第7章糖類和蛋白質

7.1糖的概述7.2單糖7.3二糖7.4多糖7.5氨基酸7.6蛋白質37.1糖的概述7.1.1糖的定義7.1.2糖的分類7.1.3糖的來源7.1.2糖的分類分為三大類。1.單糖單糖是最簡單的多羥基醛或多羥基酮，如葡萄糖、果糖等。2.二糖能水解成二個單糖的碳水化合物叫二糖，如蔗糖、麥芽糖及纖維二糖等。3.多糖能水解成多個單糖的碳水化合物叫多糖，如淀粉、纖維素等。7.1.3糖的來源糖是植物通過光合作用產生的一類物質。7.2單糖7.2.1葡萄糖的開鏈結構7.2.2葡萄糖的環狀結構7.2.3單糖的化學性質7.2.4重要的單糖7.2單糖按碳原子數目：丙糖、丁糖、戊糖和己糖等。分子中含有醛基的叫醛糖，含有酮基的叫酮糖。其中最重要的是戊糖中的核糖，己糖中的葡萄糖和果糖。單糖具有旋光性，其純品為結晶體，易溶于水，在水中的溶解度較大。如D-葡萄糖的開鏈式結構：（飽和：sp3；羰基：sp2）7.2.1葡萄糖的開鏈結構左上右下α

β1號碳羥基稱為苷羥基，仍保持著醛的性質。—苷羥基(活扣)1）與溴水反應醛糖與溴水反應生成糖酸，而酮糖不與溴水反應。2）與硝酸反應醛糖與硝酸反應生成糖二酸，而酮糖不與溴水反應。3）與托倫試劑反應醛糖和酮糖均能和托倫試劑反應，生成銀鏡。CH2OH-(CHOH)4-CHO(葡萄糖)+2Ag(NH3)2OH→CH2OH-(CHOH)4-COOH(葡萄糖酸)

+2Ag↓+H2O+4NH3

4）與費林試劑反應醛糖和酮糖均能與費林試劑反應，生成紅色的氧化亞銅沉淀。CH2OH-(CHOH)4-CHO(葡萄糖)+2Cu(OH)2→CH2OH-(CHOH)4-COOH(葡萄糖酸)

+Cu2O(紅)↓+2H2O這兩個反應常用作鑒別還原性糖。應用：在玻璃制品上鍍銀;檢查糖尿病患者尿中葡萄糖的含量。

酮糖也可以和托倫試劑或費林試劑反應，是因為在堿性條件下，酮和醛基之間通過烯醇式互變異構。例如：2.還原反應用化學試劑(Na-Hg、NaBH4等)或催化氫化等還原方法都可以把單糖還原成糖醇，例如：D-葡萄糖還原成葡萄糖醇。→3.成脎反應單糖與苯肼作用生成的二苯腙（黃色產物）稱為糖脎。如D-葡萄糖與苯肼作用生成葡萄糖脎:

D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖能生成相同的脎，說明除C1、C2外，其余碳原子的構型是相同的。4.生成醚和酯單糖能生成醚或酯。例如D-葡萄糖在無水HCl存在下和甲醇反應，只有苷羥基反應生成甲基葡萄糖苷。2）用途葡萄糖是一種重要的營養物質，它在人體組織中進行氧化反應，放出熱量，以供應人們所需要的能。C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2802kJ葡萄糖用于制藥工業，也用于糖果制造業。制鏡工業常用葡萄糖作還原劑鍍銀。2.果糖果糖的分子式也是C6H12O6。果糖在自然界中分布也較廣，常見于蜂蜜中。果糖比蔗糖甜。純凈的果糖是白色晶體，易溶于水，通常是粘稠的液體。天然的果糖的結構簡式是：CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH因此，果糖是一種多羥基酮。3.核糖核糖是戊醛糖。是細胞核的重要組成部分，是人類生命活動中不可缺少的物質。重要的核糖有核糖和脫氧核糖。它們的結構簡式是：CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHOCH2OH—CHOH—CHOH—CH2—CHO

