碳水化合物是世界各地的飲食主食。他們在媒體上也受到很多負面關注。

随着新的時尚飲食的興起和過時，每種人都有不同的想法來攝取适量的碳水化合物。

盡管它曾經被認為是一種超級食品，但糖（最簡單的碳水化合物）現在卻以反面的姿态出現。甚至有運動将糖重新分類為危險和令人上瘾的藥物！

多糖（人們通常認為是“碳水化合物”）在幾年前就廣為流傳，但現在人們意見不一。

由于健康風險，生酮飲食（低碳水化合物，高蛋白質和脂肪）已失寵，但是，關于碳水化合物是否對您有益仍然存在争議。

美運動員聲稱它們對運動表現和新陳代謝有益。營養學家警告血糖升高和體重增加的風險。

從健康食品辯論的背景來看，并不總是确切地知道什麼是碳水化合物。該術語往往被用作所有澱粉類食品的統包。

盡管澱粉是碳水化合物，但也有許多其他碳水化合物。碳水化合物是大量營養素（需要大量消耗才能維持生命的分子）。

它們是地球上最豐富的生物分子，呈多種形式。糖，信号分子，部分或我們的免疫系統，核酸以及許多結構成分都是由碳水化合物形成的。

碳水化合物的化學成分賦予它們多種特性，可幫助它們發揮許多不同的作用。最重要的是，它們由基本單元形成，然後可以像樂高積木一樣鍊接在一起以形成大而獨特的分子。

在此方面唯一優于碳水化合物的生物分子是蛋白質。任何碳水化合物的常見分子式為C n（H 2 O）n。

這些分子的名稱是從該比率得出的：每個碳原子（carbo-）都有相等量的水（-水合物）。由于碳，氫和氧的組合很容易被氧化，但往往不會自行分解。

因此碳水化合物具有很高的能量潛能和結構穩定性。這使其成為促進生化反應的理想選擇。實際上，碳水化合物葡萄糖的氧化是為地球上所有生命提供動力的基本化學反應。

單糖

碳水化合物的最小官能團是單糖。詞根“糖”源自希臘語中的“甜”一詞，因為這些單位具有獨特的甜味。單糖有時被稱為單糖。

它們形成最簡單的碳水化合物，是具有許多醇（-OH）官能團的碳鍊和特殊的雙鍵氧（酮或醛糖），可以使鍊形成環。有許多簡單的糖被消耗的例子。

葡萄糖是一種通過血糖評估來衡量的分子，是整個生命中生物能量的關鍵來源。

果糖是植物中制成的一種糖。它是高果糖玉米糖漿中甜味的來源。

半乳糖是哺乳動物産生的一種糖，可以與葡萄糖結合形成乳糖。

也有許多類型的單糖無法消化以獲取能量。核糖是組成DNA和RNA的核苷酸中的主要結構成分。甘露糖是存在于稱為糖蛋白的信号傳導分子中的簡單糖。

二糖

大多數人會熟悉的糖類型是二糖，即通過特殊鍵連接在一起的兩個單糖。連接兩個單糖的鍵稱為糖苷鍵。之所以會發生這種情況，是因為單糖環中的特殊碳（異頭碳）可以與不同單糖上的-OH基團結合而形成鍵加水。

二糖具有更大的雙環結構，并具有基于連接單糖的各種特性以及糖苷鍵的位置和立體化學。許多天然存在的糖是葡萄糖的二糖和一些其他單糖。蔗糖（食用糖）由葡萄糖和果糖這兩種單糖組成。乳糖（牛奶糖）由葡萄糖和半乳糖的單糖組成。

多糖類

大多數碳水化合物不以相對較小的單糖或二糖形式存在，而是形成通過糖苷鍵連接在一起的簡單糖的大量鍊。這些結構的形式和功能高度不同，但統稱為多糖。從技術上講，碳水化合物一詞包括所有糖類。

但是，用随意的語言，人們用它來指澱粉。多糖往往不具有單糖和二糖的特征性甜味。它們的大小可以相差很大，範圍從僅幾個單糖單元到數百個單糖的龐大複合物。它們也可以具有不同的結構。

糖苷鍵出現在每個單元的同一位置的多糖會形成長鍊，這些長鍊會圍繞自身纏繞而形成螺旋結構。或者，一些單元可以具有多個糖苷鍵，從而導緻松散的分支結構。最後，多糖可以完全由一個單糖單元（同質多糖）組成，也可以具有兩種或三種不同單糖（雜多糖）的重複模式。

均多糖

用作能源的多糖傾向于是由葡萄糖組成的均多糖。在植物中，這種能源稱為澱粉，有兩種。直鍊澱粉是直鍊澱粉。它形成緊密的螺旋狀，堆積成晶體結構。由于直鍊澱粉包裝緊密，因此能量密度更高，但溶解性較差，難以消化。

支鍊澱粉是具有短分支鍊的澱粉。它易于消化，易溶于水，但能量密度較低，因為分支阻止了緊密堆積。廚師使用澱粉作為能源和增稠劑。動物和真菌具有類似于澱粉的分子，稱為糖原。

糖原不是形成像澱粉一樣的螺旋結構，而是形成附着在中央蛋白質上的葡萄糖高度分支鍊的顆粒。它在肝髒中制成，可作為肌肉組織的中期能量存儲。一罐垃圾郵件底部的透明果凍狀物質主要是糖原。

均多糖也可以形成堅固的結構材料，纖維素是一種堅固的纖維材料，有助于在植物和微生物中形成細胞壁。它是由葡萄糖的線性鍊構成的。但是，與直鍊澱粉不同，糖苷鍵的形狀使結構不溶且難以消化。

纖維素在食品中被稱為膳食纖維，由棉纖維，紙制品和木材構成。幾丁質是自然界中經常發生的另一種結構同多糖。它形成了昆蟲的外骨骼和魚鱗。像纖維素一樣，幾丁質在線性葡萄糖的不溶鍊上形成。然而，每個葡萄糖單元都被修飾為具有連接的胺基（-NH 2）。

雜多糖

雜多糖以重複方式包含兩個或三個不同的單糖。這些碳水化合物通常與形成稱為糖脂或糖蛋白的雜化結構的脂質或蛋白質緊密結合。這些分子廣泛存在于植物，動物和微生物中。這些分子的組成和形狀具有極大的多樣性，許多分子的确切結構仍然未知。

許多雜多糖與醫學有關。例子包括透明質酸，其在軟骨，皮膚和神經組織中用作高度親水的減震劑和潤滑劑；肝素，一種天然存在于血液中的抗凝劑和免疫球蛋白（抗體），對主動免疫系統至關重要。

結論

碳水化合物是一大類生物分子，其功能的複雜性和多樣性可與蛋白質相媲美。它們的大小可以從相對簡單的單糖到廣泛的多糖複合物。它們具有結構穩定性和高勢能的獨特組合，使其成為大分子中促進新陳代謝的理想選擇。

但它們還具有許多其他功能，包括結構和細胞信号傳導。我們僅通過将碳水化合物視為面食和土豆來破壞碳水化合物。它們是地球上所有生命必不可少的獨特且高度多樣化的分子家族。

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