。纤维素纤维素糊精纤维二糖葡萄糖

624.壳多糖（几丁质）是N-乙酰-β-D-葡糖胺的同聚物，以β-1,4糖苷键连接，广泛存在于生物界，是自然界第二最丰富的多糖，是大多数真菌和一些藻类的组成成分，主要存在于无脊椎动物，如昆虫，蟹虾，螺蚌等，是很多节肢动物和软体动物的外骨骼主要结构物质。乙酰化的氨基

63（二）杂多糖由两种以上单糖分子构成的多糖。生物合成过程中先是合成同多糖，然后与另一种单糖进一步形成糖苷键，最终形成杂多糖。1.果胶类物质：植物细胞壁的组分，存在于中胶层和初生壁中。果胶作为凝固剂用于糖果生产中。2.琼脂：一种海藻多糖。是琼脂糖（主要成分）和琼脂胶（琼脂糖的衍生物）的混合物。不溶于冷水而易溶于热水，同时也不被微生物所分解和利用，所以是微生物固体培养基的常用介质。

643.糖复合物——是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物。肽聚糖细胞壁多糖细菌和蓝藻肽聚糖可以保护细菌细胞不易被破坏。溶菌酶可破坏肽聚糖分子。抗菌素能抑制肽聚糖的生物合成。

65糖蛋白是一类复合糖或者一类缀合蛋白质，糖链作为缀合蛋白质的辅基存在。糖蛋白的糖链很少含多于15个单糖单位的，因此糖链也可称为聚糖链或寡糖链。糖蛋白中糖可以相当均匀的沿蛋白质的多肽链分布，或集中的分布于多肽链的特定区域。

66糖蛋白的寡糖链的还原端残基与多肽链的氨基酸残基以多种形式共价连接，形成的连键称为糖肽键（糖苷键）。糖肽键主要由两种类型N-糖肽键（糖苷键）：糖还原端的半缩醛羟基与肽链上酰胺R基上的-NH2脱水成键。O-糖肽键（糖苷键）：糖还原端的半缩醛羟基与肽链上丝，苏氨酸等R基上的-OH脱水成键。

67根据糖肽键的类型可将糖蛋白的糖链分为两大类：N-(连接的)糖链O-(连接的)糖链糖链的生物学功能（主要）：1.参与糖蛋白中新生肽链的折叠和缔合；2.参与糖蛋白的转运和分泌；3.参与分子识别和细胞识别。概念：分子识别：生物分子选择性相互作用，如抗原和抗体间、酶与底物间、激素与受体间的专一性结合。通过两个分子各自的结合部位实现的（结构互补，具有相应的基团，具有相互作用力）细胞识别：即细胞表面的分子相互识别。受体：能与胞外生物活性分子（信号分子）专一结合并引起相应的生物学效应的生物大分子。配体：被受体识别并结合的生物活性分子（信号分子）

68ABO血型凝集原：附着在红细胞表面，是一种抗原，人类的红细胞含有两种凝集原，分别叫做A凝集原和B凝集原，其化学本质是糖蛋白。凝集素：存在于血浆（或血清）中，是抗同名凝集原的抗体。同名的凝集原和凝集素相遇（如凝集原A和抗A凝集素）会发生红细胞凝集。

69糖脂动植物、微生物中的脂类与糖结合的一类复合糖主要存在于细胞膜，暴露在膜表面的糖脂和糖蛋白是细胞识别的分子基础。