2017-02-26 11:47:53

糖类

免费编辑 添加义项名

所属类别 :
词汇
词汇
编辑分类

糖类是自然界中广泛分布的一类重要的有机化合物。日常食用的蔗糖、粮食中的淀粉、植物体中的纤维素、人体血液中的葡萄糖等均属糖类。糖类在生命活动过程中起着重要的作用,是一切生命体维持生命活动所需能量的主要来源。植物中最重要的糖是淀粉和纤维素,动物细胞中最重要的多糖是糖原。

基本信息

  • 中文名

    糖类 碳水化合物

  • 外文名

    sugar  saccharide  carbohydrate

  • 分    类

    单糖 寡糖 多糖 复合糖

折叠 编辑本段 名词解释

糖结晶糖结晶糖结晶

,又称碳水化合物(英语:carbohydrate或saccharide),是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称,一般由碳、氢与氧三种元素所组成,广布自然界。糖类的另一个名称“碳水化合物”的由来是生物化学家在先前发现某些糖类的分子式可写成Cn(HO)m,故以为糖类是碳和水的化合物,但是后来的发现证明了许多糖类并不合乎其上述分子式,如:鼠李糖(CH₁₂O)。而有些物质符合上述分子式但不是糖类,如甲醛(CH2O)等。糖类为人体之重要的营养素,主要分成四大类:单糖、双糖、低聚糖和多糖,他们在生活上扮演着很重要的角色,像多糖可以被拿来当作储存养分的物质(如淀粉和糖原)或当作动物外骨骼和植物细胞的细胞壁(如:甲壳素和纤维素);另外像是为五碳醛糖的核糖是构成各种辅因子不可或缺的物质(如ATP、FAD和NAD)也是一些遗传物质分子的骨干(如RNA)。糖类的众多衍生物同时也与免疫系统、受精、预防疾病、血液凝固和生长等有极大的关联。在食品科学和其他非正式的场合中,碳水化合物通常指富有淀粉(如谷物、面包或面食)或简单的糖类的食物(如食糖)。

糖类主要包括没甜味的淀粉和有甜味的麦芽糖等,是人体最主要的能源物质。例如肌肉收缩、神经传导,体内物质运输所需能量的70%都来自糖类。糖类主要从谷类和薯类食物中获得。

折叠 编辑本段 发展历史

中国最早有饴、锡、饧、鎕等字,糖类糖类都是以糯米为原料,稀的糖类叫饴、锡,干的叫饧、鎕。在六朝时才出现“糖”字。李时珍《本草纲目》载:“糖法出西域,唐太宗始遣人传其法入中国,以蔗准过漳木槽取而分成清者,为蔗饧。凝结有沙者为沙糖,漆瓮造成如石如霜如冰者为石蜜、为糖霜、为冰糖。”

折叠 编辑本段 结构通式

以前所有分子式可写成Cm(H2O)n的化学物质皆被称为“碳水化合物”,根据这个定义,有些科学家认为甲醛( CH2O)为最简单的糖类,但是也有其他人认为是乙醇醛(C2H4O2)。但是除了碳数不为一和二的糖类皆被生物化学理解。糖类糖类

自然界的糖类通常都由一种简单的碳水化合物:单糖所构成,通式为(CH2O)n,(n≥3)。一个典型的单糖具有H-(CHOH)x(C=O)-(CHOH)y-H结构,也就是多烃基醛或多烃基酮。像:葡萄糖、果糖、甘油醛皆是单糖。然而有些生物物质像糖醛酸和脱氧糖就不符合此通式,另外还有许多物质的分子式符合这个通式但它并不是糖类(如:甲醛(CH2O)和肌醇(CH2O)6).

直链形式的单糖通常与关环形式的单糖同时存在,这种环状分子是由醛/酮上的羰基(C=O)与羟基(-OH)反应形成半缩醛,并形成一个新的C-O-C键桥。单糖可以各种方式互相连接在一起形成多糖(或寡糖,又称低聚糖)。许多糖类含有一个或多个修饰的单糖单元,这种修饰方法可以是一个或多个基团被取代或移除。例如,DNA的一个组分脱氧核糖,就是被核糖所修饰的糖;几丁质是一种被重复的N-乙酰氨基葡萄糖(一种含氮原子的葡萄糖)片段所组成的糖类。