脫氧核糖7.3二糖二糖可看作是由兩個單糖分子縮合失去一分子水而生成的化合物。其失水方式是兩種：一種是苷烴基與醇羥基縮合生成的二糖，其分子中仍然有一個苷羥基，稱為還原性糖，如麥芽糖、乳糖和纖維二糖；另一種是一個單糖分子的苷羥基和另一個單糖的苷羥基縮合生成的二糖，分子中沒有苷羥基，稱為非還原性糖，如蔗糖。7.3.1蔗糖C12H22O11，無色結晶，熔點185~186℃，易溶于水，其甜度次于果糖。蔗糖是非還原糖，不能還原費林試劑和托倫試劑，不能與苯肼生成脎。其結構中不含苷羥基：

（死扣）7.3.2麥芽糖麥芽糖是飴糖的主要成分，由于麥芽中有淀粉酶，因此淀粉經過麥芽中的淀粉酶的作用能水解為麥芽糖。唾液中也有淀粉酶，也能使淀粉水解為麥芽糖，所以細嚼淀粉食物常有甜味感。麥芽糖是無色片狀結晶，熔點160~165℃，易溶于水，甜味不及蔗糖。麥芽糖的分子式也是C12H22O11，與蔗糖分子式相同，但其結構卻與蔗結構不同。如下圖所示：D-麥芽糖此結構式表明，麥芽糖是由兩個D-葡萄糖分子通過α-1，4-苷鍵結合起來的二糖。麥芽糖分子中還有一個苷羥基，因此麥芽糖具有還原性，能還原費林試劑和托倫試劑，也能與苯肼作用生成糖脎。

在無機酸或麥芽糖酶存在的條件下，麥芽糖水解生成兩分子D-葡萄糖。如：C12H22O11+H2O→2C6H12O6麥芽糖D-葡萄糖麥芽糖是用含淀粉為原料，在淀粉酶的作用下，發生水解反應而生成的：2(C6H10O5)n+nH2O→nC12H22O11

淀粉麥芽糖麥芽糖也用作甜味食物

7.3.3纖維二糖白色晶體，熔點225℃，可溶于水。分子式為C12H22O11。

還原糖，能生成脎。纖維二糖經氧化、甲基化和水解等一系列反應證明，和麥芽糖一樣，由兩個D-葡萄糖分子通過1,4-苷鍵結合。但和麥芽糖不同，它只能被水解β-D-葡萄糖苷的酶所水解。表明纖維二糖是通過β-1，4-苷鍵結合起來的二糖。其結構如下：

纖維二糖無味，在人體內不能被分解消化。7.3.4乳糖乳糖存在于哺乳動物的乳汁中。在乳酸桿菌作用下可以氧化成乳酸。分子式為C12H22O11，為還原糖。用酸作催化劑可使它水解，生成一分子葡萄糖和一分子半乳糖。乳糖結構式如下：

7.4多糖多糖類是天然高分子化合物，它是由單糖分子通過苷鍵連接起來的高聚物。如果水解產物是同種單糖，稱為單多糖，如淀粉和纖維素；水解的產物是多種單糖時稱為異多糖，如瓊脂糖等。多糖分子量很大，一般不能形成結晶，不溶于水，沒有甜味，也沒有還原性。多糖中最常見的是淀粉和纖維素，它們的通式是（C6H10O5)n。淀粉和纖維素n值不同，結構上也不同。

7.4.1淀粉1.淀粉的水解淀粉主要存在于植物的種子、塊狀根和莖中，尤以稻米、麥子、玉米及薯類含量很高。淀粉在酸或酶的作用下逐步水解得到幾種產物。首先生成分子量較小的糊精，其次是麥芽糖，最終產物是D-葡萄糖。(C6H10O5)n→(C6H10O5)m→C12H22O11→C6H12O6

淀粉糊精麥芽糖葡萄糖淀粉水解最終生成具有還原性的葡萄糖，所以淀粉完全水解后能發生銀鏡反應。在人體內，淀粉在口腔內受唾液中淀粉酶的催化作用，開始水解。在小腸里，在胰臟分泌出的淀粉酶的作用下，繼續進行水解。生成的葡萄糖經過腸壁的吸收，進入血液。

