第 24 章。碳水化合物
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1. 单糖
2. 二糖
3. 低聚糖
4. 糖脂
5. 糖蛋白
6. 碳水化合物识别蛋白
7. 碳水化合物代谢
a. 生物体的组成
1.单糖
⑴ 概述
① 单糖在固态时呈现线性结构，在水溶液中呈现环状结构。
○ 机理：醛的亲核加成反应
○ 葡萄糖中的线性结构：e位的氧攻击1位的碳，形成环状结构。
图 1. 线性和环状葡萄糖
○ 凸面方式（外攻）、凹面方式（内攻）
② 所有单糖均属还原糖：还原能力强，自身易氧化。
⑵ 单糖的DL命名法
① 根据距 CHO 基团最远的碳（费歇尔投影中底部碳）的立体化学，葡萄糖分为 D 型或 L 型。
② 在标准费歇尔投影中，如果距 CHO 基团最远的碳原子上的 -OH 基团向右取向（R 构型），则为 D 型；如果方向相反，则为 L 型。
③ 仅表示一个碳的绝对构型，与正负旋光度无关。
④ 在生物体中，单糖等碳水化合物以D-异构体形式存在。
⑶ 葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖
①异构关系：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖组成相同，但结构不同。
② 半乳糖：与葡萄糖仅第4个碳的排列不同。
③ 醛糖：带有醛基的单糖，容易被羰基氧化
○ 例如：葡萄糖、半乳糖、甘露糖
④酮糖：带有酮基的单糖，稳定性强
○ 示例：果糖（有助于蔗糖的非还原糖特性）
⑤ HFCS（高果糖玉米糖浆）
○ 大约一半的葡萄糖通过异构酶转化为果糖
○ 果糖比葡萄糖甜得多
⑷ 六碳糖衍生物
① N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）
○ 甲壳素和肽聚糖单元
○ 动物体内含量最丰富的有机分子
② N-乙酰半乳糖胺（NAGal）
○ 脊椎动物中最丰富的有机分子
○ 软骨的主要成分
○ 确定红细胞膜上的血型
○ 血型：由附着在红细胞表面的岩藻糖上的糖类型（表示为■）决定。
○ O 抗原：不存在 - 半乳糖 - N-乙酰半乳糖胺 - 半乳糖 - 葡萄糖 - 鞘氨醇和脂肪酸
○ A 抗原：N-乙酰半乳糖胺 - 半乳糖 - N-乙酰半乳糖胺 - 半乳糖 - 葡萄糖 - 鞘氨醇和脂肪酸
○ B 抗原：半乳糖 - 半乳糖 - N-乙酰半乳糖胺 - 半乳糖 - 葡萄糖 - 鞘氨醇和脂肪酸
③ N-乙酰胞壁酸
④ N-乙酰神经氨酸或唾液酸» ○ 神经节苷脂：哺乳动物细胞的细胞膜外部附着有唾液酸的鞘糖脂
○ 在动物细胞中，唾液酸在糖基化过程中附着在糖蛋白上。
○ 对大脑发育很重要
○ 泰萨斯病：唾液酸因缺乏降解而在神经系统中积聚
2.二糖
⑴ 概述
① 两个单糖之间通过糖苷键连接形成的双糖
⑵ 麦芽糖
① 两个α葡萄糖分子通过α 1 → 4键连接
② 又称麦芽糖或麦芽糖
③ 存在于发芽的种子中
⑶ 纤维二糖
① 两个β葡萄糖分子通过β 1 → 4键连接
⑷ 乳糖
① 半乳糖通过 β 1 → 4 键与葡萄糖连接
② 光学活性
③ 能够变旋：由于平衡状态下的排列变化而导致光学特性的变化
图 2. 乳糖的变旋
④ 乳糖不耐受
⑸ 蔗糖
① 葡萄糖通过 α 1 → 2 连接与果糖连接
② 又称食糖
③ 双糖中唯一的非还原性二糖
④ 在植物韧皮部运输碳水化合物
3。低聚糖
⑴ 异径端、非异径端
① 还原端：葡萄糖1位末端碳
② 非还原端：葡萄糖4位末端碳
③ 通过α 1→4 连接延长链，通过α 1 → 6 连接形成支链
④ 多糖中只有一个还原端，但每个分支上都有非还原端。
⑵ 低聚糖是非还原糖，因为它们有许多非还原端。
⑶低聚糖是指C3～C12。
4. 糖脂
⑴结构：附着在细胞膜上的磷酸，暴露于细胞膜外侧
⑵ 实施例1：磷壁酸
⑶ 例2： LPS（内毒素）：导致血液凝固和发烧（免疫反应）
5. 糖蛋白
⑴结构：附着在细胞膜蛋白上，暴露于细胞膜外侧
⑵ 功能：缓冲
⑶ 成分：95%以上为碳水化合物
⑷ 1型： 肽聚糖
① 细菌特异性寡糖/多糖，防止补体激活引起的溶血
② β 1→4 键交替的 N-乙酰氨基葡萄糖和 N-乙酰胞壁酸
③ 五肽 = (L)-丙氨酸 + (D)-谷氨酰胺 + (L)-赖氨酸 + (D)-丙氨酸 + (D)-丙氨酸
