คาร์โบไฮเดรต( / ˌ k ɑːr b oʊ ˈ h aɪ d r eɪ t / ) คือน้ำตาล (แซกคาไรด์) หรืออนุพันธ์ของน้ำตาล^{[ 1 ]} สำหรับ คาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุด อัตราส่วนอะตอมของคาร์บอนต่อไฮโดรเจนต่อออกซิเจนคือ 1:2:1 กล่าวคือ มักจะแสดงด้วยสูตรเชิงประจักษ์(CH ₂ O) _nร่วมกับกรดอะมิโนไขมันและกรดนิวคลีอิกคาร์โบไฮเดรตเป็นหนึ่งในตระกูลหลักของโมเลกุลชีวภาพ^{[ 2 ]}

คาร์โบไฮเดรตมีบทบาทมากมายในสิ่งมีชีวิต^{[ 3 ]}พอลิแซ็กคาไรด์ทำหน้าที่เป็น แหล่งเก็บ พลังงาน (เช่นแป้งและไกลโคเจน ) และเป็นส่วนประกอบโครงสร้าง (เช่น เซลลูโลสในพืชและไคติน ในสัตว์ขาปล้องและเชื้อรา) ไรโบสซึ่งเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ 5 คาร์บอนเป็นส่วนประกอบสำคัญของโคเอนไซม์ (เช่นATP , FADและNAD ) และเป็นแกนหลักของโมเลกุลทางพันธุกรรมที่เรียกว่าRNA ดีออกซีไรโบสที่เกี่ยวข้องเป็นส่วนประกอบของDNAแซ็กคาไรด์และอนุพันธ์ของแซ็กคาไรด์มีบทบาทสำคัญในระบบภูมิคุ้มกันการปฏิสนธิ การ ป้องกันโรคการแข็งตัวของเลือดและการพัฒนา^{[ 4 ]}

คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหาร หลัก และพบได้ในอาหารธรรมชาติและอาหารแปรรูปหลากหลายชนิด แป้งเป็นพอลิแซ็กคาไรด์และพบมากในธัญพืช (ข้าวสาลี ข้าวโพด ข้าว) มันฝรั่ง และอาหารแปรรูปที่ทำจากแป้ง ธัญพืช เช่นขนมปังพิซซ่า หรือพาสต้า น้ำตาลในอาหารของมนุษย์ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของน้ำตาลทราย (ซูโครส สกัดจากอ้อยหรือบีทรูท ) แลคโตส (พบมากในนม) กลูโคส และฟรุกโตส ซึ่งพบได้ตามธรรมชาติในน้ำผึ้งผลไม้หลาย ชนิด และผักบางชนิด น้ำตาลทราย นม หรือน้ำผึ้งมักถูกเติมลงในเครื่องดื่มและอาหารสำเร็จรูปหลายชนิด เช่น แยม บิสกิต สโคน และเค้ก

คำว่า "คาร์โบไฮเดรต" มีคำพ้องความหมายหลายคำ และความหมายอาจขึ้นอยู่กับบริบท คำที่เกี่ยวข้องกับคาร์โบไฮเดรต ได้แก่ "น้ำตาล" "แซคคาไรด์" " กลูแคน " ^{[ 5 ]}และ "กลูโคส" ^{[ 6 ]}ในวิทยาศาสตร์การอาหารคำว่า "คาร์โบไฮเดรต" มักหมายถึงอาหารใดๆ ที่อุดมไปด้วยแป้ง (เช่น ซีเรียล ขนมปัง และพาสต้า) หรือคาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยว หรือน้ำตาลเชิงเดี่ยว เช่น ซูโครส (พบในลูกอมแยมและของหวาน) คาร์โบไฮเดรตยังอาจหมายถึงใยอาหารเช่น เซลลูโลส^{[ 7 ] [ 8 ]}

จุดเริ่มต้นของการอภิปรายเกี่ยวกับคาร์โบไฮเดรตคือแซ็กคาไรด์ โมโนแซ็กคาไรด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุด เนื่องจากไม่สามารถไฮโดรไลซ์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่เล็กกว่าได้ โมโนแซ็กคาไรด์มักมีสูตรเป็น C _m (H ₂ O) _nไดแซ็กคาไรด์ (เช่นซูโครส ) พบได้ทั่วไป เช่นเดียวกับพอลิแซ็กคาไรด์ / โอลิโกแซ็กคาไรด์(เช่นแป้งเซลลูโลส) แซ็กคาไรด์เป็นพอลิไฮดรอกซีอัลดีไฮด์ คีโตน และพอลิเมอร์อนุพันธ์ที่มีพันธะแบบอะ ซีทัลพวกมันอาจถูกจัดประเภทตามระดับการเกิด พอลิเมอร์ โพลี ออลหลาย ชนิด ก็ถูกจัดเป็นคาร์โบไฮเดรตเช่นกัน ในคาร์โบไฮเดรตหลายชนิด หมู่ OH จะถูกต่อเติมหรือแทนที่ด้วยN-อะเซทิล (เช่นไคติน ) ซัลเฟต (เช่นไกลโคซามิโนไกลแคน ) กรดคาร์บอกซิลิก และการดัดแปลงแบบดีออกซี (เช่นฟูโคสและกรดไซอะลิก ) ^{[ 6 ]}

