Karbonhidrat, karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) atomlarından oluşan, genellikle hidrojen-oksijen atomu oranı (suda) 2:1 olan bir biyomoleküldür ve dolayısıyla ampirik (deneysel) formülü Cm(H2O)n şeklindedir. m, n'den farklı da olabilir olmaya da bilir. Ancak, tüm karbonhidratlar bu kesin stokiyometrik tanıma uymaz (örneğin üronik asitler, fukoz gibi deoksi şekerler) ve bu tanıma uyan tüm kimyasallar otomatik olarak karbonhidratlar (örneğin formaldehit ve asetik asit) olarak sınıflandırılmaz.
Deoksiriboz veya bilinen adlarıyla D-Deoksiriboz ve 2-deoksiriboz, beş karbon atomu içeren ve aldehit grubu barındıran aldopentozların bir üyesidir. Deoksiriboz, penton riboz şekerinin 2 pozisyonundaki hidroksil grubunun hidrojen ile yer değiştirmesiyle oluşur, yani bu bir oksijen atomunun kaybı ile sonuçlanır. Hidroksil grubunun değişmesi aynı zamanda, halka yapısını C3'-endo pozisyonundan C2'-endo olacak şekilde değiştirir. Bu molekül, 1929 yılında Phoebus Levene tarafından keşfedilmiştir ve DNA nükleik asidinin önemli bir yapıtaşıdır.
Riboz, aslen D-riboz olarak bulunan ve doğada yoğun olarak bulunan bir monosakkarittir. Riboz molekülü, beş karbon atomu barındıran pentozlardandır. Asiklik durumda bir aldehit grubu bulunduran riboz, 1905 yılında Phoebus Levene tarafından tanıtıldı. Özellikle yaşamsal bazlardan olan RNA'nın omurgasını oluşturan riboz şekeri, genetik transkripsiyonlarda önemli yere sahip bir biyopolimerdir. Riboz molekülünden çıkarılan bir hidroksi grubu, DNA'nın yapısındaki deoksiribozu verir. Fosforilasyon sonucunda, riboz ATP, NADH ve birçok diğer metabolik bileşiğin alt birimi olabilir.
Basit bir şeker (monosakkarit) olan glukoz yaşam için en önemli karbonhidratlardan biridir. Hücreler onu bir enerji kaynağı ve metabolik reaksiyonlarda bir ara ürün olarak kullanırlar. Glukoz fotosentezin ana ürünlerinden biridir ve hücresel solunum onunla başlar.
Fruktoz, birçok besin maddesinde bulunan altı karbonlu bir monosakkarittir. Beyaz katı bir görünüme sahip olan fruktoz, suda çok kolay çözünür. Bal, ağaç meyveleri, kavun ve karpuzun da dahil olduğu familyadaki meyveler, dutsu meyveler (berry) ve bazı kök sebzeleri, kayda değer miktarlarda fruktoz içeren sükroz içerir. Sükroz, glukoz ve fruktozun bir araya gelmesiyle meydana gelen bir disakkarittir. Dünya çapında her yıl doğal olarak 240.000 ton fruktozun ototrof canlılar aracılığıyla üretildiği tahmin edilmektedir.
Sakkaroz veya diğer adlarıyla sükroz veya çay şekeri, C12H22O11 formülüyle gösterilen ve bir glukoz ve bir fruktoz molekülünün bir araya gelmesiyle meydana gelen disakkarittir. Sakkarozun sistematik adı β-D-fruktofuranozil-(2→1)-α-D-glukopiranosit şeklindedir. İnsan beslenmesinde çok önemli bir yere sahip olan sükroz, sadece bitkiler tarafından üretilir. Sakkarozun dünyadaki toplam yıllık üretim miktarı 150 milyon tonun üzerindedir.
Nükleotit, bir fosfat, beş karbonlu bir şeker ve bir azotlu organik bazdan oluşan bir kimyasal bileşiktir. En yaygın nükleotitler nükleik asitlerin yapı taşlarıdır. Ayrıca koenzim A, flavin adenin dinükleotit, flavin mononükleotit, adenozin trifosfat ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfat gibi koenzimler de nükleotittir. Koenzimlerin hücre metabolizması ve sinyal iletiminde önemli rolleri vardır.
Oksijenli solunum, organik besinlerden oksijen yoluyla ATP elde etme işidir. Hücrelerdeki bazı kimyasal tepkimelerde kullanılan enerjinin oksijen kullanılarak açığa çıkarılması demektir. Biyoloji ders kitapları sık sık hücresel solunum sırasında glikoz molekülü başına 38 ATP molekülü üretildiğini söylese de sızıntılı zarların yanı sıra mitokondriyal matrikse pirüvat ve ADP hareketinin maliyetinden dolayı %100 verim olamayacağından bu sayıya asla ulaşılmaz, mevcut tahminler glikoz başına 29 ilâ 30 ATP dolayındadır.
Polisakkaritler, birden fazla ve ayrı monosakkaritin glikozit bağıyla birleşmesiyle oluşan kimyasal maddelerdir. Glikoz birimlerinin farklı şekilde bağlanması polisakkaritler arasında farklı özelliklerin doğmasına neden olur. Bu da kohezyonu destekler. Çok sayıda monosakkaritin “n-1” adet su molekülü kaybetmesiyle meydana gelen büyük moleküllü bileşiklerdir. “Kompleks şekerler” de denir.
