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糖类（carbohydrate)糖类广泛存在于生物界，所有生物体都含有糖类。植物所含有的糖类最多，约占其干重的80%，例如植物细胞壁的纤维素、粮食中的淀粉、水果中的果糖等；动物的血液中含有葡萄糖，肝脏和肌肉中含有糖原；微生物中的糖类占菌体干重的10%-30%，如细菌细胞壁的肽聚糖。糖类物质是地球上数量最多的一类有机化合物。地球的生物量干重的50％以上是由葡萄糖的聚合物构成的。地球上糖类物质的根本来源是绿色细胞进行的光合作用。（1）是生物体主要的能量来源，正常成年人70%的能量来自于糖类。（2）有些糖类可以作为生物体的结构物质，例如构成植物细胞壁的纤维素，昆虫和甲克类的外骨骼的壳多糖。（3）糖类在细胞内经过各种化学变化后，可以转变为其它的化合物，如蛋白质、脂类。（4）可以和蛋白质结合成糖蛋白，位于细胞膜上，是细胞接受外界信号的受体，在细胞识别、细胞内外信号的传递以及调节生命活动中都有重要的作用。一、糖类的主要生物学作用大多数糖类物质由碳、氢、氧三种元素组成，其结构式可以用Cn(H2O)n来表示，旧称碳水化合物。但也有一些例外，有些糖类物质，如鼠李糖（C6H12O5），其分子中的H、O原子数比例并非2：1，而一些非糖物质，如甲醛（CH2O），其分子中的H、O原子数比例却是2：1，因此碳水化合物这一称呼已经不再沿用。saccharide二、糖类物质的组成糖类：多羟醛、多羟酮及其缩聚物和衍生物的总称。糖类物质根据它们的聚合度可分为三大类:1。单糖（monosaccharide)不能被水解成更小的分子。按C原子数分有丙、丁、戊、己、庚糖。其中戊糖和己糖是最重要的单糖。按照特殊基团来分，可分为醛糖和酮糖。2。寡糖（oligosaccharide)由2－20个单糖聚合去水生成的糖。3。多糖（polysaccharide)多个单糖或其衍生物聚合而成。分为同多糖：同种单糖或衍生物聚合而成杂多糖：不同种单糖或衍生物聚合而成三、糖类物质的分类复合糖：与蛋白质、脂类等生物分子形成的共价聚合物。最简单的糖类物质，不能被水解成更小分子的糖类。根据所含的碳原子数目可以分为丙糖（三碳糖）、丁糖（四碳糖）、戊糖（五碳糖）和己糖（六碳糖）。其中，戊糖和己糖较多见.典型的单糖:葡萄糖、果糖、半乳糖。（一）单糖monosaccharide单糖的构型D－型和L－型：以甘油醛作标准在D－型甘油醛的基础上，每增加一个C原子，就会形成2种单糖分子：D－赤藓糖和D－苏糖。1、葡萄糖Glucose广泛分布于自然界，是许多多糖的组成成分。在医学和生理学上称为血糖，它能被人体直接吸收并利用。是人体和动物代谢的重要能源，是植物中淀粉和纤维素的构件分子。葡萄糖在工业上用盐酸水解淀粉的方法获取，是食品和制药工业的重要原料。酵母可以使其发酵。化学分子式：C6H12O6由6个碳原子组成，含有一个醛基（－CHO），含有5个羟基（－OH），又可以称为多羟基醛。Fischer式随着对单糖性质研究的深入，化学家Fischer认为单糖不仅具有链状结构，还具有环状结构。环状结构提出后，圆满解释了单糖分子所具有的化学性质。Haworth式+α－D-Glcβ-D-Glc由Fischer写成Haworth式：顺时针画平面，左上右下，氧桥一端反向单糖环状分子的1位碳原子是不对称碳，与其相连的H和OH的位置就有2种可能的排列方式，形成α－型和β-型，称为异头物。其它的单糖同样也具有环状结构。单糖同时具有开链结构和环状结构，环状结构更重要。单糖在晶体状态或在水溶液中，绝大部分是环状结构，在水溶液中，链状结构和环状结构是可以相互转变的。必须指出的是，单糖的链状结构在空间上不成一条直线，环状结构的各个原子也不在同一平面上。2、果糖Fructose果糖是自然界中最丰富的酮糖，以游离状态与葡萄糖和蔗糖一起存在于果汁和蜂蜜中，或与其它单糖结合成某些寡糖的组成成分，或以果聚糖形式存在于菊科植物中。工业上现在多用木糖异构酶（或称葡糖异构酶），将葡萄糖糖浆（淀粉水解液）转化为果糖糖浆。