【正文】 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)【天地農(nóng)大BBS】 第一章 糖類提要 糖類是四大類生物分子之一，廣泛存在于生物界，特別是植物界。糖類在生物體內(nèi)不僅作為結(jié)構(gòu)成分和主要能源，復(fù)合糖中的糖鏈作為細(xì)胞識別的信息分子參與許多生命過程，并因此出現(xiàn)一門新的學(xué)科，糖生物學(xué)。 多數(shù)糖類具有(CH2O)n的實驗式，其化學(xué)本質(zhì)是多羥醛、多羥酮及其衍生物。糖類按其聚合度分為單糖，1個單體；寡糖，含220個單體；多糖，含20個以上單體。同多糖是指僅含一種單糖或單糖衍生物的多糖，雜多糖指含一種以上單糖或加單糖衍生物的多糖。糖類與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)共價結(jié)合形成的結(jié)合物稱復(fù)合糖或糖復(fù)合物。 單糖，除二羥丙酮外，都含有不對稱碳原子(C*)或稱手性碳原子，含C*的單糖都是不對稱分子，當(dāng)然也是手性分子，因而都具有旋光性，一個C*有兩種構(gòu)型D和L型或R和S型。因此含n個C*的單糖有2n個旋光異構(gòu)體，組成2n1對不同的對映體。任一旋光異構(gòu)體只有一個對映體，其他旋光異構(gòu)體是它的非對映體，僅有一個C*的構(gòu)型不同的兩個旋光異構(gòu)體稱為差向異構(gòu)體。 單糖的構(gòu)型是指離羧基碳最遠(yuǎn)的那個C*的構(gòu)型，如果與D甘油醛構(gòu)型相同，則屬D系糖，反之屬L系糖，大多數(shù)天然糖是D系糖Fischer E論證了己醛糖旋光異構(gòu)體的立體化學(xué)，并提出了在紙面上表示單糖鏈狀立體結(jié)構(gòu)的Fischer投影式。許多單糖在水溶液中有變旋現(xiàn)象，這是因為開漣的單糖分子內(nèi)醇基與醛基或酮基發(fā)生可逆親核加成形成環(huán)狀半縮醛或半縮酮的緣故。這種反應(yīng)經(jīng)常發(fā)生在C5羥基和C1醛基之間，而形成六元環(huán)吡喃糖(如吡喃葡糖)或C5經(jīng)基和C2酮基之間形成五元環(huán)呋喃糖(如呋喃果糖)。成環(huán)時由于羰基碳成為新的不對稱中心，出現(xiàn)兩個異頭差向異構(gòu)體，稱α和β異頭物，它們通過開鏈形式發(fā)生互變并處于平衡中。在標(biāo)準(zhǔn)定位的Hsworth式中D單糖異頭碳的羥基在氧環(huán)面下方的為α異頭物，上方的為β異頭物，實際上不像Haworth式所示的那樣氧環(huán)面上的所有原子都處在同一個平面，吡喃糖環(huán)一般采取椅式構(gòu)象，呋喃糖環(huán)采取信封式構(gòu)象。 單糖可以發(fā)生很多化學(xué)反應(yīng)。醛基或伯醇基或兩者氧化成羧酸，羰基還原成醇；一般的羥基參與成脂、成醚、氨基化和脫氧等反應(yīng)；異頭羥基能通過糖苷鍵與醇和胺連接，形成糖苷化合物。例如，在寡糖和多糖中單糖與另一單糖通過O糖苷鍵相連，在核苷酸和核酸中戊糖經(jīng)N糖苷鍵與心嘧啶或嘌呤堿相連。 生物學(xué)上重要的單糖及其衍生物有Glc, Gal，Man, Fru,GlcNAc, GalNAc,LFuc,NeuNAc (Sia),GlcUA等它們是寡糖和多糖的組分,許多單糖衍生物參與復(fù)合糖聚糖鏈的組成，此外單糖的磷酸脂，如6磷酸葡糖，是重要的代謝中間物。 