น้ำตาลอาจเชื่อมต่อกับโมเลกุลทางชีวภาพประเภทอื่นเพื่อสร้างไกลโคคอนจู เกต กระบวนการไกลโคซิเลชัน โดยเอนไซม์ จะสร้างน้ำตาล/แซคคาไรด์ที่เชื่อมต่อกันเองและกับโมเลกุลอื่น ๆ โดยพันธะไกลโคไซด์ ทำให้เกิดไกลแคน ไกล โคโปรตีน โปรตีโอไกลแคนและไกลโคลิปิด เป็นไกลโคคอนจูเกตที่พบมากที่สุดในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม พบได้มากบนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกและในของเหลวที่หลั่งออกมา ไกลโคคอนจูเกตได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญในการโต้ตอบระหว่างเซลล์ เนื่องจากมีตัวรับที่จับกับไกลแคน หลายชนิดอยู่บนพื้นผิวเซลล์ นอกเหนือจากไกลโคคอนจูเกตเอง^{[ 10 ] [ 11 ]}นอกเหนือจากหน้าที่ในการพับโปรตีนและการยึดเกาะของเซลล์แล้วไกลแคนแบบ N-linkedของโปรตีนยังสามารถปรับเปลี่ยนการทำงานของโปรตีนได้ ในบางกรณีทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด-ปิด^{[ 12 ]}

ประวัติศาสตร์ของคาร์โบไฮเดรตในระดับหนึ่งก็คือประวัติศาสตร์ของอ้อย ซึ่งปลูกครั้งแรกในปาปัวนิวกินีการเพาะปลูกในปริมาณมากเกิดขึ้นในอินเดีย ซึ่งมีการพัฒนาเทคนิคสำหรับการแยกน้ำตาลผลึก^{[ 13 ]}น้ำตาลอ้อยและการเพาะปลูกได้แพร่ไปยังยุโรปราวศตวรรษที่ 13 จากนั้นจึงขยายไปยังโลกใหม่ ซึ่งมีการพัฒนาอุตสาหกรรม

เคมีและชีวเคมีของคาร์โบไฮเดรตสามารถสืบย้อนไปได้ถึงปี 1811 ในปีนั้น คอนสแตนติน เคิร์ชฮอฟฟ์ ค้นพบว่าน้ำตาลองุ่น (กลูโคส) เกิดขึ้นเมื่อแป้งถูกต้มกับกรดอุตสาหกรรมแป้งเริ่มต้นขึ้นในปีถัดมา อองรี บราคอนโนต์ ค้นพบในปี 1819 ว่าน้ำตาลเกิดขึ้นจากการกระทำของกรดซัลฟิวริกต่อเซลลูโลสวิลเลียม พรูทหลังจากที่โจเซฟ หลุยส์ เกย์-ลูแซคและเธนาร์ด ได้ทำการวิเคราะห์ทางเคมีของน้ำตาลและแป้งแล้ว ได้ตั้งชื่อกลุ่มสารนี้ว่า " แซคคาริน " คำว่า "คาร์โบไฮเดรต" ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวเยอรมันคาร์ล ชมิดต์ในปี 1844 ในปี 1856 ไกลโคเจนซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการเก็บสะสมคาร์โบไฮเดรตในตับสัตว์ ถูกค้นพบโดยนักสรีรวิทยาชาวฝรั่งเศสโคลด เบอร์นาร์ด [ ^{14 ] เอ}มิล ฟิชเชอร์ ได้รับ รางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1902 จากผลงานของเขาเกี่ยวกับน้ำตาลและพิวรีนอ็อตโต เมเยอร์ฮอฟ ได้รับ รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 1922 จากการค้นพบกระบวนการเผาผลาญกลูโคสฮันส์ ฟอน ออยเลอร์-เชลพินร่วมกับอาร์เธอร์ ฮาร์เดนได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1929 "จากการวิจัยเกี่ยวกับการหมักน้ำตาลและบทบาทของเอนไซม์ในกระบวนการนี้" ในปี 1947 ทั้งเบอร์นาร์โด ฮูสเซย์ จากการค้นพบบทบาทของ ต่อมใต้สมองในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต และคาร์ลและเกอร์ตี คอรีจากการค้นพบการเปลี่ยนรูปของไกลโคเจนได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 1970 จากการค้นพบน้ำตาล นิ วคลี โอ ไทด์ในการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต

