第二章糖和苷

第二章糖和苷 厦门大学医学院药学系丘鹰昆 qyk@xmu.edu.cn

概述 • 结构类型 • 糖苷分类 • 糖和苷的物理性质 • 糖的化学性质 • 苷键的裂解 • 糖的提取分离 • 糖的鉴定和糖链结构的测定本章基本内容

糖类（saccharide） • 亦称碳水化合物（carbohydrate） • 是植物光合作用的初生产物 • 同时也是绝大多数天然产物合成的初始原料 • 苷类（glycosides） • 亦称苷或配糖体 • 是由糖或糖衍生物与另一非糖物质 (苷元, aglycone或配基, -genin) • 通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元，脱水形成的基本概念

分布广泛，常常占植物干重的80~90% • 主要活性：抗肿瘤、抗肝炎、抗心血管疾病、抗衰老等 • 例：人参、灵芝、黄芪、枸杞子、香菇、刺五加… • 生命活动所必需的四大类化合物 • 糖类、核酸、蛋白质、脂质简介

第1节单糖的立体化学

单糖 • 多羟基醛 (酮)类 • 水溶液中主要以环状半缩醛 (酮)形式存在 • 理论上，有多个位置上的OH可与C=O成环 • 由于环张力因素，自然界的糖存在形式为 • 5元氧环 (呋喃型糖，furanose) • 6元氧环 (吡喃型糖，pyranose) • 成苷后，缩 (酮)结构固定 • 单糖结构的3种表示方法 • Fischer投影式 • Haworth投影式 • 优势构象式 1、单糖的立体结构表示法

基本规则 • 主C链上下排列 • 氧化程度高的在上 • 横前竖后 • 缺点：不能真实表示单糖在水溶液中半缩醛 (酮)的环状存在形式 D-葡萄糖 Fischer投影式

Fischer式与Haworth式的改换 • Fischer式成环 • 保证环张力最小 • 成环C取代基发生了旋转: H的位置发生的变换 • Fischer式右侧的在环下 • Fischer式左侧的在环上 2、Fischer与Haworth式的改换

Fischer式与Haworth式的改换

以α-OH甘油醛为标准，将单糖分子的编号最大的不对称C原子的构型与甘油醛作比较而命名分子构型的方法以α-OH甘油醛为标准，将单糖分子的编号最大的不对称C原子的构型与甘油醛作比较而命名分子构型的方法 3、单糖的绝对构型 (D、L)

Fischer式中，最后1个手性C上的OH • 向右的为D型 • 向左的为L型 Fischer式

最后1个手性C参与成环 • 依据最后1个手性C ：C5(吡喃糖)或C4(呋喃糖)上大取代基的方向 • 向上为D型 • 向下为L型 • 最后1个手性C (原构型标准) 未参与成环 • 依据该手性C原有构型判断 • 呋喃型已醛糖 • 吡喃型戊醛糖 • 吡喃型已酮糖 Haworth式

呋喃型已醛糖，C5-C6部分成为环外侧链 • C5-R者为D型 • C5-S者为L型

吡喃型戊醛糖 (C4-OH) 、吡喃型已酮糖 (C5-OH) • 环上者为L构型: S构型 • 环下者为D构型: R构型

C1-OH与最后1个手性C [C5(六碳糖)或C4(五碳糖)]上取代基间的相对构型 • Fischer式 • 顺式为α • 反式为β • Haworth式 • 同侧为β • 异侧为α 4、单糖的相对构型 (α,β)

最后1个手性C (原构型标准) 未参与成环的Haworth式 • 先判断糖D、L构型，再判断α、β • 习惯上D型糖中C1-OH • 处环上者为β体 • 环下者为α体 • 在L型糖中相反 • 处环上者为α体 • 环下者为β体

5、单糖的优势构象式

Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性，比较二种构象式的总如：葡萄糖的自由能差值，能量低的是优势构象。Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性，比较二种构象式的总如：葡萄糖的自由能差值，能量低的是优势构象。 • 二种构象式的比较：

第2节糖和苷的分类

已发现的种类 • 200多种 • 3~8个C，其中五、六碳糖最多 • 存在形式 • 多为结合状态 • 仅有葡萄糖、果糖等少数为游离存在 • 词根 • 呋喃糖 -furanose • 吡喃糖 -pyranose • 配基 -genin • 苷 -oside • 糖 -ose • 糖醛酸 -uronic acid • 氨基糖 -samine • 糖醇 -itol 1、单糖类

L-阿拉伯糖 (L-arabinose, Ara) • D-木糖 (D-xylose, Xyl) • D-核糖 (D-ribose, Rib) 1) 五碳醛糖 (aldopentose)

