碳水化合物是什么?

碳水化合物是什么?

碳水化合物是什么?糖类(Carbohydrate)又称碳水化合物,是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称,一般由碳、氢与氧三种元素所组成,广布于自然界。糖类的另一个名称为“碳水化合物”,其由来是根据生物化学家先前发现一类物质可写成经验分子式:Cn(H2O)n,其氢与氧元素的比例始终为2:1,故以为糖类是碳和水的化合物;但后来的发现证明了许多糖类并不符合上述分子式,如:鼠李糖(C6H12O5);而有些物质符合上述分子式却不是糖类,如甲醛(CH2O)等。糖类为人体之重要的营养素,主要分成三大类:单糖、双糖和多糖。在一般情况下,单糖和双糖是较小的(低分子量)的碳水化合物,通常称为糖。例如,葡萄糖是单糖,蔗糖和乳糖是双糖(见图示)。

糖类在生物体上扮演着众多的角色,像多糖可作为储存养分的物质,如淀粉和糖原;或作为动物外骨骼和植物细胞的细胞壁,如:甲壳素和纤维素;另如五碳醛糖的核糖是构成各种辅因子的不可或缺失之物质,如ATP、FAD和NAD)也是一些遗传物质分子的骨干(如 DNA和 RNA)。糖类的众多衍生物同时也与免疫系统、受精、预防疾病、血液凝固和生长等有极大的关联。在食品科学和其他非正式的场合中,碳水化合物通常是指:富有淀粉(如五谷类、面包或面食)或简单的糖类的食物(如食糖)。

结构

以前所有分子式可写成Cm(H2O)n的化学物质皆被称为“碳水化合物”,根据这个定义,有些科学家认为甲醛(CH2O)为最简单的糖,但是也有其他人认为糖类中最简单的分子是乙醇醛(C2H4O2)。但是现在,生物化学理解上的糖类是指除了碳数不为一和二的“碳水化合物”。

自然界的糖类通常都由一种简单的碳水化合物:单糖所构成,通式为(CH2O)n,(n≥3)。一个典型的单糖具有H-(CHOH)x(C=O)-(CHOH)y-H结构,也就是多羟基醛或多羟基酮,如:葡萄糖、果糖、甘油醛皆是单糖。然而有些生物物质像糖醛酸和脱氧糖就不符合此通式,此外还有许多物质的分子式符合这个通式却并不属于糖类,如:甲醛(CH2O)和肌醇(CH2O)6)。

直链形式的单糖通常与关环形式的单糖同时存在,这种环状分子是由醛/酮上的羰基(C=O)与羟基(-OH)反应形成半缩醛,并形成一个新的C-O-C键桥。单糖可以各种方式互相连接在一起形成多糖(或寡糖,又称低聚糖)。许多糖类含有一个或多个修饰的单糖单元,这种修饰方法可以是一个或多个基团被取代或移除。例如,DNA的一个组分脱氧核糖,就是被核糖所修饰的糖;几丁质是一种由重复的N-乙酰氨基葡萄糖(一种含氮原子的葡萄糖)片段所组成的糖类。

历史

在先秦古籍中出现了飴字。到了汉代,陆续出现了𩛿、餳、餹等字。饴、𩛿指软糖,饧、糖指硬糖。飴读为yí,𩛿、餳读xíng,餹读为táng(餳多音字亦有táng的读音)。在六朝时才出现“糖”字。中国蔗糖的制造始于三国魏晋南北朝到唐代之间的一个时代。

李时珍《本草纲目》载:“糖法出西域,唐太宗始遣人传其法入中国,以蔗准过樟木槽取而分成清者,为蔗饧。凝结有沙者为沙糖,漆瓮造成如石如霜如冰者为石蜜、为糖霜、为冰糖。”

醣字始见于民国,为化学翻译而造,在中国大陆的汉字简化过程中被归并简化为糖。

糖类里面的“糖”与一般所称的“糖”不同,日常所称“糖”是指食糖,泛指具有甜味的可溶于水的有机化合物晶体,如葡萄糖、麦芽糖及最主要的蔗糖,而糖类包括所有单糖、双糖及多糖,并不仅指含有甜味的物质。