คำว่าglycobiology ^{[ 15 ]}ถูกบัญญัติขึ้นในปี 1988 โดยRaymond Dwekเพื่อรับรู้ถึงการรวมกันของสาขาวิชาดั้งเดิมของเคมีคาร์โบไฮเดรตและชีวเคมี[ ^{16 ] การ}รวมกันนี้เป็นผลมาจากความเข้าใจที่มากขึ้นเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุลของไกลแคน "Glycoscience" เป็นสาขาที่สำรวจโครงสร้างและหน้าที่ของไกลแคน^{[ 17 ]}

คาร์โบไฮเดรตที่บริโภคในอาหารให้พลังงาน 3.87 กิโลแคลอรีต่อกรัมสำหรับน้ำตาลเชิงเดี่ยว^{[ 18 ]}และ 3.57 ถึง 4.12 กิโลแคลอรีต่อกรัมสำหรับคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนในอาหารอื่นๆ ส่วนใหญ่^{[ 19 ]}คาร์โบไฮเดรตในระดับที่ค่อนข้างสูงมักพบในอาหารแปรรูปหรืออาหารขัดสีที่ทำจากพืช ได้แก่ ขนมหวาน คุกกี้และลูกอม น้ำตาลทราย น้ำผึ้ง เครื่องดื่มอัดลม ขนมปังและแครกเกอร์ แยมและผลิตภัณฑ์ผลไม้ พาสต้าและซีเรียลอาหารเช้า คาร์โบไฮเดรตขัดสีจากอาหารแปรรูป เช่น ขนมปังขาวหรือข้าว เครื่องดื่มอัดลม และของหวาน สามารถย่อยได้ง่าย และหลายชนิดมีดัชนีไกลเซมิกสูง ซึ่งสะท้อนถึงการดูดซึมกลูโคสอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม การย่อยอาหารที่ไม่ผ่านการแปรรูปและมีเส้นใยสูง เช่น ถั่ว ถั่วลันเตา และธัญพืชไม่ขัดสี จะทำให้ร่างกายได้รับกลูโคสและพลังงานอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอ^{[ 20 ]} โดยทั่วไปแล้วอาหารที่มาจากสัตว์จะมีระดับคาร์โบไฮเดรตต่ำที่สุด แม้ว่านมจะมี แลคโตส ในปริมาณสูงก็ตาม

โดยทั่วไปสิ่งมีชีวิตไม่สามารถเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตทุกชนิดเพื่อให้ได้พลังงานได้ กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานที่พบได้ทั่วไปและเข้าถึงได้ง่าย สิ่งมีชีวิตหลายชนิดยังสามารถเผาผลาญโมโนแซ็กคาไรด์และไดแซ็กคาไรด์ อื่นๆ ได้ แต่กลูโคสมักถูกเผาผลาญก่อนตัวอย่างเช่น ใน แบคทีเรีย Escherichia coliโอเปรอน lacจะสร้างเอนไซม์สำหรับย่อยแลคโตสเมื่อมีอยู่ แต่ถ้ามีทั้งแลคโตสและกลูโคส โอ เปรอน lacจะถูกยับยั้ง ส่งผลให้กลูโคสถูกนำมาใช้ก่อน (ดู: Diauxie ) โพ ลีแซ็ กคาไรด์ ก็เป็นแหล่งพลังงานที่พบได้ทั่วไปเช่นกัน สิ่งมีชีวิตหลายชนิดสามารถย่อยแป้งเป็นกลูโคสได้ง่าย แต่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ไม่สามารถเผาผลาญเซลลูโลสหรือโพลีแซ็กคาไรด์อื่นๆ เช่นไคตินและอะราบิโนไซแลนได้ คาร์โบไฮเดรตประเภทเหล่านี้สามารถถูกเผาผลาญได้โดยแบคทีเรียและโปรติสต์บางชนิดสัตว์เคี้ยวเอื้องและปลวกเช่น ใช้จุลินทรีย์ในการแปรรูปเซลลูโลส โดยหมักให้เป็นกรดไขมันสายสั้นที่มีแคลอรี่ แม้ว่ามนุษย์จะไม่มีเอนไซม์ในการย่อยไฟเบอร์ แต่ไฟเบอร์ในอาหารก็เป็นองค์ประกอบสำคัญในอาหารของมนุษย์ ไฟเบอร์ช่วยส่งเสริมการย่อยอาหารที่ดี ช่วยควบคุมระดับกลูโคสและอินซูลินหลังรับประทานอาหาร ลดระดับคอเลสเตอรอล และช่วยให้รู้สึกอิ่ม^{[ 21 ]}

