糖类

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January 26, 2022

碳水化合物或糖是生物世界中最常见的化合物。根据复杂程度分为:单糖、双糖、寡糖和多糖。碳水化合物是由碳原子(C)、氢(H)和氧(O)组成的生物分子,通常碳氧比为2:1(如在水中);换句话说,用经验公式 Cm (H2O) n (其中 m 可以与 n 区分开来)。有一些例外;例如,脱氧核糖是 DNA 的糖成分,其经验式为 C5H10O4。碳水化合物是技术性碳水化合物;尽管从结构的角度来看,将它们视为多羟基醛和酮更准确。该术语在生物化学中最常见,它与糖类同义,糖类包括糖类、淀粉和纤维素。糖类分为四个化学组:单糖、双糖、寡糖和多糖。一般来说,单糖和二糖属于低级碳水化合物(具有较低的分子量),称为糖类。糖这个词来自希腊词σάκχαρον (sákkharon),意思是“糖”。虽然碳水化合物的科学命名法很复杂,但单糖和二糖的名称经常以后缀 -osa 结尾。例如,葡萄糖是单糖葡萄糖,芦苇糖是二糖蔗糖,而牛奶糖是二糖乳糖(见图)。碳水化合物在生物体中具有多种功能。多糖作为能量储存(例如淀粉和糖原)和结构成分(例如植物中的纤维素和节肢动物中的几丁质)。 5 碳单糖核糖是辅酶(如 ATP、FAD 和 NAD),是称为 RNA 的遗传分子基础的组成部分。相关分子脱氧核糖是 DNA 的一个组成部分。糖类及其衍生物包括许多其他重要的生物分子,它们在免疫系统、受精、预防发病机制、凝血和发育中发挥作用。在食品科学和许多非正式环境中,术语碳水化合物通常意味着任何富含复合碳水化合物淀粉(例如谷物、面包和面团),或者该术语用于表示简单碳水化合物,例如糖(存在于糖果、果酱和糖果中)。通常在营养清单上,例如美国农业部国家营养数据库,术语“碳水化合物”用于除水、蛋白质、脂肪、灰分和乙醇以外的所有物质。这包括醋酸或乳酸等化合物,它们通常不被视为碳水化合物。这也包括“膳食纤维”,它是一种碳水化合物,但在膳食能量(卡路里)方面的贡献可以忽略不计,尽管它经常被包含在总食物能量的计算中,就好像它是糖一样。

结构

以前,化学式中的每个化合物都使用“碳水化合物”这个名称,其式为 Cm (H2O) n。根据该定义,一些化学家认为甲醛 (CH2O) 是最简单的碳水化合物,而其他人则将其命名为乙醇醛。今天,该术语通常是从生化意义上来理解的,它不包括仅含有一种或两种碳水化合物的化合物,并包括偏离该公式的各种生物碳水化合物。例如,虽然上述公式似乎涵盖了广泛可用的碳水化合物,但仍有许多无处不在且丰富的碳水化合物偏离了它。例如,碳水化合物通常含有化学基团,例如:N-乙酰基(例如甲壳素)、硫酸盐(等糖胺聚糖)、羧酸(等唾液酸)和脱氧修饰(例如岩藻糖和唾液酸)。天然糖类通常由称为单糖的简单碳水化合物组成,通式为 (CH2O) n,其中 n 为 3 或更大。典型的单糖具有 H– (CHOH) x (CO) - (CHOH) y – H 结构,换言之,具有多个羟基的醛或酮,通常在每个不属于醛或酮官能团。单糖的例子是葡萄糖、果糖和甘油醛。但是,一些通常称为单糖的生物物质不受此公式约束(例如糖醛酸和脱氧糖如岩藻糖),并且该公式涵盖了许多化学物质但不被视为单糖(例如甲醛 CH2O 和肌醇(CH2O) 6).开链单糖形式通常与闭链形式共存,其中醛/酮羰基 (CO) 的碳和羟基 (-OH) 反应形成具有新 C-O-C 桥的半缩醛。单糖可以通过多种不同的方式连接成多糖(或寡糖)。许多碳水化合物包含一个或多个修饰的单糖单元,其中一个或多个基团被替换或去除。例如,脱氧核糖是 DNA 的一种成分,是核糖的改良版本;几丁质由 N-乙酰氨基葡萄糖的重复单元组成,N-乙酰氨基葡萄糖是一种含氮葡萄糖。许多碳水化合物包含一个或多个修饰的单糖单元,其中一个或多个基团被替换或去除。例如,脱氧核糖是 DNA 的一种成分,是核糖的改良版本;几丁质由 N-乙酰氨基葡萄糖的重复单元组成,N-乙酰氨基葡萄糖是一种含氮葡萄糖。许多碳水化合物包含一个或多个修饰的单糖单元,其中一个或多个基团被替换或去除。例如,脱氧核糖是 DNA 的一种成分,是核糖的改良版本;几丁质由 N-乙酰氨基葡萄糖的重复单元组成,N-乙酰氨基葡萄糖是一种含氮葡萄糖。

