1.2　課后習題詳解

1糖類有哪些重要的生物學作用？

答：糖類的主要生物學作用有4個方面：

（1）提供大量的能量，如淀粉在體內(nèi)氧化時，可放出大量能量。

（2）可轉(zhuǎn)變?yōu)樯匦璧钠渌镔|(zhì)，如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等。

（3）可作為生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如纖維素是植物中起支持作用的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。

（4）可作為細胞識別的信息分子，如細胞的黏附、細胞的接觸抑制和細胞的歸巢等細胞識別的功能都與糖蛋白的糖鏈有關(guān)。

2聯(lián)系有機化學中醛、酮、醇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)說明醛糖、酮糖與有機化學醛、酮在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有何異同？

答：（1）醛糖、酮糖與有機化學醛、酮在結(jié)構(gòu)上

①相同點

醛糖、酮糖與有機化學醛、酮在結(jié)構(gòu)上都分別具有醛基和酮基。

②不同點

有機化學醛、酮在結(jié)構(gòu)上具有唯一結(jié)構(gòu)，但醛糖、酮糖具有鏈狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

（2）醛糖、酮糖與有機化學醛、酮在性質(zhì)上

①相同點

由于單糖為多羥基醛或多羥基酮，所以凡醛基、酮基和醇基所能產(chǎn)生的化學反應(yīng)，醛糖或酮糖一般也能產(chǎn)生。

②不同點

a．醛糖的醛基不如一般醛類的醛基活潑，也不如一般醛類能與NaHSO₃和Schiff試劑起加合作用。

b．1分子葡萄糖只能與1分子甲醇結(jié)合成甲基葡萄糖而不能如一般醛類分子能與2分子甲醇作用形成縮醛。

c．一般醛類在水溶液中只有一個比旋光度，但新配制的葡萄糖水溶液的比旋光度隨時間而改變。

d．酮糖有還原性而有機化學酮無還原性。

e．醛糖和酮糖皆為多羥醇衍生物，故具有多羥醇的特性，而有機化學醛、酮不具有多羥醇的特性。

3糖的D-、L-型，α-、β-型是如何區(qū)別和如何決定的？

答：（1）糖的D-、L-型的區(qū)別與決定

①判斷其D-型還是L-型是將單糖分子中離羰基最遠的不對稱碳原子上-OH的空間排布與甘油醛比較，若與D-甘油醛相同，即-OH在不對稱碳原子右邊的為D-型，若與L-甘油醛相同，即-OH在不對稱碳原子左邊的為L-型。

②凡在理論上可由D-甘油醛（即 D-甘油醛糖）衍生出來的單糖皆為D-型糖，由L-型甘油醛衍生出來的單糖皆為L-型糖，所以D-及L-符號僅表示各有關(guān)單糖在構(gòu)型上與D-甘油醛或L-甘油醛的構(gòu)型關(guān)系，與其旋光性無關(guān)。

（2）糖的α-、β-型的區(qū)別與決定：

①由于環(huán)式第1碳原子是不對稱碳，與其相連的-H、-OH基的位置有兩種可能排列方式（-OH可在碳原子的左邊或右邊），因而就有兩種構(gòu)型的可能。

②決定α-、β-型的依據(jù)，是以分子末端—CH₂OH基鄰近不對稱碳原子的-OH基的位置作依據(jù)。凡糖分子的半縮醛羥基（即C-1上的-OH）和分子末端-CH₂OH基鄰近不對稱碳原子的-OH基在碳鏈同側(cè)的稱為α-型，在異側(cè)的稱為β-型。

4試寫出D-核糖和D-2-脫氧核糖的Haworth和Fischer結(jié)構(gòu)式。

答：（1）D-核糖分子式C₅H₁₀O₅，是核糖核酸（RNA）、ATP的重要組成物質(zhì)，D-2-脫氧核糖分子式為C₅H₁₀O₄是DNA的組成部分。

（2）糖的Haworth結(jié)構(gòu)式中，糖的環(huán)用一個大體垂直于紙平面的環(huán)表示，環(huán)中省略了構(gòu)成環(huán)的碳原子，粗線表示靠近讀者的環(huán)邊緣，細線（含氧橋）表示離開讀者的環(huán)邊緣。D-核糖和D-2-脫氧核糖的Haworth結(jié)構(gòu)式是：

①α異頭物的Haworth結(jié)構(gòu)式

②β異頭物的Haworth結(jié)構(gòu)式（D-核糖和D-2-脫氧核糖主要以β異頭物形式存在）

（3）Fischer投影式中碳鏈處于垂直方向，羰基寫在鏈的上端，羥甲基寫在下端，氫原子和羥基位于鏈的兩側(cè)。水平方向的鍵伸向紙面前方，垂直方向的鍵伸向紙面后方。根據(jù)上述Haworth結(jié)構(gòu)式，該兩種糖的Fischer結(jié)構(gòu)式分別是：

