5碳水化合物
碳水化合物分为
糖、寡糖、多糖三类。
（表1-5-1）
①糖
包括单糖、双糖、糖醇
（一）
单糖是最简单的糖，不能再被直接水解为分子更小的糖。
具有醛基和酮基，有醛基者称为醛糖，有酮基者称为酮糖。
D-葡萄糖即常见的葡萄糖，又称右旋糖。是最丰富的有机物。
在血液、脑脊液、淋巴液、水果、蜂蜜以及多种植物液中以游离形式存在。是构成寡糖和多糖的基本单位。
E-半乳糖又名脑糖。几乎全部以结合形式存在。
是乳糖、蜜二糖、水苏糖、棉子糖等组成成分之一。
某些植物的多糖也能水解得到半乳糖。
D-果糖又称左旋糖。是一种己酮糖。
它通常与蔗糖共存在水果汁、蜂蜜中，是天然碳水中甜味最高的糖。
例如蔗糖值，D-果糖即。
（二）
双糖是由两个相同或不相同的单糖分子上的羟基脱水生成的糖苷。
最常见的双糖是蔗糖和乳糖。
此外还有麦芽糖、海藻糖、异麦芽糖、纤维二糖、壳二糖等。
蔗糖俗称白糖、砂糖、红糖。
它是由一分子D-葡萄糖与一分子D-果糖彼此脱水而成。
蔗糖遍布于植物界的叶花根茎果种。甘蔗、甜菜中尤为丰富。
乳糖由一分子D-葡萄糖与一分子D-半乳糖以β-1,4糖苷键相连而成。存在于各种哺乳动物的乳汁中，浓度约5%。
人体消化液中的乳糖酶可将其水解为相应的单糖。
麦芽糖由二分子葡萄糖借α-1,4糖苷键相连而成。
大量存在发芽的谷粒，尤其是麦芽。是淀粉和糖原的结构成分。
（三）
糖醇是单糖的重要衍生物。
常见有山梨醇、甘露醇、木糖醇、麦芽糖醇等。
山梨醇和甘露醇二者互为同分异构体。
山梨醇春在于许多植物果实中，甘露醇在海藻、蘑菇中含量丰富。
山梨醇可氢化葡萄糖制得，由于含有多个醇羟基，亲水性强，所以临床常用20%-25%的山梨醇溶液作为脱水剂，使周围组织及脑实质脱水，从而降低颅内压，消除水肿。
木糖醇存在多种水果、蔬菜中的五碳醇。甜度与蔗糖相似。
其代谢不受胰岛素调节，所以常作为甜味剂用于糖尿食品及药品中。
麦芽糖醇由麦芽糖氢化制得。作为功能性甜味剂用于心血管病、糖尿病等保健食品中。不被口腔中微生物利用，有放龋(qǔ)齿的作用。
②寡糖
寡糖又称低聚糖。
定义糖单位≥3和＜10聚合度为寡糖和糖的分界点。
目前已知重要寡糖有棉籽糖、水苏糖、异麦芽低聚糖、低聚果糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖等。
甜度通常是蔗糖的30%-60%
（一）
低聚果糖又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖。
由这糖分子的果糖残基上集合1-3个果糖而组成。
主要存在与日常水果、蔬菜中。洋葱、大蒜、香蕉等。
难被人体消化吸收，被认为是水溶性膳食纤维，但易被大肠双歧杆菌利用作为双歧杆菌的增殖因子。
（二）
大豆低聚糖存在于大豆中的可溶性糖的总称。
主要成分水苏糖、棉籽糖、蔗糖。
可作为功能性食品的基料，能部分代替蔗糖用于饮料、酸奶、冰激凌、面包、糕点、糖果、巧克力等食品中。
③多糖
由≥10个但糖分子脱水缩合并借糖苷键批次链接而成的高分子聚合物。
多糖性质与单糖和低聚糖不同，不溶于水，无甜味，不形成结晶，无还原性。
在酶或酸的作用下，水解成单糖残基不等片段，最后成为单糖。
多糖可分为淀粉和非淀粉多糖。
（一）
淀粉，人类的主要食物。存在于谷类、根茎类植物中。
由葡萄糖聚合而成，聚合方式不同分为直链淀粉和支链淀粉。
直链淀粉又称糖淀粉，天然食品中较少，一般占淀粉成分19%-35%。
热水中可以溶解，遇碘产生蓝色反应。
支链淀粉又称胶淀粉，食物淀粉中含量较高65%-81%。
难溶于水，遇碘产生棕色反应。