构成:主要由碳、氢、氧三种元素组成。

糖类化合物包括单糖、单糖的聚合物及衍生物。葡萄糖是单糖。

单糖分子都是带有多个羟基的醛类或者酮类。麦芽糖、蔗糖、乳糖是双糖。

糖类化合物化学概念:单糖是多羟醛或多羟酮及他们的环状半缩醛或衍生物。多糖则是单糖缩合的多聚物。

分子通式:Cn(H2O)m

然而,符合这一通式的不一定都是糖类,是糖类也不一定都符合这一通式。比如,脱氧核糖是糖类却不符合这一通式。另外,还有符合这一公式的(如:甲醛HCHO,乙酸CH3COOH)却不是糖类。

这只是表示大多数糖的通式。

碳水化合物只是糖类的大多数形式。我们把糖类狭义的理解为碳水化合物。

折叠 编辑本段 碳水化合物

折叠 单糖

单糖由于无法水解成为更小的碳水化合物,因此它是此类中最小的分子。它们是一些具有两个或者更多羟基的醛或酮类。未修饰过的单糖化学式可表达为:(C·H2O))n,因其都是碳和水分子的倍数而称为:“碳水化合物”。单糖是一种重要的燃料分子,也是核酸的结构片段。最小的单糖中的n=3,即:二羟基丙酮或D-和L-甘油醛。

丙糖例如:甘油醛

戊糖,五碳糖例如:核糖,脱氧核糖

己糖例如: 葡萄糖,果糖(化学式都是C6H12O6 )

单糖分类

单糖可由三种不同的特征片段来分类:羰基的位置;分子内的碳原子数以及其手性构型。如果羰基在碳链末端分子属醛类,则单糖称:醛糖;若羰基在碳链中间分子属酮类,则单糖称为:酮糖。含有三个碳原子的单糖称为:丙糖;四个碳原子的称为丁糖;五个称为戊糖;六个称为己糖,以此类推。

除在糖分子碳链第一个与最末端的碳原子,每个碳原子都带有一个羟基(-OH)并具有不对称性,使它们的手性中心可以是R或S两种构型。因为这种不对称性,一个确定的糖的分子式可以多种异构体存在。例如:醛糖D-葡萄糖具有分子式(C·H2O)6,其中有六个碳原子是具有手性的,因此D-葡萄糖是2 = 16个可能的立体异构体中的一个。又例如:甘油醛是一种丙醛糖,有一种可能的立体异构体,同时也是对映体和差向异构体。1,3-二羟基丙酮,醛糖丙醛糖所对应的酮糖分子,是一种没有手性中心的对称分子。D或L构型由离羰基最远的不对称碳原子的取向所决定:标准的费歇尔投影式里,若羟基在右侧则分子为D型糖,左侧则为L型糖。这里要注意:“D-”和“L-”前缀不可与“d-”和“l-”相混淆,后者指的是偏振光在糖分子平面下的旋转。“d-”和“l-”在糖化学中现已不太使用。

半缩醛异构化

直链单糖的醛基或者酮基会不可逆的与另外一个碳原子作用形成半缩醛或半缩酮,得到一个带有氧桥连接双碳原子的杂环。由五个或六个原子组成环的分别称为呋喃糖与吡喃糖,这些环状糖与直链形式的糖存在化学平衡。由直链糖形成环状糖的过程中,含有羰基氧原子的碳原子称为:异头碳。这个碳原子在成环后便成为分子内的手性中心,具有两种可能的构型:若氧原子可在平面的上方或下方,这样得到的一对手性异构体称之为:异头物。若在异头碳上的-OH取代基与环外CH2OH基团成反式构型(即不在环一侧)时,则称为:α异头物;另外一种情况两者在环的同一侧,呈现顺式构型,则称为:β异头物。由于环状糖与直链糖本身会互相转化,因此两种异头物存在着平衡。费歇尔投影式中,α异头物被表达为:异头羟基与CH2OH呈现反式,而β异头物则为顺式。

折叠 二糖

由两个连接成一起的单糖组成的糖类,称为:双糖。它们是最简单的多糖,如:蔗糖和乳糖。双糖是由两个单糖单元通过脱水反应,形成一种称为糖苷键的共价键连接而成。在脱水过程中,一分子单糖脱除氢原子,而另一分子单糖脱除羟基。未经修饰的双糖化学式可表达为:C12H22O11。虽然双糖种类繁多,但大多数并不常见。蔗糖是存量最为丰富的双糖,它们是植物体内存在最主要的糖类。红糖,白糖,冰糖等都是由蔗糖加工制成的。蔗糖由一个D-葡萄糖分子与一个D-果糖分子所组成,其系统命名为:O-α-D-葡萄吡喃糖基-(1→2)-D-果糖呋喃糖苷,其中蕴含了四种信息:

它由两种单糖组成:葡萄糖与果糖。两种单糖的类型:葡萄糖为吡喃糖;果糖为呋喃糖。两种单糖的连接方式:在D-葡萄糖的一号碳(C1)上的氧原子连接D-呋喃糖的二号碳(C2)。后缀-糖苷表明了:两个单糖异头碳参与了糖苷键的形成。乳糖,是一种由一分子D-半乳糖与一分子D-葡萄糖形成的双糖,广泛的存在于天然产物中,如:哺乳动物的母乳。另外一个常见的双糖为麦芽糖(两个D-葡萄糖通过1,4碳原子连接为α糖)与纤维糖(两个D-葡萄糖通过1,4碳原子连接为β糖)。双糖还可分类为还原性双糖与非还原性双糖,通过两个单糖分子的半缩醛(酮)羟基脱去一分子水而相互连接。这样的双糖,分子中已没有半缩醛(酮)羟基存在,因此其中任何一个单糖部分都不能再由环式转变成醛(酮)式。这种双糖就没有变旋现象和还原性,也不能生成糖脎,因此称为非还原性双糖。

蔗糖、麦芽糖和乳糖

他们化学式都是(C12H22O11)

折叠 多糖

淀粉、纤维素和糖原

他们化学式是(C6H10O5)n

复合糖(complex carbohydrate,glycoconjugate)

糖类的还原端和蛋白质或脂质结合的产物。在生物中分布广泛,有多种重要功能,细胞的识别、定性以及免疫等无不与之有关。糖类和蛋白质结合有以蛋白质为主的称糖蛋白,如血液中的大部分蛋白质;也有以糖为主的,如蛋白聚糖是动物结缔组织的重要成分。和脂质结合的,如脂多糖存在于细菌的外膜,成分以多糖为主;另外有称为糖脂的,组成以脂质为主,大多和细胞的膜连系在一起。糖脂可由鞘氨醇,也可由甘油等衍生,但在自然界分布最广,迄今研究得最多的是鞘糖脂(见鞘脂)。

复合糖的不对称:糖脂和糖蛋白只分布于细胞的外表面。

低聚糖和多糖

低聚糖和多糖都是由单糖单元通过糖苷键组成的长链分子。两者的区别在于单糖单元在链上的数量:低聚糖通常含有3-10个单糖单元,而多糖则超过10个单糖单元。实际应用中,糖的分类更倾向于个人的判断,如通常上述的双糖可以算为低聚糖,也包括了:三糖-棉子糖和四糖-水苏糖

分类:单糖、二糖、低聚糖(寡糖)、多糖、复合糖五种。

糖类化合物的生物学作用主要是:

1 作为生物能源;

2 作为其他物质生物合成的碳源;

3 作为生物体的结构物质;

4糖蛋白、糖脂等具有细胞识别、免疫活性等多种生理活性功能。

单糖-糖类种结构最简单的一类,单糖分子含有许多亲水基团,易溶于水,不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,简单的单糖一般是含有3-7个碳原子的多羟基醛或多羟基酮,其组成元素是C,H,O葡萄糖、果糖、半乳糖等。葡萄糖是生命活动的主要能源物质,核糖是RNA的组成物质,脱氧核糖是DNA的组成物质。葡萄糖、果糖的分子式都是:C6H12O6。他们是同分异构体

低聚糖(寡糖)-由2-10个单糖分子聚合而成。水解后可生成单糖。

二糖-二糖是由两分子单糖脱水而成的糖苷,苷元是另一分子的单糖。二糖水解后生成两分子的单糖。如乳糖、蔗糖、麦芽糖。蔗糖和麦芽糖是能水解成单糖供能。它们的分子式都是:C12H22O11。也属于同分异构体。

三糖-水解后生成三分子的单糖。如棉子糖。淀粉是储蓄物质,纤维素是组成细胞壁,糖元是储能物质。

四糖

五糖

多聚糖-由10个以上单糖分子聚合而成。经水解后可生成多个单糖或低聚糖。根据水解后生成单糖的组成是否相同,可以分为:

同聚多糖-同聚多糖由一种单糖组成,水解后生成同种单糖。如阿拉伯胶、糖元、淀粉、纤维素等。淀粉和纤维素的表达式都是(C6H10O5)n。但他们不是同分异构体,因为他们的n数量不同。其中淀粉n纤维素n。

杂聚多糖-杂聚多糖由多种单糖组成,水解后生成不同种类的单糖。如粘多糖、半纤维素等。

复合糖(complex carbohydrate,glycoconjugate)。糖类的还原端和蛋白质或脂质结合的产物。

折叠 编辑本段 相关知识

折叠 相对甜度

果糖175 (最甜的糖)