5糖的還原性與糖的還原有何區(qū)別？是否一切糖都有還原性？是否一切糖都能被還原？

答：（1）糖的還原性與糖的還原二者的區(qū)別：

①糖的還原性即糖的氧化，是指含有自由醛基或酮基的糖，在堿性溶液中，醛基、酮基即變成非?；顫姷南┒迹哌€原性，能還原金屬離子，同時糖本身被氧化成糖酸及其他產(chǎn)物。

②糖的還原是指含有醛基或酮基的糖能被氫還原成醇。

（2）并不是一切糖都有還原性，例如多糖。

（3）并不是一切糖都能被還原，例如蔗糖。

6試想想單糖有哪些重要性質(zhì)？你如何去理解和記憶這些性質(zhì)？

答：（1）單糖的重要物理性質(zhì)有旋光性、變旋性和甜度。

①一切單糖都含有不對稱碳原子，所以都有旋光的能力，能使偏振光的平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，這種性質(zhì)稱為旋光性。使偏振光平面向左旋轉(zhuǎn)的稱為左旋糖，使偏振光平面向右旋轉(zhuǎn)的稱為右旋糖。

②一個旋光體溶液放置后，其比旋光度改變的現(xiàn)象稱為變旋。

③單糖有甜味，但甜度大小不同，如以蔗糖為標準定為100度。

（2）單糖的化學性質(zhì)是與其分子中的功能基團醛基或酮基和醇基密切相關(guān)的。單糖重要的化學性質(zhì)列表如下：

表1-6　單糖重要的化學性質(zhì)

7糖脎是如何形成的？D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖為何產(chǎn)生相同的糖脎？

答：（1）糖脎的形成

單糖的醛基或酮基可與許多物質(zhì)如苯肼、HCN和羥氨等起加合作用。單糖的第1、2碳與苯肼結(jié)合后，成晶體糖脎，稱成脎作用。

（2）D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖產(chǎn)生相同糖脎的原因

D-葡萄糖、D-果糖及D-甘露糖生成同一種糖脎，因為這3種單糖彼此間的區(qū)別僅第1、第2兩個碳原子的構(gòu)型不同，經(jīng)過加合作用后，第1與第2碳原子皆與苯肼結(jié)合，原有差異隨之消失，因此它們的糖脎完全相同。

8從蔗糖、麥芽糖和乳糖的分子結(jié)構(gòu)推出它們的化學性質(zhì)。

答：（1）蔗糖

①分子結(jié)構(gòu)：蔗糖水解后產(chǎn)生1分子葡萄糖和1分子果糖，葡萄糖第1碳原子的羥基與果糖第2碳原子的羥基相結(jié)合。

②化學性質(zhì)：從分子結(jié)構(gòu)上觀察，蔗糖無還原作用，不能與苯肼作用產(chǎn)生糖脎，因結(jié)合成二糖時醛基與酮基的特性都已完全喪失，蔗糖也不因弱堿的作用而起烯醇化，但可被強堿破壞。稀酸或轉(zhuǎn)化酶都能水解蔗糖，產(chǎn)生D-葡萄糖和D-果糖。

（2）麥芽糖

①分子結(jié)構(gòu)：麥芽糖水解后產(chǎn)生2分子葡萄糖,葡萄糖第1碳原子的羥基是與另一個葡萄糖第4碳原子的羥基相結(jié)合。

②化學性質(zhì)：從結(jié)構(gòu)上觀察，麥芽糖分子中尚存一個半縮醛基，故有還原作用。也能與苯肼作用產(chǎn)生糖脎，可被酵母發(fā)酵，水解后產(chǎn)生2分子葡萄糖。

（3）乳糖

①分子結(jié)構(gòu)：乳糖為一分子D-葡萄糖與一分子D-半乳糖縮合而成。葡萄糖第4碳原子的羥基與半乳糖第1碳原子的羥基相結(jié)合。

②化學性質(zhì)：從結(jié)構(gòu)上觀察，乳糖分子中尚有一個自由醛基，故乳糖有還原性，能與苯肼結(jié)合成脎，乳糖被乳糖酶或稀鹽酸水解后產(chǎn)生葡萄糖和半乳糖，不被酵母發(fā)酵。