链状结构环状结构+半乳糖Galactose核糖Ribose3、单糖的性质（一）单糖的物理性质：1。旋光性几乎所有的单糖及其衍生物都有旋光性。单糖从丙糖到庚糖，都含有手性碳原子，因此具有旋光性。单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新的手性中心，产生两个异头物。异头物在水溶液中通过直链形式可以互变，经过一段时间后达到平衡，这就是单糖溶液产生变旋现象的原因。2。变旋现象糖甜度糖甜度果糖转化糖蔗糖葡萄糖木糖173.313010074.340鼠李糖麦芽糖半乳糖棉子糖乳糖32.532.532.122.616.1以蔗糖为标准定为100，其他糖类的相对甜度见上表，可以看出果糖是最甜的糖。糖的甜度与化学结构有关，是由糖分子中的某些原子团对舌尖味觉神经所引起的刺激引起的。多糖无甜味，是因为其分子太大，不能透过舌尖的味觉细胞。3。甜度糖醇类在体内比其它糖吸收慢，代谢途径也不同，并且不易被口腔细菌所利用，因此是一类低热量防龋齿的增甜剂。糖精、天冬苯丙二肽、蛇菊苷和应乐果甜蛋白是一类低热量或者无热量的非糖增甜剂。其中，糖精和天冬苯丙二肽是人工合成的，非糖甜味剂可以作为糖尿病、心血管病、肥胖病和高血压患者的医疗食品添加剂。4。溶解度单糖分子有多个羟基，增加了它的溶解度，除甘油醛微溶于水，其它单糖均易溶于水，特别在热水中溶解度极大。单糖微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙酮等非极性有机溶剂。（二）单糖的化学性质：单糖是多羟基的醛或者酮，涉及功能团的性质有，醛基或/和伯醇基被氧化成羧基；羰基被氧化成醇基；羰基与苯肼或氰化氢等起反应；羰基在弱碱中发生分子重排（异构化）；异头羟基参与成苷反；一般羟基参与成酯、成醚、脱水，氨基化和脱氧等反应。某些单糖（如葡萄糖、果糖、甘露糖等）能在体内发酵成乙醇。单糖磷酸酯：或称磷酸化单糖，广泛存在于各种细胞中，他们是很多代谢途径的主要参与者。例如，葡糖－1－磷酸，葡糖－2－磷酸，果糖－6－磷酸，果糖－1，6－二磷酸，核糖－5－磷酸，木酮糖－5－磷酸等等。单糖的重要衍生物（二）寡糖Oligosaccharides由2~10个单糖分子聚合而成的糖类物质，连接单糖分子之间的化学键称为糖苷键。寡糖中比较重要的是二糖和三糖。二糖：由2个分子单糖聚合而成。三糖：由3个分子单糖聚合而成。二糖Disaccharides二糖是最简单的寡糖，由2分子单糖缩合而成。最重要的二糖是人类日常食用的蔗糖﹑麦芽糖和乳糖。1、蔗糖Sucrose俗称食糖，它形成并广泛存在于光合植物（根、茎、叶、花和果实）中，不存在于动物中。蔗糖的主要来源是甘蔗、甜菜和糖枫。蔗糖水解后产生葡萄糖和果糖的混合物，比蔗糖甜，通常称为转化糖。蔗糖可以被酵母发酵，产生酒精。加热到200℃得到棕黑色焦糖，可用作酱油的增色剂。蔗糖的溶解度很大，并且大多数的生物活性都不受高浓度的蔗糖影响，因此蔗糖适合作为植物组织间糖的运输形式。由1分子D－葡萄糖和1分子D－果糖聚合而成。其糖苷键类型为：葡糖α1-β2果糖糖苷键2、麦芽糖Maltose是淀粉的水解产物，由2分子的葡萄糖聚合而成，俗称饴糖。谷类种子发芽时，淀粉在消化道中被淀粉酶水解即产生麦芽糖，用酸水解淀粉也可产生麦芽糖，用麦芽（含淀粉酶）使淀粉水解成麦芽糖是民间常用的方法。食品工业中麦芽糖用做蓬松剂，防止烘烤食品干瘪，以及用作冷冻食品的填充剂和稳定剂。由2分子D－葡萄糖聚合而成。其糖苷键类型为：葡糖α（1-4）糖苷键麦芽糖有α－和β－两型，一般晶体麦芽糖为β－型.3、乳糖Lactose乳糖存在于所有研究过的哺乳动物乳汁中，含量约5％。工业上乳糖是从乳清中制取的，乳清是生产奶酪时经凝乳酶作用沉淀去除蛋白质后的水溶液。由1分子葡萄糖和1分子半乳糖聚合而成。由1分子葡萄糖和1分子半乳糖聚合而成。其糖苷键类型为：半乳糖β（1-4）葡糖糖苷键乳糖也有α－和β－两型，一般晶体乳糖为α－型SucroseMaltoseLactose组成（均为D型）苷键旋光变旋还原性1Glc,1Fruα，β-1，2+--2Glcα-1,4+++1Glc,1Galβ-1,4+++二糖总结三糖棉子糖广泛分布于高等植物界。