کربوهیدراتها (هیدرات‌های کربن یا مواد قندی) یکی از انواع مولکول‌های زیستی هستند که از نظر شیمیایی آنها را پلی‌هیدروکسی‌آلدئید یا پلی‌هیدروکسی‌کتون می‌دانند. هیدرات‌های کربن از اتم‌های کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. کربوهیدراتها بیشتر به عنوان مولکول‌های ذخیره‌کننده انرژی عمل می‌کنند، اما کارمردهای ساختاری و نقش در انتقال پیام و ... نیز دارند.
ساختار
کربوهیدرات‌های خالص شامل اتم‌های کربن, هیدروژن, و اکسیژن هستند با نسبت ملکولی 1:2:1 که فرمول عمومی Cn(H2O)n را تشکیل می‌دهند. با این وجود, خیلی از کربوهیدرات‌های مهم از این قانون مستثنی هستند (مثل دیوکسی‌ریبوز و گلیسرول که بدین ترتیب آنها را مستقیما نمی‌توان کربوهیدرات خواند. گاهی وقتها ترکیباتی که شامل عناصر دیگری نیز میشوند را هم کربوهیدرات میخوانند(مثلاً چیتین که شامل نیتروژن نیز است).
دسته‌بندی کربوهیدراتها
کربوهیدراتها یا به صورت تک واحدی هستند ( تک‌قندی‌ها یا مونوساکاریدها) و یا بصورت دی‌مر، تری‌مر و یا پلی‌مر‌هایی از این زیر واحدها هستند که به ترتیب دوقندی‌ها (یا دی‌ساکارید)ها، چندقندی‌ها (یا الیگوساکارید‌ها) و پلیساکاریدها نامیده میشوند.
دوقندی‌ها
لاکتوز یا قند شیر، ساکاروز یا شکر و مالتوز یا قند مالت، نمونه‌هایی از دی‌ساکاریدها هستند.
پلیساکاریدها
هنگامی که مونوساکاریدها یا دی‌ساکاریدها به هم می‌پیوندند رشته‌های پلیمری بلندی را پدید می‌آوند که پلی‌ساکارید نام دارند. مهم‌ترین پلیساکاریدها شامل:
• نشاسته یا آمیلون
• گلیکوژن
• سلولز
• پکتین
می‌باشند.
نشاسته کربوهیدرات ذخیره‌ای در گیاهان ( سیب زمینی، ، نان، برنج و ...) است که از بهم پیوستن تک قندی‌ها به اشکال مختلف حاصل میشوند و در بدن پس از گوارش مالتوز تبدیل شده و سرانجام به تک‌قندی‌های گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز در می‌‌آیند. این سه تک‌قندی جذب خون شده و پس از عبور از کبد به وسیله گردش خون در سرتاسر بدن پخش می‌‌گردد.
گلیکوژن تنها شکل ذخیره انرژی به صورت قند در بدن انسان است. مقدار ذخیره گلیکوژن در انسان 350 گرم است. حدود 100 یا 108 گرم گلیکوژن در کبد است و بقیه در ماهیچه‌هاست. مقدار ذخیره گلیکوژن در بدن انسان به اندازه این است که نیازهای نصف روز انسان را تأمین می‌‌کند. بدین صورت که فردی گرسنه است و غذا نمی‌خورد، گلیکوژن کبدی، قند خون وی را تأمین می‌‌کند و گلیکوژن ماهیچه‌ها، نیازهای عضلانی را تأمین می‌‌کند. زمانی که گرسنگی دوم اتفاق می‌‌افتد، زمانی است که گلیکوژن کبدی تخلیه شده و گلیکوژن که تحت تأثیر زیمایه (آنزیم) فسفریلاز قرار می‌‌گیرد گلیکوژن کبدی است نه گلیکوژن ماهیچه.
سلولز نیز پلی‌ساکاریدی است که در گیاهان تولید میشود. تفاوت ساختمانی آن با نشاسته این است که در سلولز پیوندهای بتا ۱ به ۴ وجود دارد اما در روده پستانداران آنزیمی برای تجزیه آن وجود ندارد. در روده نشخوار کنندگان سلولز توسط آنزیم سلولاز که توسط باکتری‌های روده‌ای آنها تولید میشود تجزیه میشود.
سوخت‌وساز کربوهیدراتها
کربوهیدراتها به گلوکز تبدیل میشوند و گلوکز به دو طریق در بدن دگرگشت یا سوخت‌وساز (متابولیسم) هوازی میشود:
دگرگشت هوازی گلوکز: بدین صورت که ابتدا مولکول گلوکز می‌‌شکند و دو مولکول اسید پیرویک ایجاد می‌‌کند، اسد پیرویک دکربکسیله میشود و به مشتق استیل تبدیل میشود، مشتق استیل با کوآنزیم A ترکیب میشود و استیل کوآنزیم A را ایجاد می‌‌کند. استیل کوآنزیمA وارد چرخه کرپس میشود و طی یک سلسله واکنشهای پیاپی به آب، انرژی و CO2 تبدیل میشود.
دگرگشت بی‌هوازی: زمانی که بدن در شرایط اضطراری قرار می‌‌گیرد متابولیسم بی هوازی رخ می‌‌دهد. مثلاً ورزشکاری که فعالیت سنگین انجام می‌‌دهد، قادر به تأمین کل انرژی مورد نیاز خود از طریق هوازی نیست، قسمتی از انرژی خود را از طریق بی هوازی تأمین می‌‌کند. یا در شرایطی که فرد در حالت خفگی قرار می‌‌گیرد (آب یا دود) بدن از طریق متابولیسم بی هوازی سعی در حفظ حیات می‌‌کند. بدین صورت که مولکول گلوکز می‌‌شکند، دو مولکول اسید پیروویک ایجاد می‌‌کند، هر مولکول اسید پیروویک احیاء میشود و اسید لاکتیک ایجاد می‌‌کند. علت اینکه اسید لاکتیک باعث گرفتگی عضله یا خستگی ورزشکاران میشود، متابولیسم بی هوازی است. بنابراین در شرایط بی هوازی از متالولیسم گلوکز 2 ATP (آدنوزین تری فسفات) و در شرایط هوازی از متابولیسم گلوکز 38 ATP انرژی حاصل میشود. البته ممکن است تصور کنید هضم دگرگشت بی هوازی باعث تخریب انرژی میشود در صورتیکه اسید لاکتیک جمع شده در عضله با جریان خون به کبد می‌‌رود و مجدداً تبدیل به گلیکوژن میشود و دوباره قند می‌‌سازد.