的碳水化合物，碳水化合物或糖类，是有机分子在众生该储存能量。它们是最丰富的生物分子，包括：糖，淀粉和纤维素，以及在生物体中发现的其他化合物。
进行光合作用的生物（植物，藻类和某些细菌）是自然界中碳水化合物的主要生产者。这些糖的结构可以是直链或支链的，简单的或复合的，它们还可以与另一类生物分子缔合。
例如，碳水化合物可以与蛋白质结合形成糖蛋白。它们还可以与脂质分子结合，从而形成糖脂，糖脂是形成生物膜结构的生物分子。碳水化合物也存在于核酸结构中。
最初，碳水化合物被认为是细胞能量储存分子。随后，确定了碳水化合物在生物系统中发挥的其他重要功能。
所有生物的细胞都被密集的复合碳水化合物层覆盖。碳水化合物由单糖组成，小分子由连接至羟基（-OH）的3至9个碳原子组成，其大小和构型可能会有所不同。
碳水化合物的重要属性是此类分子中巨大的结构多样性，这使它们能够执行各种功能，例如生成细胞信号分子，形成组织以及生成人类不同血型的身份。
同样，高级真核生物中的细胞外基质富含分泌的碳水化合物，这对于细胞存活和交流至关重要。这些细胞识别机制被多种病原体利用来感染其宿主细胞。
单糖可以通过糖苷键连接形成多种碳水化合物：二糖，寡糖和多糖。对生物系统中碳水化合物的结构和功能的研究称为糖生物学。
化学结构
碳水化合物由碳，氢和氧原子组成。其中大多数可以由经验式（CH2O）n表示，其中n是分子中的碳数。换句话说，碳水化合物分子中碳，氢和氧的比例为1：2：1。
由于组分是碳原子（“ carbo”）和水原子（因此是“水合物”），因此该公式解释了术语“碳水化合物”的起源。尽管碳水化合物主要由这三个原子组成，但仍有一些碳水化合物具有氮，磷或硫。
碳水化合物以其基本形式为单糖或单糖。这些简单的糖可以相互结合形成更复杂的碳水化合物。
两种简单糖的组合是二糖。寡糖含有2至10个单糖，而多糖是最大的碳水化合物，由十多个单糖单元组成。
碳水化合物的结构决定了光合作用形成过程中如何在其键中存储能量，以及在细胞呼吸过程中如何破坏这些键。
分类
单糖
单糖是碳水化合物的基本单位，这就是为什么它们是糖的最简单结构。从物理上讲，单糖是无色结晶固体。大多数都具有甜味。
从化学角度来看，单糖可以是醛或酮，具体取决于羰基（C = O）在线性碳水化合物中的位置。在结构上，单糖可以形成直链或闭环。
因为单糖具有羟基，所以大多数都溶于水，不溶于非极性溶剂。
根据其结构中碳的数目，单糖将具有不同的名称，例如：三糖（如果具有3个C原子），戊糖（如果具有5C）等等。
二糖
二糖是双糖，是通过在称为脱水合成的化学过程中将两个单糖聚在一起而形成的，因为在反应过程中会损失一分子水。也称为缩合反应。
因此，二糖是由通过糖苷键连接在一起的两个单糖（单糖）分子组成的任何物质。
酸具有打破这些键的能力，因此，二糖可以在胃中被消化。
二糖通常是水溶性的，并且在摄取时是甜的。三种主要的二糖是蔗糖，乳糖和麦芽糖：蔗糖来自葡萄糖和果糖的结合。乳糖来自葡萄糖和半乳糖的结合；麦芽糖来自两个葡萄糖分子的结合。
寡糖
寡糖是由几个简单的糖单元（即3至9个单糖）组成的复杂聚合物。
该反应与形成二糖的反应相同，但它们也来自更复杂的糖分子（多糖）的分解。
大多数寡糖都存在于植物中，并起可溶性纤维的作用，有助于预防便秘。然而，除了麦芽三糖以外，大多数人没有酶来消化它们。
由于这个原因，最初在小肠中未消化的寡糖可能会被通常通过发酵过程栖息在大肠中的细菌分解。益生元具有这种功能，可以作为有益细菌的食物。
多糖类
多糖是最大的糖类聚合物，它们由以线性或分支方式排列的10多个（多达数千个）单糖单元组成。空间排列的变化使这些糖具有多种特性。
多糖可以由相同的单糖组成，也可以由不同的单糖组合而成。如果它们是由相同糖的重复单元形成的，则它们被称为同多糖，例如糖原和淀粉，它们分别是动植物的储存碳水化合物。
如果多糖由不同糖的单元组成，则它们称为杂多糖。大多数仅包含两个不同的单元，通常与蛋白质（糖蛋白，例如血浆中的γ球蛋白）或脂质（糖脂，例如神经节苷脂）相关。
特征
碳水化合物的四个主要功能是：提供能量，存储能量，构建大分子以及防止蛋白质和脂肪分解。
碳水化合物通过消化分解为单糖。这些被小肠的细胞吸收，并被运输到身体的所有细胞，在那里它们将被氧化以获得三磷酸腺苷（ATP）形式的能量。
