碳水化合物的分类及其结构

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简介

碳水化合物似乎是一种天然存在的羰基分子，含有许多—OH 基团。这也可能包括它们的衍生物，这些衍生物在水解时也会导致某些化合物的合成。

糖类包括具有甜味且可溶于水的碳水化合物。碳水化合物构成植物和动物细胞中的丰富物质。骨骼中含有的碳水化合物作为植物、节肢动物甚至哺乳动物的食物储备。所有这些都是各种代谢活动所需的重要的能源；能量将通过氧化提供。

什么是碳水化合物？

“碳水化合物”一词源于法语短语“Hydrate de Carbone”，意思是“碳水化合物”。C_n(H₂O)_n 是此类化合物的通用式。它们是生物分子，因此在科学层面上包含 C、H 和 O 原子。

这类似于水，因为碳水化合物中氢与氧的比例为 2:1，就像水一样。碳水化合物是三种为人体系统提供能量的宏量营养素之一。它们转化为糖，细胞利用糖来获取能量。

碳水化合物的结构

碳水化合物主要由三种成分组成：C、H 和 O。碳水化合物始终具有化学式 (CH₂O)_n。这些将是含有大量—OH 基团并断裂碳链的化合物，碳链排列成醛和酮。所有这些碳水化合物都由单糖组成，单糖似乎是简单的糖。多羟基醛和多羟基酮可以转化为单糖。碳水化合物的结构描述有三种不同的方式

• Haworth 结构 - 吡喃糖环结构的存在。

• 开链结构 - 这包含长而直的碳水化合物。

• 半缩醛结构 - 当葡萄糖的第一个碳原子仅与第五个碳原子的—OH 基团结合时，会形成环状结构。

碳水化合物的类型

• 简单碳水化合物 - 简单碳水化合物只包含一个或两个糖单位。由于它们缺乏维生素和矿物质，因此被称为“空卡路里”。某些碳水化合物存在于食物中，包括人造糖。菠萝、苹果、香蕉、橙子和浆果等水果含有它们。牛奶也是这种碳水化合物的一个很好的来源。

• 复杂碳水化合物 - 复杂碳水化合物包含两个或多个糖分子。它包含淀粉和纤维。复杂碳水化合物优于简单碳水化合物。复杂碳水化合物不会提高血糖水平。它们有助于维持低血糖水平。燕麦、豆类、糙米、全谷物、豌豆和其他碳水化合物就是例子。

• 淀粉类碳水化合物 - 富含碳水化合物的食物被归类为淀粉类碳水化合物，但也包括豆类、土豆、红薯和某些坚果。含有淀粉类碳水化合物的关键来源是谷物和谷物。全麦面包等就是例子。

• 纤维类碳水化合物 - 纤维类碳水化合物是高能量来源。富含碳水化合物的鲜蔬菜包括豆芽、胡萝卜、西兰花、西红柿、黄瓜、南瓜等等。

碳水化合物的分类

根据分子结构或聚合程度，碳水化合物可以分为简单和复杂两种。它们主要分为三类，如下所示：

• 单糖 - 单糖碳水化合物是最基本的碳水化合物，因为它们不能进一步降解以产生相对简单的多羟基醛和酮单元。当单糖具有醛基时，它被称为醛糖；当它包含酮基时，它被称为酮糖。

• 二糖 - 二糖水解产生两个相同或不同的单糖分子。两个单糖分子可以通过去除水分子而产生的氧化键连接在一起，这被称为糖苷键。蔗糖是一种常见的二糖，水解后产生果糖和葡萄糖。另外两种主要的二糖是麦芽糖和乳糖，通常称为乳糖。麦芽糖中似乎有两个α-D-葡萄糖，而乳糖中则有两个β-D-葡萄糖，它们通过氧化键连接在一起。

• 多糖 - 它们是由通过糖苷键连接在一起的长链单糖单元组成的多糖分子。它们中的大多数，例如淀粉，充当储存食物的作用。植物的主要储存碳水化合物是淀粉。它是由两种成分组成的α-葡萄糖聚合物：直链淀粉和支链淀粉。纤维素是另一种在植物中高浓度存在的聚合物。它由β-D-葡萄糖单元组成，通过一个葡萄糖分子的C1与下一个葡萄糖分子的C4之间的糖苷键连接在一起。

碳水化合物的例子

以下是各种产品中碳水化合物的例子：

• 水果包括水果和果汁。

• 豆类是来自豆类的植物性蛋白质。

• 乳制品和牛奶制品通常包括酸奶、冰淇淋和牛奶。

• 土豆和玉米是淀粉类蔬菜的例子。

• 小麦、谷物和大米是谷物的例子。

结论

碳水化合物由于含有碳、氢和氧而被归类为生物分子。它们来源于植物和动物组织。糖原可能是动物组织中最常见的形式，而葡萄糖似乎是植物细胞中最常见的形式。碳水化合物主要被认为是人体的能量来源，因为它们以几乎与我们摄入食物相同的方式为我们提供能量，膳食产品通常被认为是碳水化合物，而且对我们的身体也是必需的。糖、纤维和淀粉是最著名的碳水化合物。

常见问题

1. 为什么碳水化合物如此富含自由能？

因为这些大型多糖具有许多化学键，因此它们可以储存大量的化学能。当这些化合物在代谢过程中分解时，化学键中的能量就会释放出来，细胞可以利用这些能量。

2. 为什么碳水化合物可溶于水？

简单碳水化合物包含许多羟基官能团的小极性分子，这些官能团使它们具有亲水性。

3. 如何命名碳水化合物的结构？

通常，使用希腊数字，如三-、四-、五-和六-来表示数量，但后缀-ose被添加到表示它是一种碳水化合物。例如，三碳糖是一种具有三个碳原子的碳水化合物，而己糖则在其分子中具有六个碳原子。

4. 碳水化合物在细胞的哪个部位形成？

膜碳水化合物主要在内质网中合成，但是它们会在高尔基复合体中通过添加许多额外的单体来产生复杂的碳水化合物分子而发生改变和生长。

5. 如果食物缺乏碳水化合物会发生什么？

当人们不吃足够的碳水化合物时，他们的血糖水平可能会下降到标准参数（70 至 99 mg/dL）以下，导致低血糖症。由于酮症，系统随后会开始利用脂肪作为能量。低血糖症的迹象之一是饥饿感。