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11碳水化合物和蛋白质碳水化合物：包括糖、淀粉和纤维素——自然界分布最广的有机物通式：Cn(H2O)m本质结构：多羟基醛、酮11.1碳水化合物11.1.1碳水化合物的概述碳水化合物的涵义碳水化合物如：糖、淀粉、纤维素等，都是天然有机化合物，它们对维持动植物的生命起着重要的作用。人类的遗憾——自身没有生产碳水化合物的本领。•植物的骄傲——通过光合作用产生糖。6CO2+6H2O+太阳能光合作用C6H12O6+O2碳水化合物的元素组成——C、H、O。三种元素中H：O=2：1，相当于H2O中的H：O比。碳水化合物因此而得名，并赋予下面通式：•Cn(H2O)m•事实上，碳水化合物并不是以C和H2O的形式存在的。如：鼠李糖——C6H12O5，其结构与性质均与碳水化合物相同，但却不符合上面的通式。HCHO=CH2O；CH3COOH=C2(H2O)2甲醛醋酸符合上面的通式，但它们却不是糖。可见沿用至今的碳水化合物这一名称已失去了原来的涵义。碳水化合物现在的涵义：从结构上看，碳水化合物系指多羟基醛或多羟基酮以及水解后能生成多羟基醛或多羟基酮的一类化合物。11.1.2碳水化合物的分类：1.单糖（monosaccharides）：不能再水解为更小分子的多羟基醛和多羟基酮。如葡萄糖、果糖等。2.低聚糖（Oligosaccharides）：能水解为二、三个或几个单糖的碳水化合物。如：蔗糖、麦芽糖、棉子糖等。3.多糖（polysaccharides）：水解后能生成若干分子单糖的碳水化合物。如：淀粉、纤维素。分类：单糖：不能再水解的多羟基醛或多羟基酮及其衍生物低聚糖：2－10个单糖多聚糖：10个单糖根据碳原子数不同：戊糖己糖根据羰基的不同：醛糖酮糖单糖：因含—CHO，故属醛糖因含C=O，故属酮糖按分子中所含碳原子数目还可分为：四碳糖（丁糖）；五碳糖（戊糖）；六碳糖（己糖）其中最重要的是：戊糖：核糖；己糖：葡萄糖。单糖CHOCH2OHCH2OHCH2OHHOHC=OD-(+)-甘油醛二羟基丙酮最简单的单糖是三碳糖。单糖的结构1.构型的表示方法（1）投影式：如葡萄糖HCHOOHHOHHOHHOHCH2OHCHOOHHOOHOHCH2OHCHO11.1.3单糖(2)相对构型表示法：D/L表示以D-(+)甘油醛和L-(-)甘油醛为标准，比较编号最大的手性碳原子的构型。编号最大的手性碳的构型与D-(+)-甘油醛相同——D构型与L-(-)-甘油醛相同——L构型CHOCH2OHHHOCHOCH2OHOHHL-(-)-甘油醛D-(+)-甘油醛HCHOOHHOHHOHHOHCH2OHCH2OHOHOHHOHHOHCH2OHD-(+)-葡萄糖D-(-)-果糖手性碳原子的概念：连有四个各不相同基团的碳原子称为手性碳原子。己醛糖己酮糖CHOHCOHHCOHHCOHHCOHH2COHH2CCOHCOHHCOHHCOHH2COHOHH2CCOHOH2COH丙酮糖从靠近羰基的一端开始编号CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHCH2OHCHOHOH123456αβγδD-(+)-葡萄糖D-(+)-甘油醛2单糖的化学性质(1)氧化反应单糖可被多种氧化剂氧化，而表现出还原性。其氧化产物因所用氧化剂的不同而异。1)溴水氧化HCHOOHHHOOHHOHHCH2OHHCOOHOHHHOOHHOHHCH2OHBr2H2OBr2H2OCH2OHCHHOOHHOHHCH2OH=OD葡萄糖D葡萄糖酸D果糖这一反应实际上是在醛糖的氧环式半缩醛碳（即苷原子）上进行的：OHOHHOHHHCH2OHHOOHOHOHHOHHHCH2OHHOOBr2H2O=H2O+H2OHCOOHOHHHOOHHOHHCH2OHD葡萄糖酸D葡萄糖酸δ内酯证明：在弱酸条件下（PH=5.0），溴水可将己醛糖氧化为醛糖酸的内酯，且β-D–葡萄糖的氧化速率为α-D–葡萄糖的250倍。