在给定时刻未用于生产能量的糖分子作为储备聚合物（如糖原和淀粉）的一部分存储。
核苷酸是核酸的基本单位，其结构中具有葡萄糖分子。几种重要的蛋白质与碳水化合物分子有关，例如：促卵泡激素（FSH），它与排卵过程有关。
由于碳水化合物是主要的能源，因此碳水化合物的快速降解可防止其他生物分子降解为能量。因此，当糖水平正常时，可以保护蛋白质和脂质免于降解。
一些碳水化合物可溶于水，几乎在每个人中都充当主食，这些分子的氧化是大多数非光合作用细胞产生能量的主要途径。
不溶性碳水化合物结合形成更复杂的结构，起到保护作用。例如：纤维素与半纤维素和果胶一起形成植物细胞的壁。几丁质形成真菌的细胞壁和节肢动物的外骨骼。
同样，肽聚糖形成细菌和蓝细菌的细胞壁。动物结缔组织和骨骼关节由多糖组成。
许多碳水化合物与蛋白质或脂质共价结合，形成更复杂的结构，统称为糖结合物。这些复合物充当确定这些分子在细胞内的位置或代谢命运的标签。
含碳水化合物的食物
碳水化合物是健康饮食的重要组成部分，因为它们是主要的能量来源。但是，某些食物含有更健康的碳水化合物，可提供更多的营养，例如：
淀粉
淀粉类食物是碳水化合物的主要来源。这些淀粉通常是复杂的碳水化合物，也就是说，它们由许多糖结合在一起形成一条长分子链组成。因此，淀粉消化时间更长。
有很多包含淀粉的食物。谷物包括高淀粉食物，例如：豆类，小扁豆和大米。谷物还包含这些碳水化合物，例如：燕麦，大麦，小麦及其衍生物（面粉和面食）。
豆类和坚果还含有淀粉形式的碳水化合物。此外，诸如土豆，地瓜，玉米和南瓜等蔬菜中的淀粉含量也很高。
重要的是，许多碳水化合物是纤维的来源。换句话说，纤维基本上是人体只能部分消化的一种碳水化合物。
与复杂碳水化合物相似，碳水化合物纤维往往会被缓慢消化。
水果和蔬菜
水果和蔬菜中的碳水化合物含量很高。与淀粉相反，水果和蔬菜包含简单的碳水化合物，即，一种或两种糖彼此连接的碳水化合物。
这些碳水化合物的分子结构简单，比复杂的碳水化合物更容易，更快地被消化。这给出了食物中碳水化合物的不同含量和类型的想法。
因此，某些水果每份食物中的碳水化合物含量更高，例如：香蕉，苹果，橘子，甜瓜和葡萄中的碳水化合物比菠菜，西兰花和羽衣甘蓝，胡萝卜，蘑菇和茄子。
牛奶
与蔬菜和水果相似，乳制品是包含简单碳水化合物的食物。牛奶有自己的糖，叫做乳糖，是一种甜味的二糖。一杯相当于大约12克碳水化合物。
市场上有许多版本的牛奶和酸奶。无论您消费的是全脂奶粉还是低脂奶粉，碳水化合物的含量都是相同的。
糖果
糖果是另一种众所周知的碳水化合物来源。其中包括糖，蜂蜜，糖果，人造饮料，饼干，冰淇淋以及许多其他甜点。所有这些产品都含有高浓度的糖。
另一方面，某些加工和精制食品包含复杂的碳水化合物，例如：面包，大米和白色面食。重要的是要注意，精制的碳水化合物不像水果和蔬菜中的碳水化合物那样营养丰富。
碳水化合物代谢
碳水化合物代谢是一组代谢反应，涉及细胞中碳水化合物的形成，降解和转化。
碳水化合物的代谢高度保守，甚至可以从细菌中观察到，主要例子是大肠杆菌的Lac Operon。
碳水化合物在许多代谢途径中都很重要，包括光合作用，这是自然界最重要的碳水化合物形成反应。
植物利用二氧化碳和水，利用太阳的能量来合成碳水化合物分子。
就其本身而言，动物和真菌细胞会分解植物组织中消耗的碳水化合物，从而通过称为细胞呼吸的过程获得ATP形式的能量。
在脊椎动物中，葡萄糖通过血液转运到整个身体。如果细胞能量存储量低，葡萄糖会通过称为糖酵解的代谢反应分解，产生一些能量和一些代谢中间体。
立即产生能量不需要的葡萄糖分子通过称为糖原生成的过程以糖原的形式存储在肝脏和肌肉中。
一些简单的碳水化合物具有自己的降解途径，例如一些更复杂的碳水化合物。例如，乳糖需要乳糖酶的作用，乳糖酶会断开其键并释放其基本的单糖，葡萄糖和半乳糖。
葡萄糖是细胞消耗的主要碳水化合物，约占能源的80％。
葡萄糖被分配到细胞中，在其中它可以通过特定的转运蛋白进入细胞，被降解或以糖原形式存储。
取决于细胞的代谢需求，葡萄糖也可以用于合成其他单糖，脂肪酸，核酸和某些氨基酸。
碳水化合物代谢的主要功能是维持血糖水平的控制，这就是所谓的内部体内平衡。
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