蔗糖、乳糖和麥芽糖是常見的二糖。蔗糖是由αGlc和β Fru在兩個異頭碳之間通過糖苷鍵連接而成，它已無潛在的自由醛基，因而失去還原，成脎、變旋等性質(zhì)，并稱它為非還原糖。乳糖的結(jié)構(gòu)是Galβ(14)Glc，麥芽糖是Glcα(14)Glc,它們的末端葡萄搪殘基仍有潛在的自由醛基，屬還原糖。環(huán)糊精由環(huán)糊精葡糖基轉(zhuǎn)移酶作用于直鏈淀粉生成含6,7或8個葡萄糖殘基，通過α1,4糖苷鍵連接成環(huán)，屬非還原糖，由于它的特殊結(jié)構(gòu)被用作穩(wěn)定劑、抗氧化劑和增溶劑等。 淀粉、糖原和纖維素是最常見的多糖，都是葡萄糖的聚合物。淀粉是植物的貯存養(yǎng)料，屬貯能多糖，是人類食物的主要成分之一。糖原是人和動物體內(nèi)的貯能多糖。淀粉可分直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉分子只有α1,4連鍵，支鏈淀粉和糖原除α1,4連鍵外尚有α1,6連鍵形成分支，糖原的分支程度比支鏈淀粉高。纖維素與淀粉、糖原不同，這一結(jié)構(gòu)特點使纖維素具有適于作為結(jié)構(gòu)成分的物理特性，它屬于結(jié)構(gòu)多糖。 肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁的成分，也屬結(jié)構(gòu)多糖。它可看成由一種稱胞壁肽的基本結(jié)構(gòu)單位重復(fù)排列構(gòu)成。胞壁肽是一個含四有序側(cè)鏈的二糖單位，G1cNAcβ(14)MurNAc，二糖單位問通過β1,4連接成多糖，鏈相鄰的多糖鏈通過轉(zhuǎn)肽作用交聯(lián)成一個大的囊狀分子。青霉素就是通過抑制轉(zhuǎn)肽干擾新的細(xì)胞壁形成而起抑菌作用的。磷壁酸是革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁的特有成分。脂多糖是陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的特有成分。糖蛋白是一類復(fù)合糖或一類綴合蛋白質(zhì)。許多內(nèi)在膜蛋白質(zhì)和分泌蛋白質(zhì)都是糖蛋白。糖蛋白和糖脂中的寡糖鏈，序列多變，結(jié)構(gòu)信息豐富，甚至超過核酸和蛋白質(zhì)。一個寡糖鏈中單糖種類、連接位置、異頭碳構(gòu)型和糖環(huán)類型的可能排列組合數(shù)目是一個天文數(shù)字。糖蛋白中寡糖鏈的還原端殘基與多肽鏈氨基酸殘基之間的連接方式有:N糖肽鍵，如β GlcNAcAsn和O糖肽鏈，如αGalNAcThr/Ser, βGalHyl, βLArafHyp,N連接的寡糖鏈(N糖鏈)都含有一個共同的結(jié)構(gòu)花式稱核心五糖或三甘露糖基核心，N糖鏈可分為復(fù)雜型、高甘露糖型和雜合型三類，它們的區(qū)別王要在外周鏈,O糖鏈的結(jié)構(gòu)比N糖鏈簡單，但連接形式比N糖鏈的多。糖蛋白中的寡糖鏈在細(xì)胞識別包括細(xì)胞粘著、淋巴細(xì)胞歸巢和精卵識別等生物學(xué)過程中起重要作用。在人紅細(xì)胞表面上存在很多血型抗原決定簇，其中多數(shù)是寡糖鏈。