สถาบันการแพทย์แนะนำว่าผู้ใหญ่ชาวอเมริกันและแคนาดาควรได้รับพลังงานจากคาร์โบไฮเดรตจากธัญพืชเต็มเมล็ด ระหว่าง 45 ถึง 65% ^{[ 22 ]}องค์การอาหารและเกษตร แห่งสหประชาชาติ และองค์การอนามัยโลกแนะนำร่วมกันว่าแนวทางการบริโภคอาหารระดับชาติควรตั้งเป้าหมายไว้ที่ 55–75% ของพลังงานทั้งหมดจากคาร์โบไฮเดรต แต่เพียง 10% เท่านั้นที่มาจากน้ำตาลโดยตรง (ซึ่งเป็นคำที่พวกเขาใช้เรียกคาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยว) ^{[ 23 ]}การทบทวนอย่างเป็นระบบของ Cochrane ในปี 2017 สรุปว่ามีหลักฐานไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนข้ออ้างที่ว่าอาหารธัญพืชเต็มเมล็ดสามารถส่งผลต่อโรคหัวใจและหลอดเลือดได้^{[ 24 ]}

คาร์โบไฮเดรตเป็นส่วนประกอบหลักอย่างหนึ่งของใยอาหาร ที่ไม่ละลายน้ำ แม้ว่ามนุษย์จะไม่สามารถย่อยได้ แต่เซลลูโลสและใยอาหารที่ไม่ละลายน้ำโดยทั่วไปจะช่วยรักษาระบบย่อยอาหารให้แข็งแรงโดยช่วยให้การขับถ่าย สะดวก ขึ้น^{[ 7 ]} โพลีแซ็กคา ไรด์อื่นๆ ที่มีอยู่ในใยอาหาร ได้แก่แป้งทนต่อการย่อยและอินูลินซึ่งเป็นอาหารของแบคทีเรียบางชนิดในจุลินทรีย์ในลำไส้ใหญ่และแบคทีเรียเหล่านี้ จะ ย่อยสลาย เพื่อให้ได้ กรดไขมันสายสั้น^{[ 7 ] [ 25 ] [ 26 ]}

คำว่าคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนถูกใช้ครั้งแรกใน เอกสาร เผยแพร่ ของ คณะกรรมการคัดเลือกวุฒิสภาสหรัฐฯ ด้านโภชนาการและความต้องการของมนุษย์ เรื่องเป้าหมายด้านอาหารสำหรับสหรัฐอเมริกา (1977) โดยมีจุดประสงค์เพื่อแยกแยะน้ำตาลออกจากคาร์โบไฮเดรตชนิดอื่น (ซึ่งถือว่ามีคุณค่าทางโภชนาการสูงกว่า) ^{[ 27 ]}อย่างไรก็ตาม รายงานดังกล่าวได้จัด "ผลไม้ ผัก และธัญพืชไม่ขัดสี" ไว้ในคอลัมน์คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน แม้ว่าสิ่งเหล่านี้อาจมีน้ำตาลรวมถึงพอลิแซ็กคาไรด์ด้วยก็ตาม การใช้งานมาตรฐานคือการจำแนกคาร์โบไฮเดรตทางเคมี: คาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยวหากเป็นน้ำตาล ( โมโนแซ็กคาไรด์และไดแซ็กคาไรด์ ) และคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนหากเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ (หรือโอลิโกแซ็กคาไรด์ ) ^{[ 7 ] [ 28 ]}บางครั้งคาร์โบไฮเดรตจะถูกแบ่งออกเป็น "คาร์โบไฮเดรตที่พร้อมใช้งาน" ซึ่งดูดซึมได้ในลำไส้เล็กและ "คาร์โบไฮเดรตที่ไม่พร้อมใช้งาน" ซึ่งผ่านไปยังลำไส้ใหญ่ซึ่งจะถูกหมักโดย จุลินทรีย์ในระบบ ทางเดินอาหาร^{[ 7 ]}

แนวคิดดัชนีไกลเซมิก (GI) และภาระไกลเซมิกบ่งบอกถึงศักยภาพของคาร์โบไฮเดรตในอาหารในการเพิ่มระดับน้ำตาลในเลือดเมื่อเทียบกับอาหารอ้างอิง (โดยทั่วไปคือกลูโคสบริสุทธิ์) ^{[ 29 ]}เมื่อแสดงเป็นตัวเลขในรูป GI อาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตสามารถจัดกลุ่มได้เป็น GI สูง (คะแนนมากกว่า 70) GI ปานกลาง (56–69) หรือ GI ต่ำ (น้อยกว่า 55) เมื่อเทียบกับกลูโคสบริสุทธิ์ (GI=100) ^{[ 29 ]}การบริโภคอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตสูงและ GI สูงทำให้ระดับน้ำตาลในเลือดเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันและลดลงอย่างรวดเร็วหลังรับประทานอาหาร ในขณะที่อาหาร GI ต่ำที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรตต่ำกว่าจะทำให้ระดับน้ำตาลในเลือดลดลงและค่อยๆ กลับสู่ระดับปกติหลังรับประทานอาหาร^{[ 29 ]}