2.淀粉的組成由D-葡萄糖通過α-1,4-苷鍵結合成麥芽糖，因此淀粉為麥芽糖的高聚物。淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉主要由α-D-葡萄糖通過α-1,4-苷鍵連接成的鏈狀分子其結構式可示意如下：碘和可溶性淀粉（直鏈淀粉）產生藍色物質，是由于直鏈淀粉形成一個螺旋狀空心，恰好容納碘分子，借助于范德華力形成一個藍色的包合物。圖

淀粉與碘形成包合物示意圖

7.4.2纖維素1.性質和結構纖維素是植物細胞壁的主要成分。棉花，木材，亞麻。無色、無味，不溶于水，無還原性，難以水解。徹底水解，得到的唯一單糖是D-葡萄糖。若只用高濃度的酸水解，則獲得纖維二糖等。纖維二糖由兩個D-葡萄糖分子通過β-1,4-苷鍵連接而成（麥芽糖是葡萄糖α-1,4-苷鍵結合）。纖維素分子是一條條卷曲的長鏈，長鏈間通過分子間的氫鍵結合成繩索狀的纖維。圖

纖維素鏈示意圖食草動物體內的纖維素酶能將纖維素水解，轉化成葡萄糖。纖維素的水解反應可表示如下：(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6

纖維素D-葡萄糖纖維素能夠如生成硝酸酯、乙酸酯等。纖維素是重要的工業原料，除直接用于紡織和造紙外，還可獲得多種衍生物。

2.纖維素酯1）硝酸纖維素酯工業上采用濃H2SO4和NHO3的混合酸與棉花作用獲得硝酸纖維素。含氮在13%以上的稱為三硝基纖維素，主要用于制造炸藥；含氮量在11~13%的，為火棉膠，用于封瓶口漆和照相底片等，含氮量在11%下的，為賽璐珞塑料，可以用作制造玩具等。硝酸纖維素易于著火，使用時應特別小心。2）醋酸纖維素酯纖維素在少量H2SO4存在下用乙酐或乙酸處理時，即得纖維素三醋酸酯：

[C6H7O2(OH)3]n+3n(CH3CO)2O[C6H7O2(CH3COO)3]n+3nCH3COOH纖維素三醋酸酯性脆，將其進行部分水解，即可得纖維素二醋酸酯。纖維素二醋酸酯可制作成絲狀或片狀，可用于生產人造絲、電影膠片等。3）纖維素黃原酸酯纖維素分子中的羥基在強堿介質中與CS2反應，生成纖維素黃原酸酯：[C6H7O2(OH)3]n

+nNaOH→[C6H7O2(O2)2ONa]n+nH2O纖維素黃原酸酯溶于堿中形成粘膠液，粘膠液噴入酸液中，黃原酸酯即分解重新析出纖維素，即是粘膠纖維。粘膠纖維經過不同的處理即可分別獲得人造絲、人造棉、人造毛等。當粘膠通過狹縫壓入酸液中即得到透明的薄膜，俗稱玻璃紙。7.5氨基酸7.5.1定義、分類和命名1.定義分子中具有氨基和羥基的化合物稱為氨基酸。2.分類Ⅰ----烴基種類1）脂肪族氨基酸2）芳香族氨基酸Ⅱ----氨基和羧基的數目1）中性----氨基和羧基的數目相等2）酸性---羧基數目多于氨基3）堿性---氨基數目多于羧基7.4.2性質無色的結晶，熔點一般在200℃以上。多數溶于水，而不溶于有機溶劑中。天然α-氨基酸除甘氨酸外，都具有旋光性。1.兩性及等電點氨基酸分子中具有堿性的氨基（-NH2）和酸性的羧基（-COOH），它們可以相互作用而成鹽，這種鹽稱為內鹽。3.命名內鹽是個偶極離子，具有鹽的性質，氨基酸之所以具有較高的熔點和難溶于有機溶劑等性質，都是由于這種內鹽構造所引起的。氨基酸是兩性物質，既能與酸生成鹽，也能與堿生成鹽。在水溶液中，氨基酸存在下列平衡：在酸性溶液中----（+）在電場中向負極移動；在堿性溶液中----（-）在電場中向正極移動。