分配

碳水化合物是多羟基醛、酮、醇、酸、它们的简单衍生物和它们具有缩醛型键的聚合物。它们可以根据聚合度进行分类,最初可以分为三大类,即糖类、寡糖类和多糖类。SP * 聚合度

单糖

单糖是最简单的碳水化合物,因为它们不能被水解成更小的碳水化合物。它们是具有两个或多个羟基的醛或酮。未改性单糖的一般化学式是 (C•H2O)n,字面意思是“碳水化合物”。单糖是重要的燃料分子,也是核酸的组成部分。最小的单糖,n3,是二羟基丙酮和D-和L-甘油醛。

单糖的分类

单糖根据三个特征进行分类:羰基位置、碳原子数和手性。如果羰基是醛,则单糖是醛糖;如果羰基是酮,单糖就是酮症。三个碳原子的单糖是丙糖,四个是四糖,五个戊糖,六个己糖,依此类推。这两个分类系统通常是结合在一起的。例如,葡萄糖是己醛糖(六碳醛),核糖是戊醛糖(五碳醛),果糖是己酮糖(六碳酮)。除了第一个和最后一个碳原子外,每个带有羟基 (-OH) 的碳原子都是不对称的,因此是具有两种可能构型(R 或 S)的立体中心。由于这种不对称性,每个给定的单糖分子式都存在大量的异构体硼。使用 Le Bel-vant Hoff 规则,例如,己醛糖 D-葡萄糖的分子式为 (C·H2O) 6,其中六个碳原子中有四个是立体异构体,而 D-葡萄糖是 2416 种可能的立体异构体之一。在甘油醛、醛三糖的情况下,只有一对可能的立体异构体,即对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。具有式 (C·H2O) 6,其中六个碳原子中有四个是立体异构体,D-gluco 是 2416 种可能的立体异构体之一。在甘油醛、醛三糖的情况下,只有一对可能的立体异构体,即对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。具有式 (C·H2O) 6,其中六个碳原子中有四个是立体异构体,D-gluco 是 2416 种可能的立体异构体之一。在甘油醛、醛三糖的情况下,只有一对可能的立体异构体,即对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。D-葡萄糖是 2416 种可能的立体异构体之一。在甘油醛、醛三糖的情况下,只有一对可能的立体异构体,即对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。D-葡萄糖是 2416 种可能的立体异构体之一。在甘油醛、醛三糖的情况下,只有一对可能的立体异构体,即对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。它们是对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。它们是对映异构体和差向异构体。 1,3-二羟基丙酮是一种与醛糖甘油醛相对应的酮症,是一种没有立体中心的对称分子。名称 D 或 L 是根据离羰基最远的不对称碳的方向给出的:在标准的 Fisher 投影中,如果羟基在分子的右侧,则它是 D 糖,否则 L 是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。如果右边的羟基是分子,就是D糖,否则L就是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。如果右边的羟基是分子,就是D糖,否则L就是糖。 “D-”和“L-”前缀不应与“d-”或“l-”混淆,它们表示糖旋转偏振光平面的方向。指示符“d-”和“l-”不再用于碳水化合物化学。