D-葡萄糖 (D-glucose, Glc) • D-甘露糖 (D-mannose, Man) • D-半乳糖 (D-galactose, Gal) • D-阿洛糖 (D-allose, All) 2) 六碳醛糖 (aldohexose)

D-果糖 (D-fructose, Fru) • L-山梨糖 (L-sorbose) 3) 六碳酮糖

L-鼠李糖 (L-rhamnose, Rha) 4) 甲基五碳醛糖

D-芹糖 (D-apicose, Api) 5) 支碳链糖

是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类 • 主要存在于动物和微生物中 • 龙虾甲壳中得到的葡萄糖胺 (2-氨基-2-去氧-D-葡萄糖)为第1个发现的 • 天然存在的大多为2-氨基-2-去氧醛糖 • 氨基取代后往往对药理活性有较大的影响 6) 氨基糖 (amino sugar)

单糖分子的1~2个OH为H原子代替的糖 • 常见6-去氧糖、2,6-二去氧糖 • 主要存在于强心苷和微生物代谢产物中 7) 去氧糖 (dexylsugars)

单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物 • 存在于多糖、苷中 • 常见的类型：葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸 • 糖醛酸在水溶液中易环合成内酯，以平衡状态存在 8) 糖醛酸 (uronic acid)

木糖醇的制备 玉米芯、花生壳、甘蔗渣中含有多聚戊糖，将其粉碎，加硫酸、水加热，水解生成木糖→精制→催化加氢，就得到木糖醇 • 单糖的醛或酮基还原成OH后所得的多元醇 • 自然界分布很广 • 有的具有甜味 • D-山梨醇 (D-sorbitol) • D-甘露醇 (D-mannitol) • D-木糖醇 (D-xylitol) 9) 糖醇

环状多羟基化合物，从生源看属单糖衍生物 • 游离或成苷 • 具有很好的水溶性 • 环六醇 (肌醇，inositols)，9个异构体 10) 环醇 (cyclitols)

定义 • 2 ~ 9 个单糖分子 • 通过苷键结合而成的 • 直链或支链聚糖 • 分类 • 糖个数：双糖、三糖…… • 是否具有游离醛、酮C=O • 还原糖 • 非还原糖 • 如： • 蔗糖 (sucrose) • α-D-葡萄糖-(1→2)-β-D-果糖 • 麦芽糖 (maltose) • α-D-葡萄糖-(1→4)- β-D-葡萄糖 2、低聚糖类 (oligosaccharides)

环糊精 (cyclodextrin) • 由Bacillus macerans等菌产生的一种淀粉，可将淀粉水解为6~8个葡萄糖以1,4-环状结合的低聚糖 • 6、7、8聚体称为：α、β、γ-环糊精 • 特点 • 良好水溶性 • 分子内侧具有疏水性，可包合脂溶性药物 • 由于具有多个手性中心，可用于手性分离环糊精

α-D-Galp-(1→4)-β-D-Glcp-(1→4)-β-D-Glcp 6 ↑ 2 β-D-Fruf • p: 吡喃型 • f: 呋喃型 • 更正： • p67文字 • p 68图低聚糖的简明表示方法

10个以上单糖通过苷键结合而成 • 按生物体内功能分类 • 动植物的支持组织：纤维素、甲壳素等 • 不溶于水 • 分子呈直线型 • 动植物用于贮存养料的：淀粉、肝糖元等 • 可溶于热水成胶体溶液 • 分子呈支链型 • 按单糖组成分类 (-an) • 均多糖：由1种单糖组成 • 葡聚糖 (glucan), 果聚糖 (frucan) • 杂多糖：由2种以上单糖组成 • 葡萄甘露聚糖 (glucomannan), 半乳甘露聚糖 (galactomannan) • 许多多糖还含有O-乙酰基、N-乙酰基、磺酸酯等 3、多糖类 (polysaccharides)

β-D-Glcp 1 ↓ 6 β-D-Glcp 1 ↓ 6 [β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp]n • 香菇多糖：抗肿瘤 • 人参多糖：抗肿瘤、抗突变 • 女贞子多糖：免疫增强 • 茶叶多糖：抗凝血、抗血栓、降血脂几个重要的多糖