糖原是多聚D-葡萄糖，存在于动物组织。又称动物淀粉。
结构与支链淀粉相似。
（二）
80%-90%非淀粉多糖由植物细胞壁成分组成。
包括纤维素、半纤维素、果胶等。就是概念中的膳食纤维。
其他10%+是非细胞壁物质，如植物胶质、海藻胶类等。
纤维素各种植物细胞壁的主要成分，人体不能消化吸收，但可刺激胃肠道蠕动，利于其他食物的消化吸收与粪便排泄。
半纤维素大多数由2-4种不同单糖或衍生单糖构成的杂多糖。
一般与纤维素共存，既不是纤维素的前体或衍生物，也不是合成的中间产物。
果胶类又称果胶物质。
一般指D-半乳糖醛酸为主要成分的复合多糖的总称。
普遍存在于植物的原始细胞壁和细胞间质层。一些植物的软组织含量特别丰富，桔柑类皮中30%，甜菜中25%，苹果15%。
溶于水，与糖、酸在适当条件下，形成凝冻。一般用作果酱、果冻的凝冻剂，也可用作果汁、饮料、冰激凌的稳定剂。
其他多糖动物和植物含有多种类型的多糖。
有些具有调节生理功能的活性，如香菇多糖、茶多糖、银耳多糖、壳聚糖等。
碳水化合物是生命细胞结构的主要成分及主要供能物质。
并且有调节细胞活动的重要功能。
（一）供给和储存能量
碳水是人类获取能量最经济和最主要的来源。
55%-65%由碳水供能。每克葡萄糖体内氧化可以产生4kcal能量。
糖原是肌肉和肝脏碳水的储存形式。肝脏储存1/3糖原。
一旦需要，肝脏便分解供能。
碳水释放快，供能快。对维持神经系统和心脏的正常供能，肌肉活动，增强耐力，提高工作效率都有重要意义。
（二）重要生命物质
构成机体组织的重要物质，并参与细胞的多种活动。
每个细胞含碳水2%-10%，糖脂、糖蛋白、蛋白多糖的形式存在。
抗体、酶和激素的组成成分，也需要碳水的参与。
（三）节约蛋白
机体需要能量，主要是碳水供能。
膳食碳水不足，则通过糖异生来动用蛋白产生葡萄糖。
膳食碳水足够，预防蛋白质供能。
（四）抗生酮作用
膳食中充足碳水可以防止以下情况发生，
因此称为碳水化合物的抗生酮作用。
具体情况：脂肪酸被分解所产生的乙酰基需要与草酰乙酸结合进入三羧酸循环，而最后被彻底氧化和分解产生能量。当膳食碳水不足时，草酰乙酸供应减少。而体内脂肪被分解为脂肪酸来供能。
这一代谢过程中，草酰乙酸不足，脂肪酸不能彻底氧化而产生酮体。
酮体不能及时被氧化而体内蓄积，导致产生酮血症和酮尿症。
（五）解毒作用
经糖醛酸途径生成的葡萄糖醛酸，是体内一种重要的结合解毒剂。
在肝脏中能与许多有害物质结合，以消除或减轻，起到解毒作用。
（细菌毒素、酒精、砷等）
（六）增强肠道功能
非淀粉的多糖类纤维素、果胶、抗性淀粉、功能性低聚糖等
这些抗消化的碳水化合物，不能被吸收消化，但刺激肠道蠕动。
增加结肠内发酵（产生短链脂肪酸和肠道菌群增殖）有助于正常消化和增加排便量。
（消化、吸收、代谢/糖原分解合成/糖异生）
①碳水化合物的消化
（一）口腔消化
碳水消化始于口腔，口腔分泌的唾液淀粉酶，能催化直链、支链淀粉和糖原分子中α-1,4糖苷键的水解，水解后的产物有葡萄糖、麦芽糖、异麦芽糖、麦芽寡糖、糊精等的混合物。
（二）胃内消化
碳水被唾液所含的黏蛋白粘合成团，吞咽入胃。
由于胃液不含任何水解碳水的酶，所以没什么消化。
（二）肠内消化
碳水主要在小肠消化，分三个地方的消化。
①肠腔消化
胰淀粉酶，使淀粉变成麦芽糖、麦芽三糖、异麦芽糖、α-临界糊精及少量葡萄糖等
②小肠粘膜上皮细胞表面上的消化
上述消化后的中间产物，可在此彻底消化。
α-糊精酶、唐淀粉酶、麦芽糖酶、异麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶。