TollensAg(NH3)2Ag（银镜反应）FehlingCuSO4+酒石酸钾钠NaOHCu2O红色2)弱氧化剂——Fehling试剂和Tollens氧化用于鉴别还原糖与非还原糖象这种能还原Tollens和Fehling试剂的糖,称之为还原糖。HCHOOHHHOOHHOHHCH2OHHCOOHOHHHOOHHOHHCH2OHCH2OHCHHOOHHOHHCH2OH=OD葡萄糖D葡萄糖酸D果糖Ag+OH-Ag+OH-Cu2+OH-或Cu2+OH-或(2)还原反应：常用的还原剂：Na－Hg、H2/Ni、NaBH4等。还原产物：多元醇。CHOCH2OH[H]CH2OHCH2OH葡萄糖醇又称山梨醇CH2OHCH2OHO[H]CH2OHCH2OH+CH2OHCH2OHCH2OHCH2OHOHNO3COOHCOOH+COOHCOOHCOOHCOOH+山梨醇甘露醇酮糖的氧化较为困难，在强烈条件下，则碳链断裂氧化成较小分子的羧酸。单糖脎苯肼CHOOHHOOHOHCH2OHC6H5NHNH2HCNHOOHOHCH2OHNNHNHC6H5C6H5D-(+)-葡萄糖D-(+)-葡萄糖脎α-羟基醛或α-羟基酮的成脎反应都在C1与C2上进行。(3)成脎反应：一般说来，不同的糖将生成不同的糖脎；即使生成相同的糖脎，其反应速度、析出脎的时间也不同。因此，我们可用成脎反应来鉴别糖。(4)成苷反应：HOOHOHOHOHCH2OHCH3OH干HClHOOHOOOHCH2OHCH3HOOHOOOHCH2OHCH3有α、β两种异构体α甲基葡萄糖糖苷β甲基葡萄糖糖苷环状半缩醛相当于缩醛或缩酮结构象这种糖分子中苷羟基上的氢原子被其它原子取代的产物,叫做苷或配糖体。根据糖苷的结构，我们可以做出如下判断：1.由于成苷以后，苷羟基消失，故不能再转变为开链式，因此也就不在具备下列性质：A.没有变旋光现象；B.不能成脎；C.不能被Tollens、Fehling试剂氧化。2.正因为糖苷是一种缩醛或缩酮，因此它对碱稳定。但在酸性条件下，易水解为原来的糖和醇。HOOHOOHCH2OHHOCH3H+或酶HOOHOHOHOHCH2OH(5)成酯和成醚反应：糖分子中的羟基，除苷羟基外，均为醇羟基，故在适当试剂作用下，可生成醚或酯：HOOHOHOHOHCH2OH(CH3)2SO4或CH3IAg2OCH3OOHOCH3CH2OCH3CH3OOCH311.1.4低聚糖低聚糖中最重要的是二糖。二糖可看成是两分子单糖的苷羟基彼此间失水或一分子单糖的苷羟基与另一分子单糖的醇羟基之间失水而形成的。1蔗糖（Sucrose）蔗糖结构的确定：(1)将蔗糖水解，得到两分子单糖——一分子葡萄糖和一分子果糖。证明蔗糖是有葡萄糖和果糖构成的。(2)蔗糖没有变旋光现象、不能成脎、也不能还原Tollens和Tchling试剂。说明蔗糖分子已没有苷羟基存在，是一种非还原糖。苷羟基的消失告诉我们是葡萄糖的苷羟基和果糖的苷羟基彼此失水的结果。可见蔗糖既是一个葡萄糖苷，也是一个果糖苷。(3)无论是葡萄糖还是果糖都有α-、β-两个异构体，那么构成蔗糖的两分子单糖是哪一种异构体呢？这只能借助生化法——酶来证明（酶对糖的水解具有选择性）：麦芽糖酶——只能水解α-葡萄糖苷（酵母中含有这种酶）；苦杏仁酶——只能水解β-葡萄糖苷；转化糖酶——可水解β-果糖苷。结论：蔗糖是由一分子α-葡萄糖和一分子β-果糖的苷羟基缩合失水而成。蔗糖的[α]D=+66。，但其水解后生成的葡萄糖和果糖的混合物却是左旋的，这是为什么呢？C12H22O11蔗糖H+C6H12O6+C6H12O6葡萄糖果糖+66。+52.5。92.4。转化糖α[]D20=20。由于蔗糖水解时，比旋光度发生了由右旋向左旋的转化，故蔗糖的水解反应又称为转化反应，生成的葡萄糖和果糖混合物称之为转化糖。2麦芽糖（Maltose）麦芽糖的分子式也是C12H22O11，其结构证明如下：(CH3O)2SO2OHOCH3OCH3OCH3OCH2OCH3O*OCH3COOHCH3OCH2OCH3CH3OH3O++OCH3OCH3OCH3OCH2OCH3OH*HOOCH3COOHCH3OCH2OCH3CH3O123456结论：麦芽糖是由一分子α-葡萄糖与另一分子葡萄糖C4上的羟基彼此缩合失水而成的，通常将这种形式的苷键称之为α-1,4–苷键。