蔗糖100

葡萄糖 74

麦芽糖32

折叠 科学食用方法

大部分糖,如单糖,二糖,应定量摄取,不宜过量,尤其是糖尿病人,有可能会获得反效果

而纤维素,相对与其他糖类,可以大量食用,其在人体内无法水解,但可以有助消化,预防便秘,痔疮和直肠癌,降低胆固醇,预防和治疗糖尿病等。

糖类:淀粉,葡萄糖,蔗糖,麦芽糖等。

是人体所需能量的主要来源。

当人体糖分不足,才会消耗脂肪

生活中常见的含有糖类的食品,如玉米

折叠 编辑本段 糖类化学

折叠 概述

糖是自然界中存在数量最多、分布最广且具有重要生物功能的有机化合物。从细菌到高等动物的机体都含有糖类化合物。以植物体中含量最为丰富,约占干重的85%~90%,植物依靠光合作用,将大气中的二氧化碳合成糖。其它生物则以糖类如葡萄糖、淀粉等为营养物质,从食物中吸收转变成体内的糖,通过代谢向机体提供能量;同时糖分子中的碳架以直接或间接的方式转化为构成生物体的蛋白质、核酸、脂类等各种有机物分子。所以糖作为能源物质和细胞结构物质以及在参与细胞的某些特殊的生理功能方面都是不可缺少的生物组成成分。糖类是人类食物的重要成分,淀粉属于糖类,它主要存在于植物种子或块茎里,如稻,麦,马铃薯等。

折叠 糖的概念

一、糖类的概念

糖类主要是由碳、氢和氧三种元素组成,过去用通式Cn(H2O)m表示,并称为碳水化合物。后来发现有些化合物如鼠李糖(C6H12O5)和脱氧核糖(C5H10O4)它们的结构和性质都属于糖,但分子中氢氧原子数之比并不是2∶1;而有些化合物,如乙酸(C2H4O2)、乳酸(C3H6O3)等,它们的分子式虽符合上述通式,但却不具有糖的结构和性质。因此称糖为碳水化合物并不恰当。现将糖类化合物定义为多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。

二、糖的分类和命名

糖类化合物按其组成分为三类:单糖、低聚糖和多糖。

(一)单糖

不能被水解为更小分子的糖属于单糖。据分子中所含羰基的位置分为醛糖和酮糖。一般以环状半缩醛的结构形式存在。按分子中所含碳原子数分别把三碳糖称为丙醛糖和丙酮糖,四碳糖称为丁醛糖和丁酮糖,相应的醛糖和酮糖是同分异构体。自然界中的单糖以含四个、五个和六个碳原子的最为普遍。

(二)低聚糖

含有2~10个单糖单位,彼此以糖苷键连接,水解以后产生单糖。低聚糖又叫寡糖。自然界以游离状态存在的低聚糖主要有二糖如麦芽糖、蔗糖和乳糖,三糖如棉籽糖。

(三)多糖

由许多单糖分子或其衍生物缩合而成的高聚物称为多糖,又称为高聚糖。可分为同多糖和杂多糖两类。由一种单糖缩合形成的多糖称为同多糖,如淀粉、纤维素等。由二种以上单糖或其衍生物缩合形成的多糖称为杂多糖,如透明质酸、硫酸软骨素等;按糖分子中有无支链,分为直链多糖和支链多糖;按照功能的不同,分为结构多糖、贮存多糖、抗原多糖等;按其分布部位又分为胞外多糖、胞内多糖。

(四)结合多糖(或复合多糖)

糖与其它非糖物质共价结合形成结合多糖(复合多糖)或糖缀合物(glycoconjugates),例如蛋白聚糖、糖脂、糖蛋白等。

折叠 单糖

自然界中常见的单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖等。糖的名称一般不用有机化学系统命名。除少数简单的羟乙醛、二羟丙酮按基团命名外,许多单糖都有一个俗名,一般与来源有关,例如果糖、赤藓糖、核糖等。

一、单糖的结构

(一)单糖的立体结构和构型

1. 单糖的立体异构体

单糖分子是不对称分子,具有旋光性。以甘油醛为例,分子中的2位碳是不对称碳原子,分别与4个互不相同的原子和基团H,CH2OH,OH,CHO连接。这样的结构有两种安排,一种是D—甘油醛,另一种是L—甘油醛。书写D—型结构时,把羟基放在右边;L— 型的羟基放在左边。D— 甘油醛的旋光是右旋,L—甘油醛是左旋。 D—甘油醛与L— 甘油醛是立体异构体,它们的构型不同。因此D型与L型甘油醛为对映体,具有对映体的结构又称“手性”结构。

