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21.5: 碳水化合物的化学成分
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碳水化合物的化学成分
 
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21.5: 碳水化合物的化学成分

碳水化合物是人类和动物饮食的重要组成部分。谷物、水果和蔬菜是碳水化合物的天然来源,为身体提供能量,特别是通过葡萄糖,一种简单的糖,淀粉的成分和许多主食的成分。固化公式 (CH2O)n,其中 n 是分子中的碳数量代表碳水化合物。换句话说,碳与氢与氧的比例在碳水化合物分子中为1:2:1。这个公式还解释了术语"碳水化合物"的起源:成分是碳("碳水化合物")和水("水合物")。碳水化合物可以分为简单和复杂。单糖和不糖是简单的碳水化合物。多糖是复杂的碳水化合物。

单糖

单糖是简单的糖,其中最常见的是葡萄糖。在单糖中,碳的数量通常从3到7不等。如果糖有醛组(具有结构R-CHO的功能组),它是一种阿尔多塞,如果它有酮组(具有结构RC(+O)R'的功能组),它是酮酶。根据糖中的碳数量,它们可以是三重(三碳)、五碳(五碳)和/或六碳。

高糖和果糖是其他常见的单糖。葡萄糖、甘草和果糖是同位素单糖(六氯蔗糖),这意味着它们具有相同的化学配方,但结构略有不同。葡萄糖和甘草是阿尔多斯,果糖是酮。

单糖可以作为线性链或环状分子存在。在下一个解决方案中,它们通常以环的形式存在。环状葡萄糖在环形过程中可以有两种不同的羟基组排列 (OH) 围绕环碳(碳 1 在环形成过程中变得不对称)。如果糖中的羟基组低于碳1,则处于α(α)位置,如果在平面上方,则处于β(β)位置。

不糖

当两种单糖发生脱水反应(或凝结反应或脱水合成)时,就会形成脱糖。在这个过程中,一个单糖的羟基组与另一个单糖的氢结合,释放一个水分子,形成共价键。这称为糖合金债券。糖合物键(或糖合金链接)可以是α或β类型。当第一个葡萄糖的碳-1上的OH组位于环平面下方时,形成α键:当碳-1上的OH组在环平面上方时,形成β键。最常见的脱糖剂是蔗糖,或食糖,它由葡萄糖和果糖单体组成。

多糖

由糖酸盐键连接的一长串单糖是一种多糖。链条可以分支或未分支,它可能包含不同类型的单糖。分子量可能是100,000道尔顿或更多,这取决于加入单体的数量。淀粉、糖原、纤维素和甲壳素是多糖的例子。

植物以糖的形式储存淀粉。在植物中,淀粉样蛋白和淀粉样蛋白混合物(均为葡萄糖聚合物)组成这些糖。淀粉包括葡萄糖单体,由α 1-4或α 1-6糖酶键连接。数字 1-4 和 1-6 是指已加入以形成债券的两个残留物的碳数。

糖原是人类和其他脊椎动物中葡萄糖的储存形式,由葡萄糖的单体组成。糖原是相当于淀粉的动物,是一种高度分支的分子,通常储存在肝脏和肌肉细胞中。每当血糖水平下降时,糖原就会分解以释放葡萄糖。

纤维素是最丰富的天然生物聚合物。纤维素主要由植物的细胞壁组成。这提供了单元格结构支持。木材和纸张在本质上是纤维素的。葡萄糖单体由纤维素组成,β 1-4种糖质键链接

本文改编自《开放》,《生物学2e》,第3.4章:碳水化合物。

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