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这是碳水化合物在体内最重要的生理功能。心脏活动主要是靠磷酸葡萄糖和糖原氧化供给能量；神经系统除葡萄糖外，不能利用其他物质供给能量，所以血中葡萄糖就是神经系统能量唯一的来源。当血糖降低时，可出现昏迷、休克甚至死亡就是这个道理。
据资料报道，所有神经组织和细胞核中都含有碳水化合物，作为生物遗传物质基础的脱氧核糖核酸（DNA）所含的核糖为五碳糖。
科学家研究发现，当肝糖原储备充足时，肝脏对某些化学毒物，如四氯化碳、酒精、砷等有较强的解毒能力；对各种细菌感染引起的败血症也有较强的解毒作用。保证身体糖的供给，保持肝脏中含有丰富的糖原，在一定程度上既可保护肝脏免受有害因素的损害，又能保持肝脏的正常解毒功能。
脂肪在体内氧化靠碳水化合物供给能量。当碳水化合物供给不足，如身体因病（糖尿病）不能利用碳水化合物时，身体所需要的能量将大部分由脂肪供给；脂肪氧化不全而产生酮体，如果酮体在体内积存过多，可引起酮症酸中毒。所以，摄入足够的碳水化合物可防止体内酮体过多，这就是抗生酮的作用。
蛋白质、脂肪和碳水化合物都是产能量的营养素，如果体内碳水化合物不足，可通过脂肪氧化产生能量，当脂肪也不足时，体内蛋白质可被动员，通过糖原异生作用将蛋白质转变为糖原以供机体之需。只要在饮食中有充足的碳水化合物摄入，就可以节省体内蛋白质或其他代谢物的消耗。