内容概要：
  • 碳水化合物
  • 简单碳水化合物
  • 复合碳水化合物
你知道么
碳水化合物是人体的主要能量来源，是由不同类型的糖分子组成的。根据它们的分子结构，一些碳水化合物在体内迅速分解以释放能量；另一些需要一种特殊的酶来消化；还有一些根本无法被人类消化。
关键概念
  • 碳水化合物是一类对生物体至关重要的宏量营养素。它们是人体的主要能量来源。
  • 碳水化合物是有机分子，其中碳（C）与氢氧（H2O）以不同的比例键合，具体取决于特定的碳水化合物。
  • 植物从太阳中获取能量并在光合作用过程中制造碳水化合物。作为相反过程，动物在新陈代谢过程中分解碳水化合物以释放能量。
  • 所有碳水化合物都由糖单元组成。碳水化合物有两种类型：简单碳水化合物（单糖和双糖）和复合碳水化合物（多糖）。多糖是单糖的聚合物。
  • 复合碳水化合物的例子有：淀粉（植物用来储存葡萄糖以备后用的主要多糖）、糖原（动物用来储存能量的多糖）、纤维素（植物纤维）。
我们的身体，从很多方面看，就是个化学加工厂。化学物质被吸入，通过各种类型的反应进行处理，然后散布到全身，立即被使用或被储存以备后用。人体使用的化学物质可分为两大类：宏量营养素（macronutrients，即我们需要经常大量食用的物质）与微量营养素（micronutrients，即我们只需要少量的物质）。三大类宏量营养素对生物体至关重要：碳水化合物、脂肪、蛋白质。我们这里将讨论碳水化合物；脂肪和蛋白质将另外讨论（请参阅“脂肪和蛋白质”模块）。
碳水化合物
碳水化合物是人体的主要能量来源。从化学上讲，碳水化合物是碳、氢、氧以以下比例键合在一起的有机分子：Cx(H2O)y，其中x和y是整数，根据我们所指的特定碳水化合物而有所不同。动物（包括人类）在新陈代谢过程中，分解碳水化合物以释放能量。例如，葡萄糖的化学代谢如下图所示：
动物通过食用含有碳水化合物的食物（例如土豆、米饭、面包等）来获取碳水化合物。这些碳水化合物是由植物在光合作用过程中制造的。植物从阳光中获取能量，以运行与上述方向相反的反应：
举例来说，马铃薯是一个葡萄糖分子的化学储存系统。这些葡萄糖产生于光合作用过程。在马铃薯中，这些葡萄糖分子以长链结合在一起。碳水化合物有两种类型。一种是简单碳水化合物，另一种是由长链组成的碳水化合物——复合碳水化合物。
简单碳水化合物

所有碳水化合物都由糖单元组成。仅含有一个糖单元（单糖）或两个糖单元（双糖）的碳水化合物称为简单碳水化合物。简单碳水化合物味道甜美，在体内迅速分解以释放能量。两种最常见的单糖是葡萄糖和果糖。葡萄糖是储存在人体内作为能量的糖的主要形式。果糖是大多数水果中的主要糖分。葡萄糖和果糖（图1a和1b）具有相同的化学式（C6H12O6）。不过它们有不同的结构，如图所示（注意：位于环“角”中的碳原子没有标记）：
葡萄糖
果糖
双糖由两个糖单元键合。例如，常见的食糖蔗糖，是由一个果糖单元键合一个葡萄糖单元所组成的双糖：
蔗糖
复合碳水化合物
复合碳水化合物是单糖的聚合物。换句话说，复合碳水化合物是单糖单元键合在一起的长链（因此，复合碳水化合物通常被称为多糖）。我们之前讨论的马铃薯，实际上含有复杂的碳水化合物淀粉。淀粉是葡萄糖单糖的聚合物。
淀粉
n是重复葡萄糖单位的数量（数千范围）
植物用来储存葡萄糖以备后用的多糖，主要是淀粉。植物通常将淀粉储存在种子或其他特殊器官中。例如，常见的淀粉来源包括大米、豆类、小麦、玉米、土豆等。当人类食用淀粉时，唾液和肠道中的淀粉酶会破坏重复葡萄糖单元之间的键，从而让糖能被吸收到血液中。一旦被吸收到血液中，人体就会将葡萄糖分配到需要能量的区域，或将其储存为一种特殊聚合物——糖原。
淀粉分子
糖原（Glycogen）是葡萄糖的另一种聚合物，是动物用来储存能量的多糖。过量的葡萄糖结合在一起形成糖原分子，动物将其储存在肝脏和肌肉组织中，作为“即时”能量来源。淀粉和糖原都是葡萄糖的聚合物。然而，淀粉是长直链，而糖原带分支的链，如下所示：
糖原分子
另一种重要的多糖是纤维素（cellulose）。纤维素是葡萄糖单元的第三种聚合物。纤维素与淀粉和糖原不同，氢键将附近的聚合物结合在一起，葡萄糖单元构成一个二维结构，从而增加了分子的稳定性（图6）。纤维素，也称为植物纤维，不能被人体消化，因此纤维素通过消化道而不被人体吸收。一些动物，如奶牛和白蚁，它们的消化道中含有细菌，可以帮助它们消化纤维素。纤维素是一种相对坚硬的材料，在植物中，它被用作结构分子，为叶子、茎和其他植物部分增加支撑。尽管它不能用作大多数动物的能量来源，但纤维素纤维在饮食中是必不可少的，因为它有助于锻炼消化道并保持清洁和健康。
纤维素分子
资料来源：
Anthony Carpi, Ph.D. “Carbohydrates” Visionlearning Vol. BIO-3 (3), 2003.
https://www.visionlearning.com/en/library/biology/2/carbohydrates/61
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关键词
淀粉
多糖
分子
生物
植物