碳水化合物的分類及其結構

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簡介

碳水化合物似乎是一種天然存在的羰基分子，含有許多—OH 基團。這也可能包括它們的衍生物，這些衍生物在水解時也會導致某些化合物的合成。

糖類包括具有甜味且可溶於水的碳水化合物。碳水化合物構成植物和動物細胞中的豐富物質。骨骼中含有的碳水化合物作為植物、節肢動物甚至哺乳動物的食物儲備。所有這些都是各種代謝活動所需的重要的能源；能量將透過氧化提供。

什麼是碳水化合物？

“碳水化合物”一詞源於法語短語“Hydrate de Carbone”，意思是“碳水化合物”。C_n(H₂O)_n 是此類化合物的通用式。它們是生物分子，因此在科學層面上包含 C、H 和 O 原子。

這類似於水，因為碳水化合物中氫與氧的比例為 2:1，就像水一樣。碳水化合物是三種為人體系統提供能量的宏量營養素之一。它們轉化為糖，細胞利用糖來獲取能量。

碳水化合物的結構

碳水化合物主要由三種成分組成：C、H 和 O。碳水化合物始終具有化學式 (CH₂O)_n。這些將是含有大量—OH 基團並斷裂碳鏈的化合物，碳鏈排列成醛和酮。所有這些碳水化合物都由單糖組成，單糖似乎是簡單的糖。多羥基醛和多羥基酮可以轉化為單糖。碳水化合物的結構描述有三種不同的方式

• Haworth 結構 - 吡喃糖環結構的存在。

• 開鏈結構 - 這包含長而直的碳水化合物。

• 半縮醛結構 - 當葡萄糖的第一個碳原子僅與第五個碳原子的—OH 基團結合時，會形成環狀結構。

碳水化合物的型別

• 簡單碳水化合物 - 簡單碳水化合物只包含一個或兩個糖單位。由於它們缺乏維生素和礦物質，因此被稱為“空卡路里”。某些碳水化合物存在於食物中，包括人造糖。菠蘿、蘋果、香蕉、橙子和漿果等水果含有它們。牛奶也是這種碳水化合物的一個很好的來源。

• 複雜碳水化合物 - 複雜碳水化合物包含兩個或多個糖分子。它包含澱粉和纖維。複雜碳水化合物優於簡單碳水化合物。複雜碳水化合物不會提高血糖水平。它們有助於維持低血糖水平。燕麥、豆類、糙米、全穀物、豌豆和其他碳水化合物就是例子。

• 澱粉類碳水化合物 - 富含碳水化合物的食物被歸類為澱粉類碳水化合物，但也包括豆類、土豆、紅薯和某些堅果。含有澱粉類碳水化合物的關鍵來源是穀物和穀物。全麥麵包等就是例子。

• 纖維類碳水化合物 - 纖維類碳水化合物是高能量來源。富含碳水化合物的鮮蔬菜包括豆芽、胡蘿蔔、西蘭花、西紅柿、黃瓜、南瓜等等。

碳水化合物的分類

根據分子結構或聚合程度，碳水化合物可以分為簡單和複雜兩種。它們主要分為三類，如下所示：

• 單糖 - 單糖碳水化合物是最基本的碳水化合物，因為它們不能進一步降解以產生相對簡單的多羥基醛和酮單元。當單糖具有醛基時，它被稱為醛糖；當它包含酮基時，它被稱為酮糖。

• 二糖 - 二糖水解產生兩個相同或不同的單糖分子。兩個單糖分子可以透過去除水分子而產生的氧化鍵連線在一起，這被稱為糖苷鍵。蔗糖是一種常見的二糖，水解後產生果糖和葡萄糖。另外兩種主要的二糖是麥芽糖和乳糖，通常稱為乳糖。麥芽糖中似乎有兩個α-D-葡萄糖，而乳糖中則有兩個β-D-葡萄糖，它們透過氧化鍵連線在一起。

• 多糖 - 它們是由透過糖苷鍵連線在一起的長鏈單糖單元組成的多糖分子。它們中的大多數，例如澱粉，充當儲存食物的作用。植物的主要儲存碳水化合物是澱粉。它是由兩種成分組成的α-葡萄糖聚合物：直鏈澱粉和支鏈澱粉。纖維素是另一種在植物中高濃度存在的聚合物。它由β-D-葡萄糖單元組成，透過一個葡萄糖分子的C1與下一個葡萄糖分子的C4之間的糖苷鍵連線在一起。

碳水化合物的例子

以下是各種產品中碳水化合物的例子：

• 水果包括水果和果汁。

• 豆類是來自豆類的植物性蛋白質。

• 乳製品和牛奶製品通常包括酸奶、冰淇淋和牛奶。

• 土豆和玉米是澱粉類蔬菜的例子。

• 小麥、穀物和大米是穀物的例子。

結論

碳水化合物由於含有碳、氫和氧而被歸類為生物分子。它們來源於植物和動物組織。糖原可能是動物組織中最常見的形式，而葡萄糖似乎是植物細胞中最常見的形式。碳水化合物主要被認為是人體的能量來源，因為它們以幾乎與我們攝入食物相同的方式為我們提供能量，膳食產品通常被認為是碳水化合物，而且對我們的身體也是必需的。糖、纖維和澱粉是最著名的碳水化合物。

常見問題

1. 為什麼碳水化合物如此富含自由能？

因為這些大型多糖具有許多化學鍵，因此它們可以儲存大量的化學能。當這些化合物在代謝過程中分解時，化學鍵中的能量就會釋放出來，細胞可以利用這些能量。

2. 為什麼碳水化合物可溶於水？

簡單碳水化合物包含許多羥基官能團的小極性分子，這些官能團使它們具有親水性。

3. 如何命名碳水化合物的結構？

通常，使用希臘數字，如三-、四-、五-和六-來表示數量，但字尾-ose被新增到表示它是一種碳水化合物。例如，三碳糖是一種具有三個碳原子的碳水化合物，而己糖則在其分子中具有六個碳原子。

4. 碳水化合物在細胞的哪個部位形成？

膜碳水化合物主要在內質網中合成，但是它們會在高爾基複合體中透過新增許多額外的單體來產生複雜的碳水化合物分子而發生改變和生長。

5. 如果食物缺乏碳水化合物會發生什麼？

當人們不吃足夠的碳水化合物時，他們的血糖水平可能會下降到標準引數（70 至 99 mg/dL）以下，導致低血糖症。由於酮症，系統隨後會開始利用脂肪作為能量。低血糖症的跡象之一是飢餓感。