碳水化合物生物化学

碳水化合物生物化学研究糖及其聚合物的结构和反应，从简单的单糖到修饰蛋白质和脂质的复杂聚糖。

Definition

碳水化合物生物化学是研究糖类——多羟基醛和酮——的立体化学、将它们连接成聚合物的键，以及它们的结构和识别功能。

Scope

本主题涵盖单糖结构和立体化学、环化和异头物、糖苷键、主要的二糖和多糖（如淀粉、糖原和纤维素），以及糖缀合物和碳水化合物识别功能的基础知识。

Core questions

• 单糖如何环化，异头物和差向异构体是什么？
• 糖苷键如何决定多糖的性质？
• 淀粉、糖原和纤维素都是葡萄糖聚合物，为何它们之间差异如此之大？
• 碳水化合物在分子识别中扮演什么角色？

Key theories

聚糖密码

单糖、连接位置和分支的多样性赋予聚糖巨大的信息容量，使碳水化合物能够作为被碳水化合物结合蛋白识别的标记物。

Mechanisms

在溶液中，糖在开链和环状半缩醛形式之间达到平衡，在新的立体中心生成α和β异头物。糖通过糖苷键缩合，其立体化学和位置决定了聚合物的形状：α-1,4连接形成淀粉和糖原的螺旋状、可消化链，而β-1,4连接形成纤维素的直链、氢键纤维。聚糖与蛋白质和脂质的连接形成糖缀合物，介导识别。

Clinical relevance

碳水化合物化学是糖科学、生物聚合物材料和细胞表面识别研究的核心；它是化学生物学的一个核心领域。本治疗方法是描述性的，不具指导性。

History

费歇尔确定了糖的构型并引入了以他名字命名的投影式；霍沃思描述了环状形式；后来对糖核苷酸和糖生物学的研究揭示了碳水化合物的生物合成和识别作用。

Key figures

• Emil Fischer
• Walter Haworth
• Luis Leloir

Seminal works

• nelson2021
• varki2017

Frequently asked questions

差向异构体和异头物有什么区别？

差向异构体在分子中其他立体中心的一个构型上不同，而异头物是一种特殊情况，特指糖环化时形成的异头碳上的差异。

为什么人类可以消化淀粉但不能消化纤维素？

人类酶可以水解淀粉的α-1,4糖苷键，但不能水解纤维素的β-1,4键，因此纤维素作为膳食纤维基本完整地通过消化道。