9有哪幾類重要多糖？這些多糖與人類的關(guān)系如何？

答：（1）多糖是指由多個單糖分子縮合而成的糖類，相對分子質(zhì)量都很大，在水中不能成真溶液，只能成膠態(tài)溶液，無還原性。

（2）多糖可分為同多糖和雜多糖兩大類。

①同多糖是由某一種單糖所組成,如淀粉、糖原和纖維素等。

②雜多糖則為一種以上的單糖或其衍生物所組成，其中有的還含有非糖物質(zhì)，如糖胺聚糖和細菌多糖等。

（3）多糖與人類的關(guān)系：

多糖與人類生活關(guān)系極大，衣、食、住都離不開多糖。最重要的是淀粉、糖原和纖維素。新近由于生物膜化學和醫(yī)學生化的發(fā)展，糖胺聚糖和細菌多糖亦日益顯示其重要性。

10NAG、NAM是什么意義？它們的結(jié)構(gòu)是什么？哪些糖類含有這兩種化合物？

答：（1）NAG即N-乙酰-D-葡糖胺，是乙?；c葡糖胺的氨基結(jié)合而成的化合物。廣布于自然界，為多種糖肽或糖蛋白的組分，細菌胞壁酸、甘油磷壁酸、肽聚糖和殼多糖等都含有乙酰葡糖胺。前三者是構(gòu)成細菌細胞壁和細菌莢膜的主要成分。殼多糖是甲殼動物外殼和昆蟲甲殼的組分。

（2）NAM即是N-乙酰胞壁酸，是胞壁酸與乙酰基結(jié)合的產(chǎn)物，它同NAG都是肽聚糖的成分。

11糖胺聚糖（黏多糖）是什么樣的一類化合物？舉例說明它們的重要功能。

答：（1）糖胺聚糖又稱黏多糖，是一類含己糖胺和糖醛酸的雜多糖，是由多個二糖單位形成的長鏈多聚物。有的含硫酸，含硫酸的稱酸性糖胺聚糖，如硫酸軟骨素和肝素等。糖胺聚糖多數(shù)是用共價鍵同短鏈肽的絲氨酸或蘇氨酸結(jié)合的。

（2）糖胺聚糖的重要功能：

①糖胺聚糖是結(jié)締組織的間質(zhì)和細胞間質(zhì)的特有成分，是組織細胞間的天然黏合劑。例如透明質(zhì)酸為細胞間的黏合物質(zhì)，又有潤滑作用，對組織起保護作用。

②糖胺聚糖在維持細胞環(huán)境的相對穩(wěn)定性和正常生理功能都起著重要作用。例如硫酸皮膚素。

③人體和動物的生長、組織修復、抗菌、抗炎、抗過敏、成骨等都與糖胺聚糖有密切關(guān)系。例如硫酸軟骨素為軟骨的主要成分。

④肝素為體內(nèi)自然存在的抗血凝物質(zhì)。肝素的生物學作用是抗凝血和加速血漿中三酰甘油的清除。

12什么是糖蛋白？什么是蛋白聚糖？它們的主要差別在哪里？

答：（1）糖蛋白是指短鏈寡糖與蛋白質(zhì)以共價鍵連接而成的復合糖。一般糖蛋白中以蛋白質(zhì)為主，其含糖量變化很大，如膠原蛋白的含糖量不到1%，而可溶性血型物質(zhì)的含糖量高達85%，但大多數(shù)情況下糖部分所占的比例比較小。

（2）蛋白聚糖，又稱蛋白多糖，它是由蛋白質(zhì)和糖胺聚糖通過共價鍵連接而成的大分子復合物。在蛋白聚糖的分子結(jié)構(gòu)中，蛋白質(zhì)分子居于中間，構(gòu)成一條主鏈，稱為核心蛋白，糖胺聚糖分子排列在蛋白質(zhì)分子的兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)稱為蛋白聚糖的“單體”。單體的糖胺聚糖鏈的分布是不均勻的。

（3）糖蛋白與蛋白聚糖的主要差別：

①蛋白聚糖含糖量比糖蛋白高。

②糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同。蛋白聚糖中的糖胺聚糖是一種長而不分支的多糖鏈，具有二糖的重復單位，含有較多的酸性基團，是負電性強的大分子。

③連接方式不同

a．糖蛋白中糖鏈與肽鏈主要通過2種不同類型的糖苷鍵相連，一種是糖基上的半縮醛羥基與肽鏈上的蘇氨酸、絲氨酸、羥脯氨酸或羥賴氨酸的羥基形成O-糖苷鍵，另一種是糖基上的半縮醛羥基與肽鏈上天冬酰胺的氨基形成N-糖苷鍵。

b．蛋白聚糖中的糖胺聚糖與蛋白質(zhì)之間的連接有3種類型：D-木糖與絲氨酸羥基之間形成的O-糖苷鍵；N-乙酰半乳糖胺與蘇氨酸或絲氨酸之間形成的O-糖苷鍵；N-乙酰葡糖胺與天冬酰胺氨基之間形成的N-糖苷鍵。