开环链异构

开链单糖的醛基或酮基与第二个碳原子上的羟基发生可逆反应,形成半缩醛或半缩酮,形成两个碳原子间有氧桥的杂环。具有五个和六个原子的环分别称为呋喃糖和吡喃糖,并以开链形式平衡存在两种可能的构型。氧原子可以占据环平面上方或下方的位置。产生的两种立体异构体称为异头异构体。在 α 异头异构体中,异头碳上的 -OH 取代基位于 CH2OH 侧链的(反式)环的另一侧。替代形式,其中CH2OH取代基和异头羟基在环平面的同一侧(顺式)的称为β异头物。

在生物体中的使用

单糖是新陈代谢的主要燃料来源,用作能源(葡萄糖是自然界最重要的能源)和生物合成。当单糖不是直接必需的时,许多细胞通常会将它们转化为空间效率更高的形式,例如多糖。在包括人类在内的许多动物中,储存形式是糖原,尤其是在肝脏和肌肉细胞中。在植物中,淀粉用于相同的目的。最丰富的碳水化合物纤维素是植物和多种藻类细胞壁的结构成分。核糖是 RNA 的组成部分。脱氧核糖是 DNA 的组成部分。来苏糖是存在于人心脏中的liscoflavin 的一种成分。核酮糖和木酮糖存在于磷酸戊糖途径中。半乳糖,乳糖的一种成分,存在于植物细胞膜的半乳糖脂和许多组织的糖蛋白中。甘露糖存在于人体代谢中,尤其是某些蛋白质的糖基化中。果糖或水果糖存在于许多植物和人类中,它在肝脏中代谢,在消化过程中直接在肠道中吸收,并存在于精子中。海藻糖是昆虫的主要糖分,可迅速水解成两个葡萄糖分子以支持持续飞行。

低聚糖

“寡糖”(希腊寡糖数量很少,很差)由 2-10 个单糖组成。最重要的是:双糖(2种单糖)属于:麦芽糖、乳糖和蔗糖。双糖,如。蔗糖在植物中充当运输糖。多糖是由大量单糖连接成长链形成的大分子(它们可以包含成百上千个单糖)。根据其生物学功能分为:储备多糖和结构多糖,储备多糖是储存(储存)化学能的分子。最常见的储备多糖是:植物中的淀粉和动物中的糖原淀粉和糖原由大量的葡萄糖分子组成。结构多糖参与细胞部分的构建。其中最常见的是:纤维素、它是植物细胞壁的主要成分几丁质,当它们含有藻类时,它构成了节肢动物和琼脂的骨架。

碳水化合物和胰岛素的能量作用

糖原储存在脊椎动物(以及人类)的肝脏和肌肉中。当血液中出现过量的葡萄糖时,肝脏会从葡萄糖中合成糖原(由胰岛素控制)。当血液中的葡萄糖水平下降时,糖原在肝脏中分解为葡萄糖,然后进入血液。葡萄糖从血流进入细胞,细胞受激素胰岛素(由胰腺分泌)的控制。在细胞中,葡萄糖的分解释放出正常工作所需的能量。当胰腺生病,胰岛素分泌不足时,血糖就会堆积,同时细胞又会挨饿。他们没有足够的葡萄糖。由此产生的疾病是糖尿病(糖尿病)——如果不及时治疗,这是一种致命的疾病。糖尿病患者不口服(通过口腔)胰岛素,因为作为一种蛋白质,它会在肠道中被分解。

饮食中的碳水化合物

碳水化合物是我们身体执行所有功能的主要能量来源。碳水化合物的基本作用是为肌肉组织提供能量,尤其是大脑和神经系统。除了这一最重要的作用外,碳水化合物还具有重要的肠道清洁功能,因为它们富含植物纤维。唯一含有一定量碳水化合物的动物源性食品是乳制品。1 克碳水化合物含有 3.75 卡路里热量。