ดัชนีไกลเซมิกเป็นการวัดที่สัมพันธ์กับคุณภาพของคาร์โบไฮเดรตในอาหาร (ปริมาณคาร์โบไฮเดรตต่ำเทียบกับปริมาณคาร์โบไฮเดรตสูง – GI) โดยพิจารณาจากปริมาณคาร์โบไฮเดรตในอาหารหนึ่งหน่วยบริโภค^{[ 29 ]}

อาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตต่ำอาจพลาดข้อดีต่อสุขภาพ เช่น การเพิ่มปริมาณใยอาหารและไฟโตเคมีคอลซึ่งได้มาจากอาหารจากพืชคุณภาพสูง เช่นพืชตระกูลถั่วธัญพืชเต็มเมล็ดผลไม้ และผัก^{[ 30 ] [ 31 ]} "การวิเคราะห์แบบเมตาที่มีคุณภาพปานกลาง" พบว่ามีผลข้างเคียงของอาหารดังกล่าว^{ได้แก่}กลิ่นปากปวดศีรษะและท้องผูก [ ^{32 ]}

อาหารที่จำกัดคาร์โบไฮเดรตอาจมีประสิทธิภาพเท่ากับอาหารไขมันต่ำในการช่วยลดน้ำหนักในระยะสั้นเมื่อปริมาณแคลอรี่โดยรวมลดลง^{[ 33 ]} คำแถลงทางวิทยาศาสตร์ของ สมาคมต่อมไร้ท่อระบุว่า "เมื่อปริมาณแคลอรี่คงที่ [...] การสะสมไขมันในร่างกายดูเหมือนจะไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนมากในปริมาณไขมันเทียบกับคาร์โบไฮเดรตในอาหาร" ^{[ 33 ]}ในระยะยาว อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำดูเหมือนจะไม่ให้ "ข้อได้เปรียบทางเมตาบอลิซึม" และการลดน้ำหนักหรือการรักษาน้ำหนักอย่างมีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับระดับการจำกัดแคลอรี่ [ ^{33 ] ไม่ใช่}อัตราส่วนของสารอาหารหลักในอาหาร^{[ 34 ]}เหตุผลของผู้สนับสนุนอาหารคือคาร์โบไฮเดรตทำให้เกิดการสะสมไขมันมากเกินไปโดยการเพิ่ม ระดับ อินซูลิน ในเลือด แต่การรับประทานอาหารที่สมดุลมากขึ้นซึ่งจำกัดคาร์โบไฮเดรตที่ผ่านการขัดสีสามารถลดระดับกลูโคสและอินซูลินในซีรั่มได้ และอาจยับยั้งการสร้างไขมันและส่งเสริมการออกซิเดชันของไขมัน^{[ 35 ]} อย่างไรก็ตาม ในส่วนของการใช้พลังงานนั้น ข้ออ้างที่ว่าอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำมี "ข้อได้เปรียบทางเมตาบอลิซึม" ไม่ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานทางคลินิก [ ^{33 ] [ 36 ] นอกจาก}นี้ ยังไม่ชัดเจนว่าการรับประทานอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำส่งผลต่อสุขภาพหัวใจและหลอดเลือด อย่างไร แม้ว่าการทบทวนสองครั้งจะแสดงให้เห็นว่าการจำกัดคาร์โบไฮเดรตอาจช่วยปรับปรุงตัวบ่งชี้ไขมันของความเสี่ยงต่อโรคหัวใจและหลอดเลือดได้^{[ 37 ] [ 38 ]}

อาหารที่จำกัดคาร์โบไฮเดรตไม่ได้มีประสิทธิภาพมากกว่าอาหารเพื่อสุขภาพ ทั่วไป ในการป้องกันการเกิดโรคเบาหวานประเภทที่ 2แต่สำหรับผู้ที่เป็นโรคเบาหวานประเภทที่ 2 อาหารประเภทนี้เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการลดน้ำหนักหรือช่วยควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}มีหลักฐานจำกัดที่สนับสนุนการใช้การควบคุมอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตต่ำเป็นประจำในการจัดการ โรค เบาหวานประเภทที่ 1 ^{[ 42 ]}สมาคมโรคเบาหวานแห่งอเมริกาแนะนำว่าผู้ที่เป็นโรคเบาหวานควรรับประทานอาหารเพื่อสุขภาพโดยทั่วไปมากกว่าอาหารที่เน้นคาร์โบไฮเดรตหรือสารอาหารหลักอื่นๆ^{[ 41 ]}