○ N-乙酰胞壁酸中存在 5 个氨基酸，通过肽键连接
○ 五甘氨酸交联
○ 万古霉素通过与 (D)-Ala-(D)-Ala 部分结合来抑制这种交联
○ 肽聚糖的词源
④ 革兰氏阳性菌
○ 通过五肽中的(L)-赖氨酸和(D)-丙氨酸交联形成厚肽聚糖层。
○ 转肽酶：负责五肽交联的酶
⑤ 革兰氏阴性菌
○ N-AG链和N-AM链直接连接形成2层肽聚糖
○ 未通过五肽交联
⑥ 溶菌酶
○ 唾液、眼泪等中含有的水解酶。
○ 破坏β糖苷1→4键
○ 对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有效
⑦ 青霉素
○ 转肽酶不可逆抑制
○ 革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对青霉素更敏感
○ 去除LPS后对革兰氏阴性菌作用较弱
⑸ 类型 2： 蛋白多糖（粘多糖）：GAG 与多肽共价连接的酸性寡糖
图 3. 蛋白多糖
图 4. 聚集蛋白聚糖
① 蛋白多糖=透明质酸+聚集蛋白聚糖
② 聚集蛋白聚糖 = GAG + 核心蛋白 + 连接蛋白 + 肝素
○ 相似概念：biglycan、versican
③ 透明质酸
○ 在细胞膜中合成，形成线性分子，附着在核心蛋白上
○ 含水量高，粘度高
○ 少量存在于成人组织中，但大量存在于胚胎发育、伤口愈合、软骨组织、眼睛玻璃体液和脐带中。
○ 存在于细胞壁中的透明质酸合成酶
○ 透明质酸酶水解：精子顶体酶降解卵子卵黄膜的机制
○ 老年人膝盖滑液不足的玻尿酸处方
○ 90%的除皱产品都是玻尿酸衍生物
④ 糖胺聚糖（GAG）
○ 己糖胺+糖醛酸或半乳糖结构的总称
○ 例如：肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、透明质酸、硫酸角蛋白、硫酸皮肤素
○ GAG 链的修饰发生在高尔基体中。
○ 示例：O-连接寡糖连接、硫酸化、D-葡萄糖醛酸差向异构化
⑤ 核心蛋白
○ N-连接寡糖的合成和附着发生在粗面内质网中。
○ 在高尔基体中，硫酸化通过二级糖基化发生，其中硫酸盐附着在核心蛋白上。
○ 然后核心蛋白与细胞膜上的透明质酸连接。
⑥ 硫酸盐化
○ 在细胞内与核心蛋白合成，然后通过核心蛋白间接附着在透明质酸分子上。
○ 由于富含硫酸盐且羧基较多，因此带有较高的负电荷。
○ 由于带负电荷，保留大量水分，有助于缓冲外界冲击并增加粘度。
○ 示例： 软骨、杯状细胞
○ 1 型： 硫酸软骨素
○ 2 型： 硫酸角质素：角膜、软骨、骨骼、头发、指甲
○ 3 型： 硫酸皮肤素
⑦ 肝素：防止血管内皮血液凝固
⑹ 3 型： 抗粘连蛋白
①结肠癌组织中高表达
② 与纤连蛋白结合，激活癌细胞
③ 促进癌症转移
6.碳水化合物识别蛋白
⑴ 凝集素
① 与大肠杆菌菌毛上宿主的寡糖结合
② 也用作血管指示剂
⑵ 选择素
①白细胞或上皮细胞上表达的跨膜分子
② 细胞间粘附分子（CAM）的一种
③ P-选择素
○ 上皮细胞表面作为CAM的粘附蛋白
○ 存在于活化的血小板和内皮细胞上
○ 测量急性或慢性血小板活化的金标准
⑶ 血凝素和神经氨酸酶
① 血凝素
○ 在入侵宿主细胞时发挥作用
○ 识别并结合宿主细胞表面碳水化合物末端的唾液酸残基。
○ 唾液酸又称N-乙酰神经氨酸
○ 在pH 7.4时，它呈现亲水性、阴离子螺旋结构，而在酸性环境中，它采用疏水性螺旋结构，促进内体释放（内体逃逸）。
② 神经氨酸酶
○ 在从宿主细胞释放期间起作用
○ 动物流感病毒出芽时，宿主质膜上的唾液酸会暂时与血凝素结合。» ○ 然后神经氨酸酶裂解这种临时结合（糖苷键）。
③ 流感病毒根据血凝素和神经氨酸酶类型进行分类
○ H1至H16存在血凝素
○ 神经氨酸酶存在于N1至N9
○ 病毒可分类为H#N#形式。
④ 达菲™（奥司他韦）和瑞乐沙™
○ 神经氨酸酶竞争性抑制剂。
○ 与唾液酸类似。
○ 抑制流感病毒增殖
7.碳水化合物代谢
⑴ 【流程详情】(https://jb243.github.io/pages/1410)
⑵【葡萄糖合成】(https://jb243.github.io/pages/1413)
⑶ 减糖
① 所有单糖都是还原糖。
② 除蔗糖外，所有二糖都是还原糖。
③ 多糖是非还原糖。
输入： 2019.01.24 19:57