在ABO血型系統(tǒng)中A，B，O（H）三個抗原決定簇只差一個單糖殘基,A型在寡糖基的非還原端有一個GalNAc,B型有一個Gal,O型這兩個殘基均無。 凝集素是一類非抗體的能與糖類專一結(jié)合的蛋白質(zhì)或糖蛋白，伴刀豆凝集素A(ConA),花生凝集素等屬植物凝集素。細(xì)菌和病毒也有凝集素，如流感病毒含紅細(xì)胞凝集素。作為各類白細(xì)胞CAM的選擇蛋白家族也屬于凝集素。此家族中已知有L、E、P三種選擇蛋白，它們通過細(xì)胞粘著產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)，如免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、腫瘤轉(zhuǎn)移等。 糖胺聚糖和蛋白聚糖是動物細(xì)胞外基質(zhì)的重要成分。糖胺聚糖是由己糖醛酸和己糖胺組成的二糖單位重復(fù)構(gòu)成。多數(shù)糖胺聚糖都不同程度地被硫酸化如4硫酸軟骨素、硫酸角質(zhì)素等。糖胺聚搪多以蛋白聚糖形式存在，但透明質(zhì)酸是例外。蛋白聚糖是一類特殊的糖蛋白，由一條或 多條糖胺聚糖鏈和一個核心蛋白共價連接而成。有的蛋白聚糖以聚集體(透明質(zhì)酸分子為核心)形式存在。它們是高度親水的多價陰離子，在維持皮膚、關(guān)節(jié)、軟骨等結(jié)締組織的形態(tài)和功能方面起重要作用。 寡糖鏈結(jié)構(gòu)分析的一般步驟是:分離提純待測定的完整糖鏈，對獲得的均一樣品用GLC法測定單糖組成，根據(jù)高碘酸氧化或甲基化分析確定糖苷鍵的位置，用專一性糖苷酶確定糖苷鍵的構(gòu)型。糖鏈序列可采用外切糖苷酶連續(xù)斷裂或FAB MS等方法加以測定。習(xí)題1．環(huán)狀己醛糖有多少個可能的旋光異構(gòu)體，為什么？[25=32]解：考慮到CCCCC5各有兩種構(gòu)象，故總的旋光異構(gòu)體為25=32個。2．含D吡喃半乳糖和D吡喃葡萄糖的雙糖可能有多少個異構(gòu)體(不包括異頭物)?含同樣殘基的糖蛋白上的二糖鏈將有多少個異構(gòu)體?[20；32]解：一個單糖的C1可以與另一單糖的CCCCC6形成糖苷鍵，于是αD吡喃半乳基D吡喃葡萄糖苷、βD吡喃半乳基D吡喃葡萄糖苷、αD吡喃葡萄糖基D吡喃半乳糖苷、βD吡喃葡萄糖基D吡喃半乳糖苷各有5種，共54=20個異構(gòu)體。糖蛋白上的二糖鏈其中一個單糖的C1用于連接多肽，CCCC6用于和另一單糖的C1形成糖苷鍵，算法同上，共有44=16個，考慮到二糖與多肽相連時的異頭構(gòu)象，異構(gòu)體數(shù)目為162=32個。3．寫出βD脫氧核糖、αD半乳糖、β L山梨糖和βDN乙酰神經(jīng)氨酸（唾液酸)的Fischer投影式，Haworth式和構(gòu)象式。4．寫出下面所示的(A).(B)兩個單糖的正規(guī)名稱(D/L,α/β，f/p),指出(C).(D)兩個結(jié)構(gòu)用RS系統(tǒng)表示的構(gòu)型(R/S)[A、α DfFru；B、αL pGlc； C、R； D、S]5. L7葡萄糖的α和β異頭物的比旋[αD20]分別為+176。和+176。當(dāng)αD吡喃葡糖晶體樣品溶于水時，比旋將由+176。降至平衡值+176。計算平衡混合液中α和β異頭物的比率。假設(shè)開鏈形式和呋喃形式可忽略。[%，%]解：設(shè)α異頭物的比率為x，+(1－x)=,解得x=%，于是(1－x)= %。