由于麦芽糖分子还有一个自由的苷羟基，所以它存在着β-异头物与α-异头物的动态平衡：2，3，4，6-四甲基-D-葡萄糖2，3，6-三甲基-D-葡萄糖OHOHOOHCH2OHO*OHOOHCH2OHOH*OHOHOOHCH2OHO*OHOOHCH2OHOH*ααβ1,4苷键异头物异头物通过开链式3纤维二糖与麦芽糖相似，纤维二糖也是由两分子葡萄糖构成的一种还原糖。二者的区别是：麦芽糖为α-葡萄糖苷；纤维二糖为β-葡萄糖苷（因其可被苦杏仁酶水解）。因此，纤维二糖应具有下面结构：OHOHOOHCH2OHO*OHOOHCH2OHHOH*14β1,4苷键4乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，人乳中含乳糖5~8%，牛乳中含乳糖4~6%。乳糖的甜味只有蔗糖的70%。结构：由β-D-吡喃半乳糖的苷羟基与D-吡喃葡萄糖C4上的羟基缩合而成的半乳糖苷。OHOHHOHHOHCH2OHHHHOHOHHOHCH2OHHHOHOD-吡喃葡萄糖β-D-吡喃半乳糖-1,4-苷键β性质：具有还原糖的通性。α-型半乳糖β-型半乳糖[]D20=+92.6°α[]D20=+34.24°55.3°α11.1.5多糖1淀粉（Starch）淀粉是由若干葡萄糖分子组成的，按结构可分为直链淀粉和支链淀粉。(1)直链淀粉（20~30%）OHOHOOHCH2OHOOHOOHCH2OHHOH*OHOOHCH2OHOn链端中部链尾直链淀粉虽属线型高聚物，但卷曲成螺旋状，犹如线圈一样，紧密堆积在一起，水分子难以接近，故难溶于水。M约为15~60万（1000个葡萄糖单位以上）(2)支链淀粉（70~80%）主链：α-1,4苷键；支链：α-1,6苷键。OHOOOHCH2OHOOHOOHCH2OHOOHCH2OHOnOOHOOHCH2OHO14161,4-苷键1,6-苷键M约100~600万n=20~25。即每隔20~25个葡萄糖单位就有一个分支。因支链淀粉具有高度的分支，水分子易于接近而溶于水。1).水解：(C6H10O5)nH2OH+糊精H2OH+麦芽糖异麦芽糖1,6-苷键H2OH+C6H12O62).显色反应：直链淀粉支链淀粉+I2兰色紫红色为什么会有这样的颜色变化?这是因为淀粉二级结构中的孔穴（每圈为六个葡萄糖单位）恰好可以络合碘分子，而形成一个有色络合物的缘故。3)还原性：淀粉分子的末端虽有自由的苷羟基，却不显示还原性。(3)淀粉的性质：2纤维素（Cellulose）由葡萄糖以β-1,4苷键连接而成。OHOOOHCH2OHOOHOOHCH2OHHOHOOHOOHCH2OHn***14β1,4苷键(C6H10O5)nH2OH+或纤维素酶纤维二糖H2OH+C6H12O6纤维素与淀粉在结构上的差异仅在于两个葡萄糖分子的连接方式不同。纤维素及其衍生物有着重要的用途。•人的消化道中没有水解β-1,4葡萄糖苷键的纤维素的酶，所以人不能消化纤维素，但人对纤维素又是必不可少的，因为纤维素可帮助肠胃蠕动，以提高消化和排泄能力。11.2蛋白质蛋白质：含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分除水外，细胞内80％都是蛋白质,人类的主要营养物质之一。酶（球蛋白）——机体内起催化作用激素（蛋白质及其衍生物）——调节代谢血红蛋白——运输O2和CO2抗原抗体——免疫作用在生命现象中起重要的作用：氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物。分子中含有氨基和羧基两种官能团。(1)按氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相对位置，可将其分为：RCHCOOHNH2αα氨基酸RCHCH2COOHNH2αββ氨基酸RCHCH2CH2COOHNH2αβγγ氨基酸在这些类氨基酸中，与人关系最为密切的是α-氨基酸。它是构成蛋白质的基本单元。一氨基酸的分类与命名1．分类11.2.