อาหาร คีโตเจนิคซึ่งเป็นรูปแบบสุดขั้วของอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตต่ำ ได้รับการยอมรับว่าเป็นอาหารทางการแพทย์สำหรับการรักษาโรคลมชัก [ ^{43 ] ด้วย}การรับรองจากคนดังในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ทำให้อาหารชนิดนี้กลายเป็นอาหารลดน้ำหนักที่ได้รับความนิยม แต่ก็มีความเสี่ยงที่จะ เกิดผลข้าง เคียงที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ระดับพลังงานต่ำลง หิวมากขึ้นนอนไม่หลับ คลื่นไส้ และรู้สึกไม่สบายในระบบทางเดินอาหาร^{[ 43 ]}สมาคมนักโภชนาการแห่งอังกฤษได้จัดให้เป็นหนึ่งใน "5 อันดับอาหารของคนดังที่แย่ที่สุดที่ควรหลีกเลี่ยงในปี 2018" ^{[ 43 ]}

คาร์โบไฮเดรตในอาหารส่วนใหญ่ประกอบด้วยกลูโคส ไม่ว่าจะเป็นหน่วยสร้างเพียงอย่างเดียว (เช่นในพอลิแซ็กคาไรด์อย่างแป้งและไกลโคเจน) หรือร่วมกับโมโนแซ็กคาไรด์อื่น (เช่นในเฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์อย่างซูโครสและแลคโตส) ^{[ 44 ]}กลูโคสที่ไม่ถูกผูกมัดเป็นส่วนประกอบหลักอย่างหนึ่งของน้ำผึ้ง กลูโคสมีปริมาณมากและถูกแยกได้จากแหล่งธรรมชาติหลากหลายชนิดทั่วโลก รวมถึงกรวยตัวผู้ของต้นสน Wollemia nobilis ในกรุงโรม^{[ 45 ]}รากของต้น Ilex asprella ในประเทศจีน^{[ 46 ]}และฟางข้าวในรัฐแคลิฟอร์เนีย^{[ 47 ]}

^Aค่าคาร์โบไฮเดรตคำนวณจากฐานข้อมูลของ USDA และอาจไม่ตรงกับผลรวมของน้ำตาล แป้ง และ "ใยอาหาร" เสมอไป

การ เผา ผลาญคาร์โบไฮเดรต คือ กระบวนการ ทางชีวเคมี หลายขั้นตอน ที่รับผิดชอบในการสร้างสลาย และ เปลี่ยนรูปคาร์โบไฮเดรตในสิ่งมีชีวิต

คาร์โบไฮเดรตที่สำคัญที่สุดคือกลูโคสซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว ( โมโนแซ็กคาไรด์ ) ที่สิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิดสามารถเผาผลาญได้ กลูโคสและคาร์โบไฮเดรตอื่นๆ เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเผาผลาญที่หลากหลายในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดพืชสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยกระบวนการสังเคราะห์แสงและเก็บพลังงานที่ดูดซับไว้ภายใน ซึ่งมักอยู่ในรูปของแป้งหรือไขมันส่วนประกอบของพืชถูกบริโภคโดยสัตว์และเชื้อราและใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการหายใจระดับเซลล์การออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต 1 กรัม ให้พลังงานประมาณ 16 กิโลจูล (4 กิโลแคลอรี) ในขณะที่การออกซิเดชันของไขมัน 1 กรัม ให้พลังงานประมาณ 38 กิโลจูล (9 กิโลแคลอรี) ร่างกายมนุษย์เก็บสะสมคาร์โบไฮเดรตไว้ระหว่าง 300 ถึง 500 กรัม ขึ้นอยู่กับน้ำหนักตัว โดยกล้ามเนื้อโครงร่างมีส่วนในการเก็บสะสมมากที่สุด^{[ 49 ]}พลังงานที่ได้จากกระบวนการเผาผลาญ (เช่น การออกซิเดชันของกลูโคส) มักจะถูกเก็บไว้ชั่วคราวภายในเซลล์ในรูปของATP ^{[ 50} ] สิ่งมีชีวิตที่สามารถหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนและแบบใช้ออกซิเจน จะ เผาผลาญกลูโคสและออกซิเจน ( ^แบบใช้ออกซิเจน) เพื่อปลดปล่อยพลังงาน โดยมีคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นผลพลอยได้

