第一章 糖类结构与功能
一、概论
糖：多羟基醛、酮或其衍生物，或水解时能生成这些化合物的物质。
功能：1、糖类是细胞的构成成分，如细胞壁。2、糖类是生物体内的主要能源物质。3、糖类是细胞之间相互识别的信息分子的组成成分。细胞识别包括生长、发育、受精、免疫、形态发生、癌变、衰老等。4、糖类与遗传信息的传递密切相关，如：DNA、RNA分子都含有糖。5、糖类是生物体内许多物质的前体，如：氨基酸、核苷酸、脂肪、辅酶等都是通过糖代谢的中间产物转变而来。
分类：根据糖类能否水解和水解后产物分为：1、单糖（monosaccharides）：是糖类物质中最简单的一种，不能再被水解为更小分子的糖类物质。2、寡糖（oligosaccharides）：由2～20个单糖分子缩合而成，其中最重要的是二糖，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。3、多糖（polysaccharides）：是由20个以上单糖分子或单糖衍生物缩合失水而成，加水降解后生成许多分子单糖。常见的多糖有淀粉、糖原、纤维素、琼脂、果胶、糖胺聚糖等。4、复合糖（compound saccharides）：由糖类与非糖物质结合而成，如糖脂、肽聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白等。
二、旋光异构 同分异构（异构）是指存在两个或多个具有相同数目和种类的原子并因而具有相同相对分子质量的化合物的现象。又分为结构异构（原子连接次序不同）和立体异构。立体异构又分为几何异构和旋光异构。原子在空间的相对排列或分布称为分子的构型，构型的改变涉及化学键的破裂。由于单键自由旋转以及键角具有一定的柔性，一种具有相同结构和构型的分子在空间可采取多种形态，分子所采取的特定形态称为构象。
不对称碳原子（asymmetric carbon atom）：是指与四个不同的原子或基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳，也称手性碳原子（chiral carbon atom），不对称中心或手性中心，常用C*表示。
旋光性（optical activity）：当平面偏振光通过旋光物质时光的偏振面会向左（-）或向右（+）旋转，旋光物质使平面偏振光旋转的能力称为旋光性，光学活性或旋光度。含有C*的物质具有旋光性。 有旋光性的物质不一定有变旋性，而具有变旋性的物质一定有旋光性，因为旋光性是由于分子中含有不对称碳原子而引起的具有不同的立体结构的现象，而变旋则是由于分子立体结构发生某种变化的结果。
对映体（对称异构体）（antipode）：两种不能重叠而互为镜像的异构体.对映体之间只有旋光方向的不同，其他理化性质没有差异。
Fischer投影式：水平方向的键伸向纸面前方，垂直方向的键伸向纸面后方。
构型的RS表示法
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三、单糖的结构
单糖构型的确定：将分子中离羰基最远的C*上-OH的空间排布与甘油醛比较，-OH在右边的为D-型，在左边的为L-型。自然界中D-型单糖占优势。单糖分子的D-型和L-型互为对映体，含n个C*的化合物，组成2n/2对对映体。L系醛糖是相应D系醛糖的对应体。
差向异构体（表异构体）（epimer）：两种非对应旋光异构体在构型上只有一个不对称碳原子的差异。
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，转变为不对称碳原子，称为异头碳，由此又产生一对异构体，这种羰基碳上形成的差向异构体，称为异头物。 异头碳（anomeric carbon）：环化单糖中氧化数最高的碳原子（半缩醛碳原子）。 异头物（anomer）：仅在异头碳上具有不同构型的糖分子的两种异构体。
异头碳的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有相同取向的异构体为α-异头物，相反取向的为β-异头物。
α-异头物与β-异头物不是对映体。
变旋：异头物在水溶液中通过直链（开链）形式互变（差向异构化），经一定时间达到平衡，这是产生变旋的原因。（分子立体结构发生变化）
对于葡萄糖来说，吡喃型（六碳）比呋喃型（五碳）更加稳定，其书写规则如下： Fischer式书写规则：