6．將500 mg糖原樣品用放射性氰化鉀（K14CN)處理，被結(jié)合的14CN—，另一500 mg同一糖原樣品，用含3% HCl的無水甲醇處理，使之形成還原末端的甲基葡糖苷。然后用高碘酸處理這個還原端成為甲基葡糖苷的糖原，新產(chǎn)生的甲酸準(zhǔn)確值是347μmol。計算(a)糖原的平均相對分子質(zhì)量.(b)分支的程度(分支點%)[(a)106。 (b)%]解：(a)Mr=(106)= 106 (b)347106163/=%7． D葡萄糖在31℃水中平衡時， %%。計算D葡萄糖在31℃時由α異頭物轉(zhuǎn)變?yōu)棣庐愵^物的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。 /molK。[ΔG0= 1. 31kJ /mol]解：ΔG0= RTln(c2/c1)=300ln()= kJ /mol8．竹子系熱帶禾本科植物， m/d高，假定竹莖幾乎完全由纖維素纖維組成，纖維沿生長方向定位。計算每秒鐘酶促加入生長著的纖維素鏈的單糖殘基數(shù)目。 nm。[7800殘基/s]解：[(243600)]/109=7800殘基/s9．經(jīng)還原可生成山梨醇(D葡萄醇)的單糖有哪些?[L山梨糖。D葡萄糖。L古洛糖；D果糖]10．寫出麥芽糖(α型)、纖維二糖(β型)、龍膽糖和水蘇糖的正規(guī)(系統(tǒng))名稱的簡單形式，并指出其中哪些(個)是還原糖，哪些（個)是非還原糖。解：麥芽糖(α型)：Glcα(1→4)Glc纖維二糖(β型)：Glcβ(1→4)Glc龍膽糖：Glcβ(1→6)Glc水蘇糖：Galα(1→6)Galα(1→6)Glc(α1←→β2)Fru11．纖維素和糖原雖然在物理性質(zhì)上有很大的不同，但這兩種多糖都是14連接的D葡萄糖聚合物，相對分子質(zhì)量也相當(dāng)，是什么結(jié)構(gòu)特點造成它們在物理性質(zhì)上的如此差別?解釋它們各自性質(zhì)的生物學(xué)優(yōu)點。答：糖原是人和動物餐間以及肌肉劇烈運動時最易動用的葡萄糖貯庫。纖維素是植物的結(jié)構(gòu)多糖，是他們的細(xì)胞壁的主要組成成分。12．革蘭氏陽性細(xì)菌和陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁在化學(xué)組成上有什么異同?肽聚糖中的糖肽鍵和糖蛋白中的糖肽鍵是否有區(qū)別?答：肽聚糖：革蘭氏陽性細(xì)菌和陰性細(xì)菌共有；磷壁酸：革蘭氏陽性細(xì)菌特有；脂多糖：革蘭氏陰性細(xì)菌特有。兩種糖肽鍵有區(qū)別：肽聚糖中為NAM的C3羥基與DAla羧基相連；糖蛋白中是糖的C1羥基與多肽Asnγ氨基N或Thr/Ser/Hyl/Hyp羥基O相連。13．假設(shè)一個細(xì)胞表面糖蛋白的一個三糖單位在介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞粘著中起關(guān)鍵作用。試設(shè)計一個簡單試驗以檢驗這一假設(shè)。[如果糖蛋白的這個三糖單位在細(xì)胞相互作用中是關(guān)鍵的，則此三糖本身應(yīng)是細(xì)胞粘著的競爭性抑制劑]14．糖蛋白中N連接的聚糖鏈有哪些類型?它們在結(jié)構(gòu)上有什么共同點和不同點?