กระบวนการสลายสาร (Catabolism) คือปฏิกิริยาทางเมตาบอลิซึมที่เซลล์ใช้ในการสลายโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อดึงพลังงานออกมา โดยมีวิถีเมตาบอลิซึม หลักสองวิถี ในการสลาย โมโนแซ็กคาไรด์ ได้แก่ไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก

ในกระบวนการไกลโคไลซิส โอลิโกแซ็กคาไรด์และพอลิแซ็กคาไรด์จะถูกแยกออกเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ขนาดเล็กก่อนโดยเอนไซม์ที่เรียกว่าไกลโค ไซด์ไฮโดรเลส จากนั้นหน่วยโมโนแซ็กคาไรด์สามารถเข้าสู่กระบวนการสลายโมโนแซ็กคาไรด์ได้ ต้องใช้ ATP 2 หน่วยในขั้นตอนแรกของไกลโคไลซิสเพื่อฟอสโฟรีเลตกลูโคสเป็นกลูโคส 6-ฟอสเฟต ( G6P ) และฟรุกโตส 6- ฟอสเฟต ( F6P ) เป็นฟรุกโตส 1,6-ไบฟอสเฟต ( FBP ) ซึ่งจะผลักดันปฏิกิริยาไปข้างหน้าอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้^{[ 49 ]}ในบางกรณี เช่นในมนุษย์ คาร์โบไฮเดรตบางชนิดไม่สามารถนำมาใช้ได้ เนื่องจากไม่มีเอนไซม์ย่อยและเอนไซม์เมตาบอลิซึมที่จำเป็น

มีการใช้เทคนิคหลายอย่างในการวิเคราะห์ไกลแคน^{[ 51 ]}สเปกโทรสโกปี NMRเป็นที่นิยม โดยความท้าทายหลักคือการทับซ้อนของสเปกตรัม^{[ 52 ] [ 53 ]}

MSและHPLCมักใช้กับไกลแคนที่ถูกตัดด้วยเอนไซม์หรือสารเคมีจากเป้าหมาย^{[ 54 ]}ในกรณีของไกลโคลิปิด สามารถวิเคราะห์ได้โดยตรงโดยไม่ต้องแยกส่วนประกอบของลิปิด

N- ไกลแคนจากไกลโคโปรตีนจะถูกวิเคราะห์เป็นประจำโดยโครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC แบบเฟสผกผัน เฟสปกติ และการแลกเปลี่ยนไอออน) หลังจากติดแท็กปลายรีดิวซิงของน้ำตาลด้วยสารประกอบเรืองแสง (การติดฉลากแบบรีดิวซิง) ^{[ 55 ]} มีการนำฉลากที่แตกต่างกันหลากหลายชนิดมาใช้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดย 2-อะมิโนเบนซาไมด์ (AB), กรดแอนทรานิลิก (AA), 2-อะมิโนไพริดีน (PA), 2-อะมิโนอะคริดอน (AMAC) และ 3-(อะเซทิลอะมิโน)-6-อะมิโนอะคริดีน (AA-Ac) เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วน^{[ 56 ]}ต้องใช้ฉลากที่แตกต่างกันสำหรับโหมด ESI และระบบ MS ที่ใช้ต่างกัน^{[ 57 ]}

โดยปกติแล้ว O- glycansจะถูกวิเคราะห์โดยไม่มีแท็กใดๆ

ไกลแคนที่แยกส่วนจาก เครื่องมือ โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC) สามารถวิเคราะห์เพิ่มเติมได้ด้วยMALDI -TOF-MS(MS) เพื่อให้ได้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและความบริสุทธิ์ บางครั้งกลุ่มไกลแคนจะถูกวิเคราะห์โดยตรงด้วยสเปกโทรเมตรี มวล โดยไม่ต้องแยกส่วนล่วงหน้า แม้ว่าการแยกแยะระหว่างโครงสร้างไกลแคนไอโซบาริกจะทำได้ยากขึ้นหรืออาจทำไม่ได้เสมอไปก็ตาม อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ MALDI -TOF-MS โดยตรงสามารถนำไปสู่ภาพประกอบที่รวดเร็วและตรงไปตรงมาของกลุ่มไกลแคนได้^{[ 58 ]}

โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูงแบบออนไลน์ที่เชื่อมต่อกับแมสสเปกโทรเมตรีมีประโยชน์ โดยการเลือกใช้คาร์บอนกราไฟต์ที่มีรูพรุนเป็นเฟสคงที่สำหรับโครมาโทกราฟีของเหลว แม้แต่ไกลแคนที่ไม่ผ่านการดัดแปลงก็สามารถวิเคราะห์ได้ การตรวจจับในที่นี้ทำโดยแมสสเปกโทรเมตรี แต่แทนที่จะใช้MALDI -MS มักจะใช้การแตกตัวเป็นไอออนด้วยไฟฟ้าสเปรย์ ( ESI ) บ่อยกว่า^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]}

