单糖定义

单糖是碳水化合物的基本形式，也是最简单的碳水化合物类型。单糖可以通过糖苷键连接形成巨大的碳水化合物，如寡糖或多糖。

双糖是由两个单糖组成的寡糖。当20多个单糖通过糖苷键连接时，寡糖就变成了多糖。本文将解释单糖的结构和功能，并提供一些例子。

单糖概述

在糖的世界里，单糖是最简单的糖，源自两个希腊词：“mono”，意为“一个”，以及“saccharide”，意为“糖分子”。单糖不能进一步分解，被定义为只含有一个糖分子的糖类。

另一方面，碳水化合物由糖分子组成，包括单糖、双糖和多糖。需要注意的是，虽然所有碳水化合物都来自单糖，但并非所有单糖都可以归类为碳水化合物。

值得一提的是，碳水化合物是我们身体必需的宏量营养素，它们为我们提供能量，让我们在一天中保持活力。每种碳水化合物都有其独特的单糖组合，并在我们体内发挥特定的功能。

单糖的结构

单糖的分子式为(CH₂O)n。 中心碳原子与两个氢原子和一个氧原子结合，氧原子也与氢原子结合形成羟基。由于碳原子能够形成四键，碳原子可以结合。当链中的一个碳原子与氧原子形成双键时，就会产生羰基。

根据羰基的位置，单糖可以分为醛糖或酮糖。如果羰基位于链的末端，则为醛糖；如果位于链的中间，则为酮糖。

葡萄糖链

葡萄糖是一种简单的单糖，由六个碳原子组成。它属于醛糖家族，因为其羰基位于分子末端。超过五个碳原子的单糖在水溶液中会形成环。

第五个碳原子的羟基与第一个碳原子反应。当与第一个碳原子结合时，羟基失去一个氢原子。当碳原子和氧原子之间的第二个键断裂时，第一个碳原子上的双键氧通过与新氢结合，形成一个稳定的碳环。

单糖的类型

自然界中有20种单糖，可分为两类。

1. 醛糖

醛糖是分子结构中含有醛基的单糖。它们根据所含碳原子的数量进行分类，并且由于只有一个空轨道，醛基始终位于单糖链的末端。

2. 酮糖

酮糖是分子结构中含有酮基的单糖。它们可以根据所含碳原子的数量进行分类，例如三碳糖、四碳糖和五碳糖。酮基的位置可以变化，因为它只有二价价。

一些单糖的例子

a) 葡萄糖

葡萄糖是一种重要的糖，为生物体提供能量和结构。它可以通过糖酵解分解来提供能量。当细胞不再需要能量时，过量的葡萄糖可以通过与其他单糖结合来储存。

葡萄糖可以通过与其他单糖结合在植物中储存为淀粉。然后，淀粉可以被分解并用于能量。单糖也可以通过长链连接形成纤维状多糖。植物产生纤维素，这是一种常见的分子，如果计算总重量，其重量可达数百万吨，用于创建提供结构和刚性的细胞壁。单糖的组合形成了赋予植物结构的链。

b) 果糖

果糖是一种酮糖，存在于蜂蜜、芒果、梨、甘蔗、苹果和桃子等甜味水果中。它也被称为水果糖，并经常与葡萄糖一起出现。果糖存在于蔗糖和菊粉中。当与葡萄糖结合时，它在蔗糖中形成糖苷键。当与其它单糖结合时，它也形成寡糖。

果糖和葡萄糖具有相同的分子式，但结构不同。果糖是酮糖，而不是像葡萄糖那样的醛糖，因为羰基位于第二个碳原子上，而不是分子末端。果糖有六个碳原子，连接着一个羟基，与葡萄糖一样。由于双键氧的位置不同，果糖的环形结构略有不同。

果糖是一种单糖，可以与其他单糖结合形成寡糖，例如蔗糖，它由一个果糖分子和一个葡萄糖分子组成。此外，细胞使用特定的酶来催化大多数反应。形状不同的单糖需要特定的酶来分解。

c) 半乳糖

半乳糖是一种存在于许多生物体中的简单糖，尤其是在哺乳动物中。哺乳动物通过母乳为其后代提供能量。当半乳糖与葡萄糖结合时，形成双糖乳糖。新生哺乳动物产生酶来分解乳糖中的键，乳糖含有大量能量。然而，这些酶在断奶后就会消失。

人类在成年后饮用牛奶方面在哺乳动物中是独特的，这导致了独特酶功能的开发。消化乳糖的能力因人群的饮奶习惯而异。经常饮奶的人通常可以一生消化乳糖，而断奶后不饮奶的人更容易乳糖不耐受。

乳糖不耐受会导致腹部绞痛和腹泻，这是由细菌消化过量乳糖产生的毒素引起的。这会增加肠道中的溶质，导致肠道保留更多水分以维持稳定的 pH 值。

单糖的构型

在讨论葡萄糖和果糖时，必须使用它们正确的名称。对于像这些具有旋光性的分子，需要考虑对映异构体。这意味着在这些分子的名称之前，您应该分别提及 L-(-) 和 L-(+)。同样，对于 D-(+) 和 D-(-)，您也应该在名称之前包含这些信息。

字母“D”和“L”表示单糖碳链末端 -OH 基团的构型，而“+”和“-”表示它们的旋光位置。

单糖的功能

单糖在细胞中扮演多种角色，主要作为能量来源。葡萄糖是通过分解其键来产生和储存能量最常用的单糖。

植物通过纤维素形成细胞结构，而细菌则通过不同的多糖产生类似的细胞壁。动物细胞具有由较小单糖组成的多糖复杂基质。

结论

单糖是不能进一步水解的碳水化合物中最简单的形式。它们由单个糖分子组成，可根据其官能团分为两大类。如果单糖含有醛基，则称为醛糖；如果含有酮基，则称为酮糖。

单糖是无色结晶固体，易溶于水。一些单糖具有甜味，常被用作食品生产中的甜味剂。

常见问题

1. 半乳糖单糖的主要来源是什么？

半乳糖是一种单糖，其分子式与葡萄糖和果糖相似，但几何形状不同。它可以在各种食物来源中找到。

• 牛奶和其他乳制品含有称为乳糖的糖，它由葡萄糖和半乳糖组成。半乳糖约占牛奶成分的10%，也存在于酸奶和奶酪中。
• 蜂蜜主要由水和碳水化合物组成，含有少量蛋白质。它还含有高含量的半乳糖。
• 豆类，如豆子、豌豆、扁豆、花生和鹰嘴豆，富含半乳糖。
• 小麦、燕麦和大麦等谷物含有半乳糖，对人体有益。
• 坚果含有少量半乳糖，含量在1-4%之间。

2. 为什么单糖很重要？

单糖在细胞中具有多种用途，主要作为能量来源。葡萄糖的分解会释放键中储存的能量，大多数生物体都用它来产生能量。

3. 葡萄糖暴露在碱性条件下会发生什么？

葡萄糖可以用浓或稀的碱溶液处理，结果不同。浓溶液会使葡萄糖变成黄色和棕色，然后形成棕色树脂状物质。然而，稀溶液会导致可逆的异构化，产生 D-葡萄糖、D-果糖和 D-甘露糖的平衡混合物。