碳水化合物分解

简单碳水化合物——简单糖

它们以天然形式(水果)和精制糖(人工添加)的形式存在——在食品加工过程中添加的糖(糖果、饼干、蛋糕、软饮料、果酱等)。它们的不同之处在于精制糖形式的碳水化合物几乎没有质量特性。简单的碳水化合物含有小分子链,进入我们的身体后会很快分解,并很快被吸收用作能量。他们迅速增加血液中的葡萄糖水平,能量急剧上升,但更显着 - 它急剧下降。这意味着如果我们在身体不需要能量的时候摄入简单碳水化合物,它们会燃烧得非常快并储存在脂肪中,因为体内多余的糖会转化为脂肪。只有在身体活动后,当胰岛素敏感性自然很高并且可以作为良好而快速的能量流入时,才应服用它们。过量会影响肥胖、龋齿、高血压、导致钙质破坏、残疾和畸形等疾病的出现。从水果中摄取简单碳水化合物是最健康的。

复合碳水化合物——淀粉

在饮食中,我们可以找到天然形式的它们(香蕉、大麦、豆类、糙米、豌豆、扁豆、燕麦、土豆、全谷物、全麦面食等),也可以以精制淀粉的形式(人工添加)-饼干、糕点、白面制品、白米、面食等。含有精制淀粉的产品(白米、白面粉)是指经过人工加工,去除了营养成分和纤维。纤维有助于感觉饱足,防止暴饮暴食并帮助消化系统。复合碳水化合物比简单碳水化合物分解得更慢,让你有更长时间的饱腹感,因为你不太可能发胖,因为它们对增加血糖的影响较小。它们的血糖指数 (GI) * 低。碳水化合物摄入量的最大比例应该来自复合碳水化合物,因为它们为日常活动提供能量。通过食用优质复合碳水化合物,能量不会突然变化,从而避免饥饿和对甜食的渴望。和简单的一样,你应该把注意力集中在早上到下午的摄入量上。晚上服用它们比简单的更容易出错,但对于不活跃的人来说,如果晚上大量服用碳水化合物,碳水化合物会变成脂肪。

富含碳水化合物的食物

面包

碳水化合物的最重要来源是小麦面粉面包。面包可以是美味又健康的食物,但只能适量食用。好的面包必须经过充分的揉捏和烘烤。未充分烘烤的面包会导致儿童烦躁不安和消化不良。由磨碎全麦谷物获得的面粉制成的面包除了含有淀粉外,还含有蛋白质、脂肪和矿物盐以及维生素,其中维生素 B (Be) 尤为重要。维生素 B (Be) 主要存在于谷物的表皮中,因此半白面包比白面包更有营养。除了面包,我们还用小麦粉制作各种面团。煮熟的面团只有煮熟后才容易消化,但应避免大量食用。

在学童饮食中的其他谷物中,大米(在食物、蛋糕、sutlijaš 中)很受欢迎。大米与小麦籽粒相似,富含碳水化合物,其外壳中也含有大量的维生素B(Be)。

豌豆和豆类

在粒状蔬菜中,豌豆和豆类营养价值很高。由于它们具有坚固的纤维素膜,因此必须煮熟或制成泥状。添加脂肪补充了它们的营养,因为它们含有碳水化合物和少量蛋白质,但它们不含脂肪。

土豆

土豆的营养价值较低,因为它们含有大量水分,但它们非常好吃,孩子们喜欢以任何形式食用:煮熟的、油炸的、作为沙拉。马铃薯含有大约 20% 的碳水化合物,其余是水,但此外还有矿物盐和维生素 C (Ce),特别是在靠近壳的层中。驯服的栗子具有相似的成分。其他蔬菜,如胡萝卜、甜菜、甜菜,对儿童的营养很重要,因为它们含有大量的矿物盐和维生素。