Pentoz beş karbon atomlu bir monosakkarittir.
Aldoz, molekül başına aldehit grubu bulunduran ve Cn(H2O)n formülüyle gösterilen bir tür monosakkarittir.
Ketoz, molekül başına bir keton grubu içeren bir monosakkarittir. En basit ketoz, sadece üç karbon atomuna sahip olan ve optik aktivitesi olmayan tek dihidroksiasetondur. Tüm monosakkarit ketozlar indirgeyici şekerlerdir, çünkü bir enol ara ürünü aracılığıyla aldozlara tautomerleşebilirler ve elde edilen aldehit grubu, Tollens testi veya Benedict testinde oksitlenebilir. Glikozitlere bağlanan ketozlar, örneğin sakkarozun fruktoz kısmı durumunda, indirgeyici olmayan şekerlerdir.
Trioz veya üç karbonlu şeker, yapısında üç karbon atomu bulunduran monosakkaritlerdir. Bilinen iki adet trioz mevcuttur; aldotrioz (gliseraldehit) ve ketotrioz. Triozlar hücre solunumunda görev almaktadır. İsim olarak laktik asit ve piruvik asit sözcükleri, sırasıyla aldotrioz ve ketotrioz'dan alınmıştır.
Tetroz veya dört karbonlu şeker, dört karbon atomu içeren monosakkaritlere verilen addır. Tetrozlar, duruma göre bir aldehit veya bir keton fonksiyonel grubu barındırmaktadır. Aldotetrozların iki kiral merkezi bulunmaktadır. Bu nedenle dört farklı stereoizomer mümkündür. Doğal olarak görülen tetrozlar aşağıdaki gibidir:
Ribuloz, bir tür beş karbon atomuna sahip monosakkarittir. Bir ketoz grubu barındırdığı için ribuloz bir ketopentozdur. Ribulozun kimyasal formülü C5H10O5 şeklindedir. Molekülün iki farklı enantiyomeri mevcuttur. Bunlar:
- D-ribuloz (D-eritro-pentuloz)
- L-ribuloz (L-eritro-pentuloz) şeklindedir. D-ribuloz, D-ksiluloz'un diastereomeridir.
Ksiluloz, beş karbonlu bir monosakkarittir. Beş karbona ek olarak bir keton grubu barındırdığından ötürü, ksiluloz bir ketopentozdur. Kimyasal formülü C5H10O5 şeklindedir. Doğada ksilulozun L- ve D-enantiyomerleri mevcuttur.
Heksoz, altı karbon atomu barındıran ve C6H12O6 formülüyle gösterilen monosakkaritlere verilen genel addır. Aldehit grubu barındıran heksozlara aldoheksoz, keton grubu barındıran heksozlara da ketoheksoz adı verilir.
Fukoz, kimyasal formülü C6H12O5 olan bir heksoz deoksi şekerdir. Memelilerde,böceklerde ve bitki hücre yüzeyi üzerinde N-bağlı glukanlar olarak bulunmuşlardır ve fukoidan polisakkaritdin temel alt birimidir. α(1→3) bağlı çekirdek fukozun IgE aracılı alerji için bir karbonhidrat antijen olduğu düşünülmektedir.
Tetrasakkaritler, hidroliz ile farklı monosakkaritlerden dört molekül alınıp dehidrasyon tepkimeleri ile birleştirilmesi ile oluşan bir karbonhidrat çeşididir. Tetrasakkaritler, üç eşdeğer su ile dört monosakkarit biriminden (basit şekerler) oluşur. Tetrasakkaritte, monosakkarit birimleri, üç glikosidik bağ yoluyla birbirine kovalent olarak bağlanır. Oligosakkaritler grubuna aittirler. Bir tetrasakkaritin genel formülü C24H42O21 şeklindedir.
Şaraptaki şekerler şarap yapımını mümkün kılan doğa olayının merkezindedir. Fermantasyon işleminde, şarap üzümlerinden gelen şekerler parçalanır ve maya tarafından alkole (etanol) ve karbon dioksite dönüştürülür. Üzümler, yapraklardan fotosentez ile üretilen sakaroz moleküllerinin yer değiştirmesi yoluyla asmada büyürken şeker biriktirir. Olgunlaşmada sakaroz molekülleri invertaz enzimi tarafından hidrolize (ayrılır) edilip glukoz ve fruktoz'a dönüşür. Hasat zamanına kadar, üzümün %15 ila %25'i basit şekerlerden oluşur. Hem glikoz hem de fruktoz, altı-karbonlu şekerdir ancak üzümde üç, dört, beş ve yedi karbonlu şekerler de bulunur. Beş karbonlu arabinoz, ramnoz ve ksiloz gibi şekerler fermantasyondan sonra hala şarapta mevcut olduğundan, tüm şekerler mayalanabilir değildir. Çok yüksek şeker içeriği, belirli bir (yüksek) alkol içeriğine ulaşıldığında mayayı öldürür. Bu nedenle hiçbir şarap tamamen "sek" tamamen mayalanmaz. Şarabın alkol içeriğini belirlemede şekerin rolü, şarap yapımında yalnızca alkol içeriğini artırmak için şaptalizasyon olarak bilinen süreçte bazen şarap üreticilerini şeker eklemeye teşvik eder.