彼此分工协作，变为大量葡萄糖、少量果糖、半乳糖。
③结肠消化
小肠内不能消化的再进入结肠，被结肠菌群分解。
产生氢气、甲烷气、二氧化碳、短链脂肪酸等。
称为发酵，发酵也是一种消化的方式。
发酵的同时，促进了菌群繁殖，如双歧杆菌、乳酸杆菌。
②碳水化合物的吸收
碳水经过消化变成单糖才能被吸收。
吸收的部分主要是小肠
单糖首先进入肠粘膜上皮细胞→再进入小肠壁毛细血管→汇合于门静脉进入肝脏→进入大循环，运送到全身。（少量经淋巴系统进入大循环）
单糖的吸收是一种耗能的主动吸收。由于载体蛋白对各种单糖的结合能力不同，所以相对吸收速率也各有差异。
③碳水化合物的代谢
碳水化合物分解过程中，首先经糖酵解途径解为丙酮酸。
无氧情况下，丙酮酸在胞浆内还原成乳酸，这一过程为碳水的无氧氧化。（缺氧时葡萄糖降解为乳酸类似于酵母菌内葡萄糖“发酵”生成乙酸的过程，因此碳水化合物的无恙分解也称为“糖酵解”）
有氧情况下，丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧后进入三羧酸循环，最后被彻底氧化成二氧化碳和水。这一过程为碳水化合物的有氧氧化。
（一）无氧分解
糖酵解过程
葡萄糖降解到丙酮酸阶段的过程这种机体反应单独称为糖酵解途径。
这个过程分为两个阶段。
一阶段反应是耗能
1分子葡萄糖转变为2分子磷酸丙糖；
二阶段反应是产能
磷酸丙糖生成丙酸铜。
（第一阶段消耗2分子ATP，第二阶段生成4个ATP。等于1分子葡萄糖生成4个ATP，净产2个ATP）
糖酵解的意义
产生能量虽然有限，但有重要生理意义。
重体力或剧烈运动时，肌肉因供氧不足严重缺氧，这时需要糖酵解作用来补充急需的能量。
（二）有氧氧化
这个过程分为三个阶段。
一阶段与糖酵解途径完全相同
二阶段丙酮酸转变成乙酰辅酶A
三阶段乙酰辅酶A进入三羧酸循环被氧化成CO2和H2O，并释放出能量。
三羧酸循环由一连串的反应组成。
从有4个碳原子的草酰乙酸与2个碳原子的乙酰CoA的乙酰基所合成6个碳原子的柠檬酸开始，反复地脱氧氢化。
通过三羧酸循环，葡萄糖被完全彻底分解。
有氧氧化的意义
有氧氧化是机体获取能量的主要方式。
1分子的葡萄糖可彻底氧化净生成36-38个ATP，是无氧酵解生成量的18倍以上。
有氧氧化不但释放能量的效率高，而且逐步释放的能量储存于ATP分子中，因此能量的利用率也高。
氧化过程中生成的CO2并非都是代谢废物，有相当一部分被固定于体内某些物质上，进行许多重要物质的合成代谢。
例如：在丙酮酸羧化酶及其辅酶生物素的催化下，丙酮酸分子可以固定CO2生成的草酰乙酸。其他重要物质如嘌呤、嘧啶、脂肪酸、尿素等化合物的合成，均需以CO2作为必不可少的原料之一。
氧化过程中的多种中间产物可以使糖、脂、蛋白及其他物质发生广泛的代谢联系和互变。
例如：有氧氧化第一阶段，生成的磷酸丙糖克转变成α-磷酸甘油；第二阶段生成的乙酰CoA可以合成脂肪酸，二者可合成脂肪。
有氧氧化反应过程中生成的丙酮酸、脂酰CoA、α-酮戊二酸、草酰乙酸，通过氨基酸的转氨基作用（或联合脱氨基）的逆行，可分别生成丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸。这些氨基酸可以转变成其他非必需氨基酸，合成各种蛋白质。
④糖原的合成的分解
消化吸收的葡萄糖或体内其他物质转变而来的葡萄糖，进入肝脏和肌肉后，可合成肝糖原和肌糖原。这个过程为糖原的合成作用。
肝脏原可在肝脏分解为葡萄糖，这个过程为糖原的分解作用。
糖原的分解合成作用在维持血糖相对恒定方面起重要作用。
饥饿时，血糖下降，肝糖原分解，及时升高恢复血糖；