แม้ว่า MRM จะถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในเมตาโบโลมิกส์และโปรตีโอมิกส์ แต่ความไวสูงและการตอบสนองเชิงเส้นในช่วงไดนามิกที่กว้างทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยและการค้นพบไบโอมาร์กเกอร์ไกลแคน MRM ดำเนินการบนเครื่องมือควอดรูโพลสามตัว (QqQ) ซึ่งตั้งค่าให้ตรวจจับไอออนพรีเคอร์เซอร์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในควอดรูโพลตัวแรก ไอออนที่แตกตัวในควอดรูโพลการชน และไอออนชิ้นส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในควอดรูโพลตัวที่สาม เป็นเทคนิคที่ไม่ต้องสแกน โดยแต่ละการเปลี่ยนผ่านจะถูกตรวจจับทีละรายการ และการตรวจจับการเปลี่ยนผ่านหลายรายการเกิดขึ้นพร้อมกันในรอบการทำงาน เทคนิคนี้กำลังถูกใช้เพื่อกำหนดลักษณะของอิมมูนไกลโคม^{[ 12 ] [ 62 ]}

การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตเป็นสาขาย่อยของเคมีอินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างคาร์โบไฮเดรตทั้งแบบธรรมชาติและแบบสังเคราะห์โดยเฉพาะ เคมีคาร์โบไฮเดรตเป็นสาขาใหญ่และมีความสำคัญทางเศรษฐกิจของเคมีอินทรีย์ ซึ่งรวมถึงการสังเคราะห์โมโนแซ็กคาไรด์หรือโครงสร้างที่มีโมโนแซ็กคาไรด์มากกว่าหนึ่งโมเลกุล ซึ่งเรียกว่าโอลิโกแซ็กคา ไรด์ การสร้างพันธะไกลโคไซด์ แบบเลือกได้ และการทำปฏิกิริยาของหมู่ไฮดรอกซิล แบบเลือกได้ มีความสำคัญมาก และการใช้หมู่ป้องกันก็มีอย่างกว้างขวาง

ปฏิกิริยาอินทรีย์หลักบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับคาร์โบไฮเดรต ได้แก่:

• การจัดเรียงใหม่ของอมาโดริ
• การสร้างอะซีทัลของคาร์โบไฮเดรต
• การย่อยคาร์โบไฮเดรต
• ปฏิกิริยาไซยาโนไฮดริน
• ปฏิกิริยาโคเอนิกส์-คนอร์
• การเปลี่ยนแปลงของโลบรี เดอ บรอยน์–ฟาน เอเกนสไตน์
• ปฏิกิริยาเนฟ
• การเสื่อมสภาพของ Wohl
• ปฏิกิริยาของทิปสัน-โคเฮน
• การจัดเรียงเฟอร์เรียร์ใหม่
• ปฏิกิริยาเฟอร์เรียร์ที่ 2

หัวข้อที่เกี่ยวข้อง

• คาร์โบไฮเดรต NMR

• กระบวนการสร้างกลูโคสจากสารที่ไม่ใช่ คาร์โบไฮเดรต (Gluconeogenesis ) – กระบวนการที่กลูโคสสามารถถูกสังเคราะห์ขึ้นได้จากแหล่งที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต
• ชีววิทยาของไกลโค
• ไกลโคเจน
• ไกลโคอินฟอร์แมติกส์
• ไกลโคลิปิด
• ไกลโคม
• ไกลโคมิกส์
• ไกลโคซิล
• โมเลกุลขนาดใหญ่
• กรดแซคคาริก

• "ส่วนประกอบของอาหารดิบ อาหารแปรรูป และอาหารพร้อมรับประทาน" (PDF)กระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกากันยายน 2558 เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 31 ตุลาคม 2559 เรียกดูเมื่อวันที่ 30 ตุลาคม 2559

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับคาร์โบไฮเดรต

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับคาร์โบไฮเดรต

• คาร์โบไฮเดรต รวมถึงโมเดลแบบโต้ตอบและแอนิเมชัน (ต้องใช้MDL Chime )
• คณะกรรมการร่วมว่าด้วยการตั้งชื่อทางชีวเคมีของ IUPAC-IUBMB (JCBN): การตั้งชื่อคาร์โบไฮเดรต
• รายละเอียดเกี่ยวกับคาร์โบไฮเดรต
• คาร์โบไฮเดรตและไกลโคซิเลชัน – ห้องสมุดเสมือนจริงด้านชีวเคมี ชีววิทยาระดับโมเลกุล และชีววิทยาของเซลล์
• Functional Glycomics Gatewayคือความร่วมมือระหว่างConsortium for Functional GlycomicsและNature Publishing Group