1、靠近分子末端伯醇基的不对称碳原子上的羟基位于右边的为D型，位于左边的为L型； 2、异头碳上羟基与决定直链构型的碳上的羟基在同侧者为α型，异侧者为β型。
Haworth式书写规则：
1、Fischer式左边的基团写在环的上方，右边的基团写在环的下方； 2、环外碳（羟甲基）在上方的为D型，在下方的为L型；
3、异头碳羟基与末端羟甲基呈反式的为α型，顺式的为β型；
4、酮糖的第1位碳及其基团写在环平面上的为α型，环平面下的为β型。
呋喃糖比吡喃糖有更大柔性，因此作为DNA和RNA的组分。
四、单糖的性质
异构化：单糖对稀酸相当稳定，但在碱性溶液中能发生多种反应，异构化是其中的一种，弱碱或稀强碱可引起单糖的分子重排，通过烯醇化中间体转变。如D葡萄糖在氢氧化钡溶液中放置数天，从形成的混合液中可分离出63.5%D-葡萄糖、21%D-果糖、2.5%甘露糖以及10%不能发酵的酮糖和3%其他物质。
单糖分子含有多个羟基，故易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙酮等非极性有机溶液
还原性：所有的醛糖都是还原糖，许多酮糖也是还原糖；溴水专一性氧化醛糖，但不氧化酮糖。
糖脎：单糖的醛基或酮基可与苯肼起加合作用，1mol糖要求3mol苯肼。
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糖苷：环状单糖的半缩醛（半缩酮）羟基与另一化合物（醇、糖、碱基等）的羟基、胺基或巯基发生缩合形成的含糖衍生物称为糖苷或甙。糖是半缩醛，易发生醛的各种反应；糖苷是缩醛，不具醛的性质，不与苯肼反应，不具还原性，无变旋现象；糖苷对碱溶液稳定，易被酸水解。
单糖脱水：戊糖与12%盐酸共热时脱水生成糠醛，不同的糠醛与多元酚作用产生特有的颜色反应：羟甲糠醛与间苯二酚反应生成红色缩合物（Seliwanoff试验），可用来鉴定酮糖（果糖）；戊糖脱水形成的糠醛与间苯三酚缩合成朱红色物质，与甲基苯二酚缩合生成蓝绿色物质，用来鉴别戊糖；糖脱水生成的糠醛能与α-萘酚反应生成红紫色缩合物，称为Molisch实验，用来鉴定糖类物质
五、重要的单糖和单糖衍生物
葡萄糖，半乳糖、果糖、甘油醛、二羟丙酮的结构式
六、寡糖
寡糖是由2~20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质。 蔗糖：无变旋现象（因为它的分子中无α及β构型之分），无还原性，不能成脎，由一个果糖以β-2，1糖苷键连接到葡萄糖上形成；乳糖：有变旋现象，具有还原性，能成脎，由一个D-半乳糖分子和一个D葡萄糖分子以β-1，4糖苷键连接而成；麦芽糖：有变旋现象，具有还原性，能成脎，由两个葡萄糖分子以α-1，4连接，纤维二糖以β-1，4连接。 小结：
4碳糖：赤藓糖、苏糖；
5碳糖：核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖；
6碳糖：阿洛糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖、果糖、古洛糖
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七、多糖
属于非还原糖，因为一个很大的多糖分子只有一个还原端，不呈变旋现象，可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖。
淀粉：直链是由葡萄糖单位以α-1，4连接的线性分子，空间构象呈螺旋状，遇碘显紫蓝色；支链是还存在α-1，6连接，遇碘显紫红色。
糖原：是动物和细菌贮存多糖，高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。成分类似淀粉，由D-葡萄糖组成的带有分支的聚合物，主链以?-1，4-糖苷键相连，支链连接键为?（1?6）糖苷键，分支更多，遇碘呈红棕色，无还原性。
纤维素：由?-D-葡萄糖以?（1?4）糖苷键连接而成的直链，二糖单位是纤维二糖。空间构象呈带状，糖链之间通过分子间氢键堆积成片层结构。
壳多糖：也称几丁质，是N-乙酰-β-D葡糖胺的同聚物，其结构与纤维素极相似，只是每个残基上C2上的羟基被乙酰化的氨基所取代。
八、糖胺聚糖（GAG）