饱餐后，血糖升高，糖原合成酶活化及磷酸化酶的活性降低，使血糖下降恢复。
⑤糖异生
由非碳水化合物转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。
非碳水主要是乳酸、丙酮酸、甘油、丙酸盐、糖氨基酸。
糖异生的主要场所在肝脏。
重要生理意义有三：
⑴保持饥饿时血糖相对稳定
饥饿时，血糖下降，此时除了肝糖原大量分解，糖异生作用开始增强。
（肝糖原耗尽时，机体组织蛋白质分解而来的氨基酸以及体脂分解而来的甘油等非糖物质加速转变为葡萄糖，使血糖保持相对稳定。这对依赖葡萄糖供能的组织非常重要。如大脑、肾髓质、血细胞、视网膜等）
⑵促进乳酸的充分利用
剧烈活动后，肌肉经糖酵解作用生成大量乳酸，通过骨骼肌细胞扩散至血液，并被运送到肝脏。通过肝的强大的糖异生能力，乳酸转变为葡萄糖，又返回肌肉糖酵解产生能量。（如果糖异生途径障碍，乳酸就会利用受限，会使运动能力直线下降）
⑶有利于肾脏排H+保Na+
在长期禁食或糖尿病晚期，可能出现代谢性酸中毒，使血液pH值降低，促使肾小管细胞中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成加速，从而促进糖异生作用，会引起谷氨酰胺脱氨。
脱掉的氨由肾小管细胞分泌进入肾小球滤液中，如此有助于缓解酸中毒。
碳水化合物的膳食参考摄入量
由于体内营养素可转变为碳水化合物，因此需要量尚难确定。
年，中国营养学会建议健康人群的碳水供能60%-70%
年，据我国实际碳水摄入建议，适宜摄入量55%-65%
对碳水化合物来源做出要求：
应包括复合碳水淀粉、不消化的抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等
应限制纯能量食物的摄入量，提倡摄入营养素/能量密度高的食物
以保证能量和营养素的需要及改善胃肠道环境和预防龋齿的需要。
碳水的食物来源
膳食中淀粉主要来源是粮谷类和薯类食物。
粮谷类中含碳水60%-80%
薯类中含碳水15%-29%
豆类中含碳水40%-60%
单糖和双糖的主要来源主要是蔗糖、糖果、甜食、糕点、甜味水果、含糖饮料和蜂蜜等。
（表1-5-2）
本章节英文单词汇总：
蜜二糖（melibiose）
水苏糖（stachyose）
棉子糖（raffinose）
左旋糖（levulose）
蔗糖（sucrose）
乳糖（lactose）
麦芽糖（maltose）
低聚果糖
（fructooligosaccharide）
大豆低聚糖
（soybeanoligosaccharide）
淀粉（starch）
直链淀粉（amylose）
支链淀粉（amylopectin）
糖原（glycogen）
非淀粉多糖
（nonstarchpolysaccharides，NSP）
纤维素（cellulose）
半纤维素（hemicellulose）
果胶类（pectins）
糖原异生（gluconeogenesis）
节约蛋白质作用（sparingproteinaction）
抗生酮作用（antiketogenesis）
α-淀粉酶（α-amylase）
唾液淀粉酶（ptyalin）
胰淀粉酶（amylopsin）
α-糊精酶（α-dextrinase）
糖淀粉酶（glycoamylase）
麦芽糖酶（maltase）
异麦芽糖酶（isomaltase）
蔗糖酶（sucrase）
乳糖酶（lactase）
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