碳水化合物
引言
碳水化合物中的羰基化合物包含醛类或酮类物质，以及多个羟基。这些化合物也可能通过这些物质的衍生物在水解过程中产生。天然有机分子被称为“糖类”，是自然界中最丰富的物质类型。简单碳水化合物是指那些可溶于水、具有甜味且能溶于水的化合物。分类；分级
糖类可以分为简单的（单糖）和复杂的（聚合物、寡糖以及多糖）碳水化合物。单糖
- 简单糖是一种无法进一步水解的碳水化合物，通常被称为单糖。
- 这些固体是无色且结晶状的，可溶于水，但不溶于非极性溶剂。
- 醛类和酮类化合物都含有自由的醛基。
- Cn(H2O)n 或 CnH2nOn 是这类物质的一般化学式。
- 除了根据所含碳的量进行分类外，它们还可以根据存在的官能团来进行分类。
- 三糖、四糖、五糖、六糖、七糖，以及醛糖或酮糖，都是含有3、4、5、6、7个碳原子的二聚体单糖。
- 示例：果糖、核糖、葡萄糖、赤藓糖。
寡糖
- 当寡糖被水解时，会释放出两到十个单糖分子。
- 单糖通过糖苷键连接在一起。
- 除了单糖之外，它们还可以被分类为双糖、三糖、四糖等。
- 在水解过程中，由两个单糖组成的寡糖被称为二糖（disaccharide），而由三个或四个单糖组成的寡糖则分别被称为三糖（trisaccharide）和四糖（tetrasaccharide）。
- 二糖的通用化学式是 Cn(H2O)n-1，而三糖的化学式是 Cn(H2O)n-2。
- 以下双糖是常见的例子：蔗糖、乳糖、麦芽糖等。
- 棉子糖（Raffinose）和拉比诺糖（Rabinos）都属于三糖类（trisaccharides）。
多糖
- “Glycan”这个术语也用于指代它们。
- 它们的长度可以达到数百个糖单位，每个糖单位中包含超过十个单糖。
- 这些多糖的水解会产生十多种单糖。
- 多糖之间的区别在于它们所含的单糖单元的重复模式、这些单糖单元组成的链的结构、连接这些链的化学键的类型，以及链的分支程度。
- 这些细胞最重要的两个功能是结构支持和能量储存。
- 根据水解过程中产生的分子类型，这些产物可以进一步进行分类。
- 这些物质可以是同聚多糖，由相同类型的单糖组成；或者它们可能含有异聚多糖，即由不同类型的单糖组成。
- 淀粉、糖原、纤维素、果胶和纤维素都是同聚糖。
- 除了透明质酸之外，软骨素也是一种杂多糖。
化学性质
除了碳和氢之外，碳水化合物还含有氧。一般来说，碳水化合物分子的结构可以表示为 (CH2O)n。含有羟基（-OH）的有机化合物连接到碳链上，这些碳链可以形成醛或酮的结构。所有的碳水化合物都是由单糖（简单糖类）组成的。多羟基醛（醛糖）和多羟基酮（酮糖）都属于单糖的范畴。碳水化合物有三种结构形式：
本尼迪克特试验（Benedict's Test）：在加热过程中，还原糖会转化为一种强还原性物质——烯二醇（enediols）。在本尼迪克特试剂溶液与还原糖的加热混合物中，溶液的颜色会从橙红色/砖红色变为更深的橙红色/砖红色。
氧化作用：单糖中的羰基在还原过程中会被氧化成羧酸。在班氏试剂（Benedict's test）中，葡萄糖被氧化成D-葡萄糖酸，这表明葡萄糖是一种还原糖。
**还原为醇类**：通过使用氢气（H2）、镍（Ni）或乙醇/水（EtOH/H2O）进行氢化反应，开链碳水化合物中的C=O基团可以被转化为醇类。此时生成的产物称为醇糖（alditols）。
它们执行以下功能：
- 具有长直链的碳水化合物具有开链结构。
- 通过将葡萄糖第一个碳和第五个碳上的-OH基团连接起来，形成了一个环状结构。
- 霍沃斯结构（Haworth Structure）：一种由吡喃糖环组成的结构。
本尼迪克特试验（Benedict's Test）：在加热过程中，还原糖会转化为一种强还原性物质——烯二醇（enediols）。在本尼迪克特试剂溶液与还原糖的加热混合物中，溶液的颜色会从橙红色/砖红色变为更深的橙红色/砖红色。
氧化作用：单糖中的羰基在还原过程中会被氧化成羧酸。在班氏试剂（Benedict's test）中，葡萄糖被氧化成D-葡萄糖酸，这表明葡萄糖是一种还原糖。
**还原为醇类**：通过使用氢气（H2）、镍（Ni）或乙醇/水（EtOH/H2O）进行氢化反应，开链碳水化合物中的C=O基团可以被转化为醇类。此时生成的产物称为醇糖（alditols）。
生物学作用
在植物和动物体内，碳水化合物几乎无处不在。除了作为植物和动物的能量储备外，骨骼中的碳水化合物也是能量的来源。通过氧化作用获得的能量对多种代谢过程至关重要。它们执行以下功能：
- 碳水化合物是生物体可利用的能量来源。所有生物从水果和蔬菜中获取的能量最多（每克4千卡）。
- 许多动物将碳水化合物作为主要能量来源，同时它们也是即时能量来源。通过糖酵解/克雷布斯循环，葡萄糖被分解成ATP。
- 这种分子既可作为燃料、能量来源，也可作为代谢中间体。在动物体内，糖原以淀粉的形式储存；而在植物体内，淀粉则以糖原的形式储存。
- 储存在碳水化合物中的能量被用来替代蛋白质。
- 作为植物和微生物的细胞壁，它们起着结构和保护作用。细菌的细胞壁成分是肽聚糖或粘肽，而植物的细胞壁成分是纤维素，动物的细胞壁成分是几丁质。
- 蛋白质和脂肪是通过碳水化合物的生物合成产生的。
- 除了调节神经组织外，碳水化合物还为大脑提供能量。
- 抗原、受体分子、维生素和抗生素中的碳水化合物成分，是在碳水化合物与脂质和蛋白质结合时形成的。
- RNA和DNA结构框架（核糖核酸和脱氧核糖核酸）的生产。
- 它们与多种蛋白质和脂质相互连接。细胞以及细胞环境中的其他成分通过这些连接的碳水化合物进行相互作用。
- 结缔组织主要由这些碳水化合物构成。
- 通过摄入富含纤维的碳水化合物，可以预防便秘。
- 纤维还有助于调节免疫系统。
安库尔·乔杜里博士 他是印度第一位专业的制药行业博主、作家，同时也是 pharmaguideline.com 的创始人。该网站拥有极高的阅读量。 制药博客 自2008年起。立即免费注册吧。 电子邮件更新 为您带来每日一期的制药行业小贴士。
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