答：(1)復(fù)雜型( plex type)這類N糖鏈，除三甘露糖基核心外，不含其他甘露糖殘基。還原端殘基為GlcNAcβ1→的外鏈與三甘露糖基核心的兩個α甘露糖殘基相連,在三類N糖鏈中復(fù)雜型結(jié)構(gòu)變化最大。(2)高甘露糖型(highmannose type)此型N糖鏈除核心五糖外只含α甘露糖殘基。(3)雜合型(hybrid type )此型糖鏈具有復(fù)雜型和高甘露糖型這兩類糖鏈的結(jié)構(gòu)元件。15．舉出兩個例子說明糖蛋白寡糖鏈的生物學(xué)作用。答：(1)糖鏈在糖蛋白新生肽鏈折疊和締合中的作用； (2)糖鏈影響糖蛋白的分泌和穩(wěn)定性。（例見教材P60~P61）16．寫出人ABH血型抗原決定簇的前體結(jié)構(gòu)，指出A抗原、B抗原和O抗原(H物質(zhì))之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，[答案見表19]17．具有重復(fù)二糖單位，GlcUAβ(1→3)GlcNA，而單位間通過β(1→4)連接的天然多糖是什么?[透明質(zhì)酸]18．糖胺聚糖如硫酸軟骨素，其生物功能之一與該分子在水中所占的體積遠(yuǎn)比脫水時大這一生質(zhì)有關(guān)。為什么這些分子在溶液中所占體積會這樣大?答：由于分子表面含有很多親水基團(tuán)，能結(jié)合大量的水，形成透明的高粘性水合凝膠，如一個透明質(zhì)酸（HA）分子在水中將占據(jù)1000~10000倍于自身體積的空間。19．舉例說明內(nèi)切糖苷酶和外切糖苷酶在聚糖鏈結(jié)構(gòu)測定中的作用。（見教材P73）20．一種三糖經(jīng)β半乳糖苷酶完全水解后，得到D半乳糖和D葡萄糖，其比例為2：1，將原有的三糖用NaBH4還原，繼而使其完全甲基化和酸水解，然后再進(jìn)行一次NaBH4還原，最后用醋酸酐乙酸化，得到二種產(chǎn)物:①2,3,4,6四甲基1，5二乙酰基半乳糖醇,② ,5,6三乙酸基半乳糖醇，③。分析并寫出此三糖的結(jié)構(gòu)。[D Galβ(1→6)DGalβ(1→4)DGlc]第二章 脂質(zhì)提要 脂質(zhì)是細(xì)胞的水不溶性成分，能用有機(jī)溶劑如乙醚、氯仿等進(jìn)行提取。脂質(zhì)按化學(xué)組成可分為單純脂質(zhì)、復(fù)合脂質(zhì)和衍生脂質(zhì)；按生物功能可分為貯存脂質(zhì)、結(jié)構(gòu)脂質(zhì)和活性脂質(zhì)。天然脂肪酸通常具有偶數(shù)碳原子，鏈長一般為1222碳。脂肪酸可分為飽和、單不飽和與多不飽和脂肪酸。不飽和脂肪酸的雙鍵位置，有一個雙鍵幾乎總是處于C9C10之間(△9)并且一般是順式的。脂肪酸的物理性質(zhì)主要決定于其烴鏈的長度與不飽和程度。必需脂肪酸是指對人體的功能不可缺少，但必須由膳食提供的兩個多不飽和脂肪酸，亞油酸和α亞麻酸；前者屬ω6家族，后者ω3家族。 類二十碳烷主要是由20碳的花生四烯酸衍生而來并因此得名，包括前列腺素、凝血惡烷和白三烯，它們是體內(nèi)的局部激素。 三酰甘油或甘油三脂 (TG)是由脂肪酸與甘油形成的三脂。三酰甘油可分簡單三酰甘油和混合三酰甘油。天然油脂是簡單和混合三酰甘油的混合物。三酰甘油與堿共熱可發(fā)生皂化，生成脂肪酸鹽(皂)和甘油。三酰甘油也和游離脂肪酸一樣，它的不飽和鍵能發(fā)生氫化、鹵化和過氧化作用。測定天然油脂的皂化值、