又称为粘多糖、氨基多糖、酸性糖胺聚糖等，是一类含己糖胺和糖醛酸的杂多糖，由多个二糖单位形成的长链多聚物。二糖单位中至少有一个单糖残基带有负电荷的羧酸或硫酸基，因此呈酸性。一般与蛋白质结合，形成蛋白聚糖。其代表性物质有： 透明质酸（HA），不含S，由D-葡糖醛酸以β-1，3糖苷键与N-乙酰葡糖胺相连而成； 硫酸软骨素（CS），由葡糖醛酸和N-乙酰半乳糖胺缩合而成；、硫酸皮肤素（DS）； 硫酸角质素(KS)，由半乳糖和N-乙酰葡糖胺组成；
肝素(Hp)，由葡糖胺和L-艾杜糖醛酸或葡糖醛酸组成，及硫酸乙酰肝素(HS)。
九、肽聚糖、糖蛋白及蛋白聚糖 细菌细胞壁主要由多糖组成，但也含有脂质和蛋白质。由于细胞壁的化学组成和结构不同将细菌分成两大类：能保留革兰氏染色的称革兰氏阳性细菌，不能保留的称为革兰氏阴性细菌。前者的细胞壁是由多层网状结构的肽聚糖组成，并有磷壁酸与之相连；后者也含有肽聚糖，但只是单层的，并不含磷壁酸，此外在肽聚糖外面还覆盖着一层双脂膜。
肽聚糖：又称胞壁质、粘肽、氨基糖肽、胞壁肽，是由N-乙酰葡糖胺（ GlcNAc或NAG）和N-乙酰胞壁酸（MurNAc或NAM）通过β-1，4糖苷键交替组成的多糖链为骨干并与不同组成的肽（四肽）交叉连接所成的大分子。
糖蛋白：多糖以共价键形式与蛋白质连接形成的生物大分子，含糖量为2～50％，人体1/3以上蛋白质属于糖蛋白。糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型，在新生肽链折叠、缔合和分泌中起作用，并参与分子识别和细胞识别。
糖肽键的类型：
N-糖肽键是指β-构型的N乙酰葡糖胺异头碳与天冬酰胺的γ-酰胺N原子共价连接而成的N-糖苷键
O-糖肽键是指单糖的异头碳与羟基氨基酸O原子共价结合而成的O-糖苷键，包括：N-乙酰
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半乳糖胺与丝氨酸/苏氨酸缩合而成的O-糖苷键；半乳糖与羟赖氨酸形成的O-糖苷键；L-呋喃阿拉伯糖与羟脯氨酸形成的O-糖苷键
蛋白聚糖(PG)：由蛋白质和糖胺聚糖通过共价键连接而成的大分子复合物，含糖量高50～90％。
用费林试剂或班乃德试剂鉴定还原糖时后者的灵敏度更高。
纤维素和糖原都是由D-葡萄糖残基通过（1→4）糖苷键连接形成的聚合物，为什么它们的差异很大？
天然纤维素是由通过β-（1→4）糖苷键连接的葡萄糖单位组成的，这种糖苷键迫使聚合物链成伸展的构型。这种一系列的平行的聚合物链形成分子间的氢键，它们聚集成长的、坚韧的不溶于水的纤维。糖原主要是由通过α-（1→4）糖苷键连接的葡萄糖单位组成的，这种糖苷键能引起链弯曲，防止长纤维的形成。另外糖原是具有高分支的聚合物，它的许多羟基暴露于水中，可被高度水合，因此可被分散在水中。
第二章 脂质与生物膜
一、定义及分类：是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的有机分子，一般是由脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物。
脂质 单纯脂质复合脂质 衍生脂质 脂肪酸和甘油形成 100806040蜡 磷脂 糖脂 三酰甘油 甘油磷脂 甘油糖脂 生物学功能：（1）贮存能量（贮存脂质），包括三酯酰甘油、蜡，是高度还原的化合物。（2）20细胞组分（结构脂质），是细胞原生质、生物膜等的组成成分。（3）活性脂质，如固醇类激0第一季度第三季度素、脂溶性维生素、电子载体、细胞信息分子、酶的激活剂等。（4）具有保护作用，维持体温、防止机械碰撞和水分蒸发等。
二、油脂
天然脂肪酸的结构特点：
（1）在高等动植物体内主要存在12碳以上的高级脂肪酸，其中14～24碳占多数，且绝大多数含偶数碳原子；
（2）烃链有饱和的，不饱和的，也有取代基，动物体内饱和脂肪酸含量高，植物体内不饱和脂肪酸含量高。
（3）所含单不饱和脂肪酸（单烯酸）的双键位置一般在第9～10碳原子之间，多不饱和脂肪酸（多烯酸）常间隔3个碳原子出现一个双键。
（4）不饱和脂肪酸具有几何异构现象，天然的多为顺式异构体。
不饱和脂肪酸：油酸含一个双键，亚油酸含两个双键，亚麻酸含三个双键，花生四烯酸含四个双键。
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东部鞘氨醇磷脂 西部北部鞘糖脂