由于旋光方向与程度是由分子中所有不对称原子上的羟基方向所决定,而构型只和分子中离羰基最远的不对称碳原子的羟基方向有关,因此单糖的构型D与L并不一定与右旋和左旋相对应。单糖的旋光用d或( )表示右旋,l或(—)表示左旋。

从丙糖(甘油醛)起的单糖都有不对称碳原子。含有n个不对称碳原子的化合物,应有2n 个立体异构体。

2. 单糖的构型

糖类物质的D—型和L— 型是以甘油醛为标准比较而确定的相对构型。糖的构型是由与羰基相距最远的不对称碳原子上的羟基方向来确定的,如与D—型甘油醛相同,则为D— 型;如与L—甘油醛相同,则为L型。醛糖都可由甘油醛逐步增长碳链的方法导出。对于酮糖也是按同样方法确定构型。下面各糖概括出的碳原子的构型是相同的,它们都是D— 型糖。

(二)单糖的结构与构象

单糖的种类很多,其中葡萄糖(游离的、结合形式的)数量最多,在自然界分布也最广。

单糖的结构及性质虽各有异,相同之处也很多。葡萄糖的结构和性质有代表性。现以葡萄糖为例阐述单糖的分子结构。

葡萄糖是己糖中最重要的一种,因为最初发现于葡萄,所以称为葡萄糖。其分子式是C6H12O6。天然存在的是D—葡萄糖。

1. 链状结构式

实验证明D—葡萄糖的链状结构是:

上述结构式可以简化,用“├”表示碳链及不对称碳原子羟基的位置,“△”表示醛基

“—CHO”,“—”表示羟基“—OH”,“○”表示第一醇基,则葡萄糖结构式简化为(a),与葡萄糖同属己醛糖的D甘露糖和D半乳糖的结构式分别简化为(b)、(c)。

(a)D—葡萄糖 (b)D—甘露糖(c)D—半乳糖

2. 环状结构

物理和化学的方法证明,单糖不仅以直链结构存在,而且以环状结构存在。由于单糖分子中同时存在羰基和羟基,因而在分子内便能由于生成半缩醛(或半缩酮)而构成环。即碳链上一个羟基中的氧与羰基的碳原子连接成环,羟基中的氢原子加到羰基的氧上。实验证明,在一般情况下,己醛糖都是第五个碳原子上的羟基与羰基形成半缩醛,构成六元环。例如D—葡萄糖可以形成下面两种环形半缩醛:

半缩醛式α— D—葡萄糖 醛式D— 葡萄糖半缩醛式β— D—葡萄糖

37% 0.1% 63%

D—葡萄糖由醛式转变为半缩醛式,C1转变为手性碳原子,并形成一对旋光异构体。一般规定新形成的手性碳原子上的羟基(称半缩醛羟基)与决定单糖构型的碳原子(在己糖为C5)上的羟基在碳链同侧者称为α—型葡萄糖,写作α— D—葡萄糖;不在同一侧者称为β— 型葡萄糖,写作β— D—葡萄糖。不过这两个异构体并不是对映体,只是在第1碳上的羟基方向不同而已,所以称为异头物。半缩醛羟基较其余羟基活泼,糖的许多重要性质都与它有关。

不仅如此,葡萄糖也有构象问题,据X—射线衍射测定表明:葡萄糖吡喃环中的五碳一氧不是处于同一平面的,通常具有如下构象,其中椅式构象因使分子的扭张强度最低,分子中各原子的静电斥力最小而最为稳定。

二、单糖的性质

单糖的性质由其化学组成和结构决定。

(一)主要物理性质

1.溶解度

单糖都是无色结晶,由于分子中有多个羟基,在水中溶解度很大,常能形成过饱和溶液一一糖浆。

2. 甜度

单糖都有甜味,但甜度各不相同,通常把蔗糖的甜度定为100进行比较

糖蔗糖 果糖转化糖* 葡萄糖木糖 麦芽糖半乳糖 乳糖

甜度100 173 130 74 40 32 32 16

*由蔗糖水解生成的葡萄糖与果糖的混合物称为转化糖。

3. 旋光性及变旋现象

一切糖类物质分子内都有手性碳原子,所以都具有旋光性,属于“旋光活性物质”(或光学活性物质)。旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度称为“旋光度”。物质旋光度的大小因测定时所用溶液的浓度、盛液管的长度、温度、光波的波长以及溶剂的性质等而改变。但在一定的条件下,不同旋光活性物质的旋光度仍为一常数,通常用比旋光度

阅读全文

热点资讯