碳水化合物——定义、分类、来源、重要性

生物分子，有时称为生物分子，是指在生物中发现的分子，这些分子是一个或多个生物过程（例如细胞分裂、形态发生或发育）所必需的。大分子（或聚阴离子）如蛋白质、碳水化合物、脂质和核酸，以及小分子如初级代谢物、次级代谢物和天然产物，都是生物分子的例子。生物分子是生物的重要组成部分。虽然内源性生物分子是在生物体内产生的，但生物体通常需要外部生物分子，例如特定的营养物质才能存在。

碳水化合物

碳、氢和氧是构成碳水化合物生物分子的三种成分。 (CH ₂ O) _n是碳水化合物的典型经验公式。它们是重要的膳食营养素之一，因为它们为我们的身体提供了快速的能量。

碳水化合物的分类

根据其结构，碳水化合物分为单糖、二糖、寡糖和多糖。

• 单糖——带有游离酮基或醛基的单糖称为单糖。它们不能再水解，因为它们是最简单的糖。 C _n H _2n O _n或 C _n (H ₂ O) _n是它们的化学式。根据它们的酮基或醛基，单糖被分类为丁糖、丁糖、戊糖等，以及酮糖或醛糖。葡萄糖、果糖、半乳糖、甘油、核糖和核酮糖是例子。

葡萄糖的结构

果糖的结构

• 二糖——二糖水解成两个相同或不同的单糖分子。失去一个水分子而产生的氧化物键将两个单糖单元连接起来，这种连接称为糖苷键。蔗糖是一种典型的二糖，水解时会分解成葡萄糖和果糖。另外两种主要的二糖是麦芽糖和乳糖（俗称牛奶糖）。麦芽糖中有两个 α-D-葡萄糖和乳糖中有两个 β-D-葡萄糖，它们通过氧键连接。

• 寡糖——当糖被水解时，它们分解成两到十个单糖分子。二糖是在水解时分解成两个单糖分子的寡糖，而三糖、四糖等是分解成三个或四个单糖分子的寡糖。二糖的化学式为 C _n (H ₂ O) _n-1 ，而三糖等的化学式为 C _n (H ₂ O) _n-2 ，依此类推。蔗糖、麦芽糖、乳糖、棉子糖和水苏糖是寡糖的例子。
• 多糖——长单糖分子通过糖苷键连接在一起形成多糖。它们中的大多数，如淀粉，用作食物储存。植物使用淀粉作为它们的主要储存多糖。它是一种葡萄糖聚合物，由两种成分组成：直链淀粉和支链淀粉。纤维素是植物中最常见的多糖之一。它由一个葡萄糖单元的C ₁和下一个葡萄糖单元的C ₄之间的糖苷键连接在一起的β-D-葡萄糖单元组成。

• 淀粉——淀粉是一种碳水化合物，植物作为能源储存。直链淀粉和支链淀粉是其中发现的两种聚合链形式。支链淀粉具有带有 α1-4 和 α1-6 糖苷键的支链结构，而直链淀粉具有带有 α1-4 糖苷键的线性结构。

碳水化合物的功能

1. 碳水化合物是我们身体的主要或主要能源。
2. 它们在脂肪代谢中也有作用。
3. 碳水化合物让你远离酮症。
4. 这是一种结缔组织。
5. 碳水化合物使身体的消化系统保持平稳运行。
6. 碳水化合物纤维可以帮助降低血液中的胆固醇水平。
7. 因为碳水化合物可以防止蛋白质被燃烧，所以需要它们来构建和修复。
8. 碳水化合物为中枢神经系统提供能量。
9. 它们有多种形式，包括糖、葡萄糖、淀粉和纤维。

碳水化合物的来源

• 许多水果含有果糖形式的单糖。
• 所有乳制品都包括半乳糖。
• 乳糖可能大量存在于牛奶和其他乳制品中。
• 麦芽糖存在于多种食物中，包括谷类食品、啤酒、土豆、加工奶酪和意大利面。
• 蔗糖来源于糖和蜂蜜，两者都含有微量的维生素和矿物质。

碳水化合物食品

营养素是食物中的化合物，为我们的发育和修复提供能量。碳水化合物可能存在于健康和不健康的食物中。它们以多种形式存在，包括糖、淀粉和纤维。

Carbohydrates in healthy food consist of both animal and plant sources which include:

• Corn
• Potatoes
• Milk Products
• Fresh Fruits
• Vegetables

Carbohydrates in Unhealthy food includes:

• White Bread
• Artificial Sugar
• Pastries
• Soda
• Other Highly Processed Foods