淀粉 (starch) • 由直链淀粉 (糖淀粉) +支链淀粉 (胶淀粉)组成 • 糖淀粉：α(1→4)连接D-葡聚糖，溶于热水得澄明溶液，占17~34% • 胶淀粉： α(1→4)或α(1→6)连接D-葡聚糖，溶于热水呈粘胶状 • 呈螺旋状，每个螺环6个葡萄糖分子 • 碘分子、离子可进入螺环通道，形成有色的包结化合物→显色 • 平均聚合度越大，颜色越深 • 糖淀粉：蓝色 • 胶淀粉：因为有分支，平均聚合度只有20~25，呈紫红色 • 纤维素 (cellulose) • 聚合度3000~5000的β(1→4)结合直链葡聚糖 • 直线状 • 人、肉食动物所含的β-苷酶很少，故无法吸收利用 • 微生物、原生动物、反刍动物可利用 1) 植物多糖

果聚糖 (fructans) • 菊淀粉 (inulin): D-Fru-(2→4)-β-D-Glc, 聚合度35，可用于测定肾清除率 • levans: D-Fru-(2→6)-β-D-Glc，也有β(2→1)分支 • 半纤维素 (hemicellulose) • 杂多糖 • 可被碱水溶解的酸性多糖：支链上多有糖醛酸 • 树胶 (gum) • 粘液质 (mucilage)、粘胶质 (pectic substance)

糖原 (glycogen) • 结构类似淀粉，但聚合度较大、分支更高 • 遇碘：红褐色 • 甲壳素 (chitin) • 由N-乙酰葡萄糖胺通过β(1→4)连接而成 • 结构、稳定性与纤维素类似 2) 动物多糖

酸性粘多糖 (acid mucopolysaccharide) • 亦称：糖胺聚糖 (glycosaminoglycan) • 由氨基己糖+糖醛酸组成的杂多糖 • 如： • 肝素 • 硫酸软骨素 • 透明质酸 • 常以蛋白质结合状态存在，统称：蛋白聚糖

肝素 (heparin) • 由2种二糖单元A、B聚合而成 • 高度硫酸酯化的右旋多糖，糖链上常接有丝氨酸、小肽 • 很强的抗凝血作用 • 硫酸软骨素 (chondroitin sulfate) • 降血脂作用 • 动物组织的基础物质：包括A、B、C数种 • A：软骨的主要成分 • B：硫酸皮肤素，半乳糖胺L-伊杜糖醛酸双糖聚合物 • 透明质酸 (hyaluronic acid) • 存在于眼球玻璃体、关节液中的酸性粘多糖 • 润滑、缓冲作用酸性粘多糖

糖与非糖组成的化合物——苷 • 分类 • 按苷原子不同分类：O、S、N、C-苷 • 按苷元不同分类：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷 • 按端基碳构型分 • α苷，多为L型； • β苷，多为D型。 • 按连接单糖个数分：单糖苷、双糖苷、叁糖苷 …… • 按糖链个数分 • 1个位置成苷——单糖链 • 2个位置成苷——双糖链 • 按生物体内存在分 • 原级苷——在植物体内原存在的苷 • 次级苷——原级苷水解掉一个糖或结构发生改变 4、苷类

按苷键不同分类 • 醇苷 • 是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷 • 酚苷 • 是通过酚羟基而成的苷 • 酯苷 • 苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷 • 氰苷 • α-羟腈苷 • 己发现50多种 • γ-羟腈苷 • 氧化偶氮类 1) O-苷

红景天苷 (rhodioloside) • 强壮增强适应力 • 毛茛苷 (ranunculin) • 杀虫、杀菌 • 京尼平苷 (geniposide) • 栀子 • 泻下、利胆 • 甘草酸 • 抗肿瘤 • 海星环苷醇苷

天麻苷 (gastrodin) • 镇静 • 番泻苷A (sennoside A) • 泻下 • 芦丁 (rutin) • 软化血管 • 秦皮素 • 抗菌酚苷

α-羟氰苷 • 体内产生HCN发挥镇咳作用，过量→死亡 • 服用乳糖→竞争体内的β-葡萄糖苷酶→预防中毒、提高LD50 氰苷 (cyanogenic glycoside)

γ-羟氰苷 • 垂盆草苷：降低谷丙转氨酶 • 稀碱，水解→异垂盆草苷 • 氧偶氮苷类 • 苏铁苷 (cycasin)、新苏铁苷 (neocycasin) • 肝脏内代谢→CH2N2→毒性氰苷

酯苷的苷键 • 酯的性质 • 缩醛的性质酯苷 (酰苷)

靛苷 (indicant) • 菘蓝苷 (isatan B) 吲哚苷

萝卜苷 (glucoraphenin) • 黑芥子苷 (sinigrin) • 白芥子苷 (sinalbin) 2) S-苷

腺苷 (adenosine) • 鸟苷 (guanosine) • 胞苷 (cytidine) • 尿苷 (uridine) • 巴豆苷 (crotonoside) 3) N-苷

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