碳水化合物是生物聚合物的主要類別，并呈現(xiàn)生物聚合物的最大結(jié)構(gòu)多樣性。早些時(shí)候，“碳水化合物"這個(gè)名稱最初用于描述字面上是“碳的水合物"的化合物，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂薪?jīng)驗(yàn)式 Cm(H2O)n，換句話說，氫氧原子比為 2:1（如在水里）。近年來，人們根據(jù)飲食中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)碳水化合物的聚合度和特征對碳水化合物進(jìn)行了分類。碳水化合物最初可分為三大類：糖類、低聚糖和多糖。同時(shí)，根據(jù)生理特性，碳水化合物可分為易消化的和不易消化的。

糖類包括單糖、雙糖和多元醇。單糖或單糖是碳水化合物的簡單形式，由一個(gè)不能水解成較小碳水化合物的糖單元組成。根據(jù)它們是醛還是酮，它們分為兩類：醛糖和酮糖。食物中單糖的例子有葡萄糖、果糖和半乳糖。雙糖是由兩個(gè)單糖連接而成的碳水化合物。雙糖與單糖一起被稱為簡單碳水化合物。最常見的單糖是葡萄糖、半乳糖和果糖。由于最大的結(jié)構(gòu)多樣性，含有單糖的多元醇和胺在不同的立體化學(xué)陣列中投射功能。

低聚糖分為麥芽低聚糖（α-葡聚糖）和非α-葡聚糖（非消化性低聚糖），是由3個(gè)和10個(gè)糖基組成的糖類聚合物。與肽和核酸相反，寡糖在無數(shù)方向上分支，占據(jù)廣闊的三維空間。低聚糖主要通過O-糖苷鍵連接在一起。低聚糖的生物學(xué)作用似乎涵蓋了從微不足道到對生物體的發(fā)育、生長、功能或生存至關(guān)重要的作用。低聚糖是功能性食品成分，具有改善許多食品質(zhì)量的巨大潛力。此外，這些化合物中的許多都具有有益于消費(fèi)者健康的特性。

核苷和核苷酸是參與多種細(xì)胞過程的內(nèi)源性化合物，例如DNA和RNA合成，細(xì)胞信號傳導(dǎo)，酶調(diào)節(jié)和代謝。核苷是一種糖胺，由共價(jià)連接到糖（核糖或脫氧核糖）但沒有磷酸基的含氮堿組成。在最重要的核苷中，糖是核糖或脫氧核糖，含氮化合物是嘧啶或嘌呤。核苷酸由含氮堿基、糖（核糖或脫氧核糖）和一到三個(gè)磷酸基團(tuán)組成。作為核酸的結(jié)構(gòu)單元，核苷參與遺傳信息的保存、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制。

核苷和核苷酸類似物是合成的化學(xué)修飾化合物，是一類重要的抗病毒的藥物，也用于治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤，最近還用于實(shí)體瘤。已經(jīng)開發(fā)出核苷（t）ide類似物，以根據(jù)攝取和代謝模擬其生理對應(yīng)物，并被摻入新合成的DNA中，從而導(dǎo)致合成抑制和鏈終止。這種作用具有潛在的治療益處，例如，在抑制癌細(xì)胞生長，抑制病毒復(fù)制以及其他適應(yīng)癥方面。

核苷類似物家族由各種嘧啶和嘌呤類似物組成。在嘧啶類似物中，胞嘧啶阿拉伯糖苷廣泛用于治療急性白血病，而 吉西他濱 最近在胰腺癌、乳腺癌和肺癌中顯示出活性。

除了在各種惡性腫瘤和病毒學(xué)治療方案中的重要作用外，一些核苷和核苷酸類似物還被用于各種其他適應(yīng)癥。