碳水化合物的重要性

1. 碳水化合物有助于新陈代谢，并以葡萄糖的形式为我们的身体提供能量。
2. 植物细胞由二糖纤维素组成。植物纤维素还用于生产纸张、纺织品和建筑用木材。
3. 光合作用管理植物和动物之间的氧气和二氧化碳气体平衡，是我们生物圈中最重要的过程之一。植物利用阳光和二氧化碳将氧气释放到大气中，而葡萄糖则作为一种能量产生并储存在植物中。当动物吃植物时，它们会从储存的碳水化合物中获取能量，我们可能因此而生存。
4. 碳水化合物在我们的饮食中起着重要作用，因为它们是我们身体的主要能量来源之一。
5. 植物储存含有数千个葡萄糖单位的淀粉作为能源。
6. 糖原是一种储存在动物细胞中的复杂碳水化合物，在压力和肌肉锻炼过程中会分解成简单的葡萄糖分子。
7. 节肢动物的外骨骼由甲壳素组成，甲壳素是一种复杂的碳水化合物。

碳水化合物在我们体内的重要性

我们的大脑、心脏、肾脏和中枢神经系统都依赖碳水化合物。碳水化合物以及脂质和蛋白质是我们饮食的重要组成部分。我们的身体将膳食中的碳水化合物转化为葡萄糖，从而为我们提供能量。

当身体摄入过多的碳水化合物时，它会将它们作为糖原（一种复杂的碳水化合物）储存在肝细胞中。尽管葡萄糖对于向我们的身体输送能量至关重要，但我们必须控制血糖水平以避免出现严重的健康问题，例如糖尿病。胰岛素是一种由胰腺产生的激素，可降低血糖水平并将其以脂肪的形式储存在肝脏和肌肉中。

碳水化合物在生物体内的重要性

• 碳水化合物是我们环境中所有生物生存所必需的。它们都是生物体的主要能量来源。
• 核糖和脱氧核糖等糖分子构成了生物体内的大部分遗传物质（DNA 和 RNA）。聚合物的主链是糖-磷酸-糖链，形成螺旋状。
• ATP（三磷酸腺苷）是生物中最重要的能量转移分子，也是由核糖（一种碳水化合物）制成的。
• 绿色植物将二氧化碳转化为糖等有机物质，为植物提供能量。
• 在土壤中，某些碳水化合物可促进种子发芽和根系伸长。
• 制药行业使用一些稀有糖来制造血糖控制药物。
• 一些复杂的寡糖和寡核苷酸的抗炎特性有助于治疗癌症。
• 含有罕见糖的核苷类似物的抗病毒药物用于治疗 HIV 和 HCV。

碳水化合物在我们饮食中的重要性

碳水化合物是维生素、矿物质和营养物质的丰富来源，还能为我们的身体提供能量。它们以葡萄糖的形式提供即时能量，葡萄糖是我们身体的主要能量来源，可以储存起来。这些碳水化合物应该以面包、土豆、纤维、水果、蔬菜和全谷物的形式包含在我们的饮食中。

碳水化合物对运动员的重要性

• 能量——碳水化合物被分解成葡萄糖分子，储存在肝脏和肌肉中，稍后在运动时利用。碳水化合物提供了我们的身心正常运作所需的大部分能量。由于体内存在足够量的碳水化合物，从而提高了运动表现，因此可以推迟疲劳。
• 增加肌肉质量——为了增加肌肉，足够量的蛋白质是必不可少的。当身体的葡萄糖消耗量很高但没有足够的储存量时，身体就会开始分解蛋白质以满足其能量需求。如果为肌肉提供足够的碳水化合物，蛋白质可以帮助肌肉组织的自由修复和重建，从而最大限度地促进肌肉发育。富含碳水化合物的均衡饮食，如谷物、小麦、酸奶、牛奶、水果、蔬菜、果汁和其他水果和蔬菜，对于运动员保持表现和肌肉潜力至关重要。

示例问题

问题1：碳水化合物在营养中的重要性是什么？

回答：

Carbohydrates are essential for good nutrition since they provide energy to our bodies. Vitamins, minerals, and nutrients are abundant in them. They give immediate energy in the form of glucose, which is a major energy source that may be stored. These carbs should be included in our diet in the form of bread, potatoes, fibres, fruits, vegetables, and whole grains.

问题 2：碳水化合物在生物体中的重要性是什么？

回答：

Carbohydrates are necessary for all living things in our environment to survive. They are all organisms’ major source of energy. They aid in the production of genetic materials, as well as plant and animal cell architecture. Green plants make them and utilise them as energy in the form of ATP.

问题3：碳水化合物在能量消耗中的重要性是什么？

回答：

Carbohydrates are our bodies’ most efficient energy source. Our brain, heart, and other critical organs of our body get this energy, which gives them potential.

问题4：碳水化合物的函数是什么？

回答：

Carbohydrates serve a variety of purposes in the body, including storing energy, providing energy for important tasks, regulating blood sugar, and supplementing fats and proteins for other purposes.

问题5：什么是淀粉？

回答：

Starch is a kind of carbohydrate that plants use to store energy. It contains two types of polymeric chains: amylose and amylopectin. Amylopectin has a branching structure with glycosidic connections α1–4 and α1–6, whereas amylose has a linear structure with α1–4 glycosidic linkages.

问题6：什么是单糖？

回答：

It’s a kind of carbohydrate with only one sugar molecule in it. Hydrolysis cannot break them down into smaller sugar molecules. Glucose, fructose, and galactose are examples of monosaccharides.