儲存和提供能量：膳食碳水化合物是人類獲取能量的最經濟和最主要的來源。每克葡萄糖在人體內可產生4千卡（16.72千焦耳）的能量，在每日維持人體健康所需要的能量的能量中，有55%--65%由碳水化合物提供。糖原是肌肉和肝臟碳水化合物的儲存形式，一旦機體需要，肝臟中的糖原即將分解為葡萄糖以提供能量。碳水化合物在體內釋放能量較快，是神經系統和心肌的主要能源，也是肌肉活動時的主要燃料，對維持神經系統和心臟的正常供能，增強耐力，提高工作效率都有重要意義。
構成機體細胞、組織與重要生命物質：每個細胞都有碳水化合物，其含量為2％—10％，主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在，分佈在細胞膜、細胞器膜、細胞漿以及細胞間質中。核糖核酸和脫氧核糖核酸兩種重要生命物質均含有D—核糖，即5碳醛糖；一些具有重要生理功能的物質，如抗體、酶和激素的組成成份，也需碳水化合物參與。在體內碳水化合物和蛋白質結合生成糖蛋白，糖蛋白是生成抗體、激素等重要物質的原料，粘多糖可與蛋白質結合成粘蛋白，是構成結締組織的基質。半乳糖是構成人體神經組織的成分，糖元是人體熱量的貯備。
節約蛋白質作用：食物中碳水化合物不足，機體不得不動用蛋白質來滿足機體活動所需的能量，這將影響機體用蛋白質進行合成新的蛋白質和組織更新。而當攝入足夠量的碳水化合物時則能預防體內或膳食蛋白質消耗，不需要動用蛋白質來供能。有利於改善和提高蛋白質的利用，並增強人體內氮的貯存量，使蛋白質生理功能更有效地發揮。所以減肥病人或糖尿病患者最少攝入的碳水化合物不要低於
150克主食。維持腦細胞的正常功能：葡萄糖是維持大腦正常功能的必需營養素，大腦、中樞神經組織必需依靠血糖供給能量，當血糖濃度過低時心臟、肌肉、大腦的工作能力下降，腦組織可因缺乏能源而使腦細胞功能受損，造成功能障礙，出現耐力不足、頭暈、心悸、出冷汗、及飢餓的感覺。當大腦嚴重缺乏能量時，可出現低血糖驚厥和昏迷。
輔助脂肪的氧化與抗生酮作用：脂肪在人體內氧化產生熱量的過程中首先生成酮，酮在糖類的輔助作用下繼續氧化產生熱量。若缺少糖類輔助，則脂肪氧化不能徹底，只產生酮。酮在人體內積蓄，可發生酮血癥、酮尿症。故而糖類的充足供給具有輔助脂肪徹底氧化和抗生酮作用。飢餓、糖尿病或高脂肪飲食時，均有可能發生酮症。
解毒作用：經糖醛酸途徑生成的葡萄糖醛酸，是體內一種重要的結合解毒劑，在肝臟中能與許多有害物質如細菌素、酒精、砷等結合，以消除或減輕這些物質的毒性或生物活性，從而起到解毒作用。攝取足量的糖類，可產生多量的肝糖元，並貯存在肝臟中，從而可以增強肝細胞的再生，促進肝臟的代謝，增強肝臟的解毒能力，這對保護肝臟和人體健康十分重要。
增強腸道功能：非澱粉多糖類如纖維素和果膠、抗性澱粉、功能性低聚糖等抗消化的碳水化合物，雖不能在小腸消化吸收，但刺激腸道蠕動，增加了結腸內的發酵，發酵產生的短鏈脂肪酸和腸道菌群增殖，有助於正常消化和增加排便量。
其它：碳水化合物中的糖蛋白和蛋白多糖有潤滑作用。另外它可控制細腦膜的通透性。並且是一些合成生物大分子物質的前體，如嘌呤、嘧啶、膽固醇等。
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