氨基酸等電狀態的pH值稱為氨基酸的等電點。中性氨基酸的等電點一般在4.8~6.3之間，酸性氨基酸的等電點在2.8~3.2之間，堿性氨基酸的等電點在7.6~10.8之間。氨基酸在等電點時偶極離子的濃度最大，這時氨基酸的溶解度也最小。利用等電點的不同可以分離混合氨基酸。7.4.3氨基酸的化學反應1.茚三酮反應

α-氨基酸與茚三酮的水合物反應，生成一種紫色的產物。其反應如下：蛋白質和多肽中都含有α-氨基酸，故也有茚三酮反應。2.縮合反應——多肽的產生一分子氨基酸中的羧基跟另一分子氨基酸中的氨基經縮合反應而生成的產物叫做肽，其中的酰胺基結構-CO-NH-叫做肽鍵。兩個氨基酸分子起反應成肽的化學方程式如下：由兩個氨基酸形成含有一個肽鍵的化合物是二肽。由多個氨基酸分子形成含有多個肽健的化合物是多肽。多肽可用下列通式表示：多肽通常呈鏈狀。7.6蛋白質蛋白質是一類含氮的生物高分子化合物，分子量很大，一般在一萬以上。它在生物體內承擔著各種各樣的生理功能。例如肌肉、毛發、指甲角、激素酶、血清、蠶絲、血紅蛋白等都是由不同的蛋白質構成的。蛋白質在生命現象中起著決定性作用，是生命活動所依賴的生物基礎。7.6.1蛋白質的組成、分類及功能1.組成組成元素------主要C（50~55%）、H（6~8%）、O（20~23%）、N（15~18%）、S（0~5%）等；有些還含有微量的P、Fe、Cu、Mo、I等元素。蛋白質中氮的含量較為恒定，平均為16%，因此通過氮量的測定，可以粗略地計算出生物樣品中蛋白質的含量。2.分類Ⅰ---形狀---球狀蛋白質及纖維狀蛋白質兩類。Ⅱ---分子組成----簡單蛋白質和結合蛋白質。簡單蛋白質只由α—氨基酸結合所組成，如清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、組蛋白、硬蛋白等，結合蛋白質是由簡單蛋白質和非蛋白質（輔基）組分結合而成的，這些非蛋白部分一般有糖、色素、磷酸酯、核酸、金屬、卟啉環等組合成核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白等。分類Ⅲ---生物來源----植物蛋白、動物蛋白和微生物蛋白三類微生物蛋白是將一些非蛋白質物質，如烴類、醇類、纖維類等，經過微生物作用轉化成單株細胞蛋白（singlecellprotein，簡稱SCP），這是近十年來新開發的新蛋白源之一。7.6.2蛋白質的性質多數蛋白質易溶于水及極性溶劑，不溶于有機溶劑中。蛋白質溶液具有膠體性質，有丁鐸爾（Tyndall）現象，電泳現象，不能穿過半透膜，蛋白質具有旋光性。1.蛋白質的變性及鹽析作用變性作用：蛋白質在一定的物理因素（如光照、加熱等）或化學因素（如強酸、強堿、有機試劑等）影響下，致使蛋白質變性。變性蛋白質不溶于水，易結絮與凝固（豆腐），以及失去生物活性（酶）。高溫消毒滅菌就是利用加熱使蛋白質凝固從而使細胞死亡。重金屬鹽能使蛋白質凝結，所以會使人中毒。鹽析作用----在蛋白質溶液中加入無機鹽溶液（如NaCl、(NH4)2SO4等）后，蛋白質便從溶液中析出，這種作用稱為鹽析。可逆過程，不同的蛋白質鹽析濃度是不相同的，利用這個性質可以分離不同的蛋白質。2.蛋白質的顏色反應蛋白質分子中某些氨基酸或某些特殊結構與某些試劑能產生顏色反應，可用于蛋白質分析工作中。1）縮二脲反應兩分子尿素受熱后失去一分子NH3，縮合生成的化合物稱為縮二脲。縮二脲在堿性溶液中能與硫酸銅反應生成紫紅色配位化合物的反應稱為縮二脲反應。蛋白質分子中含有許多和縮二脲結構相似的肽鍵（-NH-CO-），因此也能起縮二脲反應。2）黃色反應分子中含有芳環的蛋白質，特別是含有酪氨