第8节：碳水化合物

碳水化合物

碳水化合物包括糖及其聚合物，在生物体内主要有两大功能：一是储存并提供能量，二是为结构组分提供原料。它们可以以单体和二聚体形式存在，也常以更长的链状形式出现，有时还会形成支链。

本节将介绍碳水化合物的结构、类型和分布。

碳水化合物类别

碳水化合物可按单体糖分子的数量分为四个基本类别。最简单的是单糖，只含一个单体单位。双糖（例如日常所说的蔗糖）由两个相连的单糖组成。寡糖中的单体单位数量通常为 3 到 20 个，而多糖则由 20 个以上的糖单位构成。

单糖结构

碳水化合物由碳（C）、氢（H）和氧（O）组成，其中氧多存在于羟基（-OH）中。单糖有时呈线性形式，但更多以环状形式存在；环化通过分子内反应形成，其中一个羟基将氢原子转移给双键氧（这里是末端醛基中的氧）。图中以葡萄糖为例，它是一种很常见的糖，也是一种己糖。按照惯例，碳原子会按顺序编号，如图示结构中的 C1-6。

葡萄糖的环状形式是一个六元环结构，由 C1 与 C5 相连形成，C6 位于环外。与其他糖类似，环闭合时醛基的取向会产生两种亚型。在 α 型中，C1 上的羟基指向“下方”；在 β 型中，它则指向“上方”。这种取向会深刻影响单糖之间的连接方式，我们很快就会讨论。

除己糖外，另一类常见糖是戊糖，含有五个碳原子。遗传学中尤其常见两种具有五元环结构的戊糖：核糖和脱氧核糖。二者几乎相同，但有一个微小而重要的差别：脱氧核糖在第二个碳原子上缺少一个羟基。这在很大程度上决定了 DNA 和 RNA 的化学性质，因为 DNA 含脱氧核糖，而 RNA 含核糖。

二糖

双糖是通过两个单糖的连接形成的，但这两个单糖不一定是相同的。基础反应被称为缩合反应，因为每个单体的羟基在成键过程中释放出一个水分子。当反应的C1羟基处于α位置时，这种键被称为α-1,4-糖苷键，相应地，涉及β位置的C1羟基的β-1,4-糖苷键。

多糖

较长的糖单体链如多糖是通过一系列的α-或β-1,4-糖苷键形成的。纤维素是完全线性多糖的一个例子，通过β-1,4-糖苷键连接。它是地球上最丰富的有机聚合物，是植物和其他一些生物体细胞壁的重要结构成分。纤维素也是纸张和各种纺织品的主要成分。

多糖也可以通过1,6-糖苷键进行支化，糖苷键是通过C1和C6羟基之间的缩合反应形成的。淀粉是支链多糖的一个例子，被植物用来储存能量，是人类饮食的一个重要部分。糖原的支化程度更高，由动物、真菌和细菌产生。

在下一节中，我们将了解对能量储存和结构很重要的另一类分子：脂质。