棉子糖完全水解产生葡萄糖、果糖和半乳糖各1分子。（三）多糖Polysaccharides多糖是由多个单糖分子聚合而成的糖类，相对分子量都很大，在水中只能形成胶体溶液，都没有甜味。自然界中的糖类主要以多糖形式存在。多糖根据是由一种还是多种单糖单位组成可分为同多糖和杂多糖。同多糖中最重要的是淀粉﹑糖原和纤维素。多糖的共同特性1．分子量一般很大，在几万以上。在水中不能形成真溶液，有的根本不溶于水，如纤维素。2．物理性质：有旋光性，但无变旋现象。无甜味。3．化学性质：无还原性。多糖的重要功能（1）组成植物和动物骨架的原料，如植物的纤维素，动物的几丁质。（2）是重要的能量贮存形式，如淀粉和糖原。（3）很多其它的多糖类物质如粘多糖、血型物质等具有更加复杂的生理功能，在动物、植物和微生物体中起到重要的作用。（1）淀粉Starch是植物贮存的养料，是人类食物中的主要营养物质，存在于谷类、根、茎和某些植物种子以及干果中。天然淀粉为颗粒状，一般含有两种组分，直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉，溶解于水；支链淀粉,不溶解于水。多数淀粉所含的直链淀粉和支链淀粉的比例为（20%-25％）：（75％－80％）。某些谷物如糯米几乎只含支链淀粉，而皱缩豌豆中直链淀粉的含量高达98％。支链淀粉和支链淀粉在物理和化学性质上各有差异。1、同多糖直链淀粉由葡萄糖单位通过α（1-4）糖苷键连接而成的线形分子。链长约为250~300个葡萄糖单位。左图为支链淀粉的空间构象。由于α（1-4）糖苷键的连接，淀粉分子中的每个残基与下一个残基都成一定角度，因此淀粉链形成有规则的卷曲螺旋状，每一圈有6个葡萄糖基。根据X－射线衍射分析，直链淀粉的二级结构是一个左手螺旋，每圈螺旋含6个残基，螺距0.8nm，直径1.4nm。直链淀粉是应用X－射线衍射技术阐明的第一个生物聚合物。碘分子正好能嵌入螺旋中心空道，每圈可容纳一个碘分子，通过朝向圈内的羟基氧和碘之间的相互作用形成稳定的深蓝色淀粉－碘络合物。产生特征性的蓝色需要约36个，即6圈的葡萄糖残基。直链淀粉螺旋中的短串碘分子比直链淀粉中的长串碘分子吸收更短波长的光，因此支链淀粉遇碘呈紫色到紫红色。支链淀粉支链淀粉是高度分支的，约每25－30个单位的葡萄糖残基就含有一个分支。线形链段也是α（1-4）糖苷键连接，只是分支点处还存在α（1-6）糖苷键连接。支链淀粉分子中各分支也都卷曲成螺旋。淀粉在酸或者淀粉酶的作用下逐步降解，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，与碘作用呈现由蓝紫色、紫色、红色到无色。降解淀粉的酶主要有α－淀粉酶和β－淀粉酶。α－淀粉酶广泛存在于动植物和微生物中，它可以随机作用于淀粉内部的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如大麦芽中，是一种外切葡糖苷酶，专门从淀粉的非还原端开始断裂α（1-4）糖苷键，逐个除去二糖单位。直链淀粉相对分子量约为4,000~400,000，支链淀粉相对分子量约为500,000~1,000,000。淀粉是重要的营养物质之一，人类活动所需要的能量，大部分由粮食中的淀粉所供给。淀粉也是制造麦芽糖、葡萄糖、酿酒的原料，纺织工业的浆纱，也需要淀粉。糖原Glycogen糖原也是由葡萄糖构成，分子中葡萄糖单位之间的连接方式与支链淀粉相同。相比于支链淀粉，糖原含支链较多。糖原具有重要的生理功能。人体内的糖原主要有肝糖原和肌糖原2种。肝脏中的肝糖原可分解为葡萄糖进入血液，供组织使用，肌肉中的肌糖原分解为葡萄糖为肌肉收缩提供能量。纤维素Cellulose纤维素也是由葡萄糖构成，但葡萄糖单位之间的连接方式为β（1-4）糖苷键。纤维素不含支链。纤维素的空间构象呈带状，糖链之间通过氢键堆积起来成为紧密的片层结构，使纤维素具有很强的机械强度，对生物体起支持和保护作用。纤维素是生物圈最丰富的有机物质，占植物界碳素的50％以上。纤维素