绿色蔬菜

绿色蔬菜很重要,因为它含有维生素,尤其是新鲜食用时,如生菜、辣椒、西红柿。孩子们对青豆和小豌豆的耐受性很好,但是卷心菜和花椰菜更难消化。菠菜,由于含铁量大,一有空就应该吃,因为铁是血液正常组成所必需的,但不建议每天吃,因为它含有大量的草酸盐。由于维生素 C (Ce),番茄在饮食中非常重要。青甜椒、葱和生菜也是维生素 C (Ce) 的来源。在烹饪之前,沙拉应该洗干净,以及所有新鲜食用的蔬菜。黄瓜、南瓜和西葫芦由于含有大量不易消化的纤维素而较难消化。他们应该只偶尔给予。

蔬菜

蔬菜应该是新鲜的,而不是压碎的。维生素在长期烹饪和重新加热过程中会流失,矿物盐会因过度挤压而流失。具有固体物质、纤维素的蔬菜填充肠道中的空隙,刺激肠道肌肉工作,从而保持大便整洁。

熟了的果实

成熟的水果是一种非常令人愉快和健康的食物,它含有大量的糖分和维生素。未成熟和肮脏的水果会导致腹泻。儿童应主要吃新鲜水果,然后作为果盘和果酱烹制或烘烤。

碳水化合物食物 - 特别健康:

碳水化合物与健康

碳水化合物是生物体中常见的能量来源。然而,没有碳水化合物是人类必需的营养素。人们可以从脂肪和蛋白质中获取所需的所有能量。没有一种疾病会因缺乏碳水化合物而引起。碳水化合物提供执行体内所有过程所需的能量。碳水化合物对大脑健康尤其重要,因为脑细胞比身体其他细胞消耗更多的能量。纤维类食物尤其普遍,富含碳水化合物的食物(水果和蔬菜)富含所有必需的维生素和矿物质,因此此类食物的摄入对我们的健康至关重要。每当我们谈论健康饮食时,首先想到的是:水果、蔬菜和全谷物——而这些正是富含碳水化合物的食物!然而,如果碳水化合物摄入过多,就会出现肥胖、高血压、糖尿病、心血管问题等。同样,碳水化合物的摄入量应该适度,根据您身体的日常需求,取决于多种因素(性别、年龄、体重、精神和身体活动等)。

碳水化合物及其功能

碳水化合物是最重要的能量来源,尤其是在剧烈运动时。它们具有塑性功能,参与核酸和神经结构的形成。一旦转化为葡萄糖,碳水化合物就会参与 3 个代谢过程,因此: 它们可以被细胞用来产生能量 可以以糖原的形式储存在肝脏和肌肉中 可以转化为脂肪并在糖原储存饱和时储存。碳水化合物在我们体内的作用是基本的。中枢神经系统每天需要大约 180 克葡萄糖才能正常发挥其功能。此外,一些血细胞(红细胞)和肾上腺细胞仅使用葡萄糖作为主要能量来源。在葡萄糖缺乏的情况下(这可能是长期禁食的结果),会出现有毒物质,酮体降低肝脏的 pH 值,对机体造成严重后果。

碳水化合物和体育活动

碳水化合物对于人类的生存至关重要。它们使用的百分比/数量直接影响个人的整体健康。在某些情况下,碳水化合物扮演着更重要的角色——在体育活动中,更准确地说是有氧运动。估计所需碳水化合物的量通常是经验性的。专家建议在运动前避免大量富含碳水化合物的食物。重要的是要注意食物消化吸收所需的时间。建议在运动前食用中低升糖指数的碳水化合物。你不应该用水果中含有的果糖过量。在体力活动(有氧运动)中,应摄入中高升糖指数的碳水化合物,以达到快速吸收。有氧运动后,建议食用升糖指数较高的碳水化合物(但前提是在运动后立即、前 15 分钟或最多一小时内服用)。如果运动后超过一个小时,建议使用中等升糖指数碳水化合物。

参考

文学

外部链接

Bioskolos IUPAC-IUBMB 生化命名联合委员会 (JCBN):碳水化合物命名法 碳水化合物信息 碳水化合物详细 碳水化合物概述 碳水化合物和糖基化 - 功能糖组学生物化学和细胞生物学联盟的虚拟图书馆