【유기화학】 24강. 생체고분자 : 탄수화물

24강. 생체고분자 : 탄수화물

 

추천글 : 【유기화학】 유기화학 목차

---

1. 단당류 [본문]

2. 이당류 [본문]

3. 다당류 [본문]

4. 당지질 [본문]

5. 당단백질 [본문]

6. 당 인식 단백질 [본문]

7. 탄수화물 대사 [본문]

---

a. 생명체의 구성

---

 

1. 단당류 [목차]

⑴ 개요

① 단당류는 고체 상태일 때 선형구조, 수용액 상태일 때 고리형 구조를 취함

○ 메커니즘 : 알데하이드의 친핵성 첨가반응

○ 선형구조 포도당에서 e번 산소가 1번 탄소를 친핵체 공격하여 고리형 구조가 생성됨

 

출처 : 2011 변리사 1차 자연과학

Figure. 1. 선형 포도당과 고리형 포도당^]

 

○ 볼록면 접근(outside attack), 오목면 접근(inside attack)

② 단당류는 모두 환원당(reducing sugar) : 환원력이 강하고 자신은 산화하기 쉬움

⑵ 단당류의 DL 명명법 

① 포도당은 CHO로부터 가장 먼 탄소(피셔 구조에서 가장 아래쪽 탄소)의 입체구조를 기준으로 D형, L형을 구분

② 표준 피셔 구조에서 CHO로부터 가장 먼 탄소에 치환된 -OH기가 R형, 즉 오른쪽을 향하면 D형, 그렇지 않으면 L형

③ 오직 1개의 탄소에 대한 절대배열을 나타낼 뿐 양의 편광, 음의 편광과는 전혀 상관관계가 없음

④ 생명체에서 단당류 등의 탄수화물은 D형 이성질체로 존재함

⑶ 포도당, 과당, 갈락토오스, 만노오스

① 구조 이성질체 관계 : 포도당, 과당, 갈락토오스, 만노오스는 모두 조성이 같지만 형태가 다름

② 갈락토오스 : 포도당과 4번 탄소의 입체배열만 다름

③ 알도오스(aldose) : 알데히드기를 가진 단당류, 카르복실기로 산화하려는 성질이 강함

○ 예 : 포도당, 갈락토오스, 만노오스

④ 케토오스(ketose) : 케톤기를 가진 단당류, 안정성이 강함

○ 예 : 과당 (설탕의 비환원당 성질에 기여)

⑤ HFCS

○ 포도당에 이성질화효소(isomerase)를 첨가하여 대략 반 정도를 과당으로 만든 것

○ 과당이 포도당보다 훨씬 단맛이 강함

⑷ 6탄당 유도체

① N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamine)

○ 키틴·펩티도글리칸 단위체

○ 동물에서 가장 많은 유기물

② N-아세틸갈락토사민(N-acetylgalactosamine)

○ 척추동물에서 가장 많은 유기물

○ 연골의 주요 조직 구성

○ 적혈구 막에서 혈액형을 나타냄

○ 혈액형 : 적혈구 표면에 푸코오스(fucose)를 부착한 뒤 표지하는 당(■로 표시)에 따라 결정

○ O 항원 : 없음 - 갈락토오스 - N-아세틸갈락토사민 - 갈락토오스 - 포도당 - 스핑고신 및 지방산

○ A 항원 : N-아세틸갈락토사민 - 갈락토오스 - N-아세틸갈락토사민 - 갈락토오스 - 포도당 - 스핑고신 및 지방산

○ B 항원 : 갈락토오스 - 갈락토오스 - N-아세틸갈락토사민 - 갈락토오스 - 포도당 - 스핑고신 및 지방산

③ N-아세틸뮤람산(N-acetylmuramic acid)

④ N-아세틸뉴라민산(N-acetylneuraminic acid) 또는 시알산(sialic acid) 

○ 강글리오시드(ganglioside) : sialic acid가 결합된 glycosphingolipid로 포유동물세포 외막에 존재

○ 동물세포는 당화과정에서 당단백질에 시알산이 붙음

○ 뇌의 발달에 중요

○ 테이삭스병 : 시알산이 분해되지 않고 신경계에 축적되는 것

 

 

2. 이당류 [목차]

⑴ 개요

① 이당류는 단당류와 단당류의 O-글리코시드 결합으로 생성

⑵ 말토오스(maltose)

① α 포도당과 α 포도당이 α 1→4 결합으로 연결된 것

② 엿당, 맥아당이라고도 함

③ 발아하는 씨앗에 존재

⑶ 셀루비오스(cellubiose)

① β 포도당과 β 포도당이 β 1→4 결합으로 연결된 것

⑷ 락토오스(lactose) : 젖당이라고도 함

① α 포도당과 갈락토오스가 β 1→4 결합으로 연결된 것

② 광학활성이 있음

③ mutarotation을 할 수 있음 : 평형 상태에서 배열이 바뀌면서 광학적 성질이 바뀌는 것

출처 : 이미지 클릭

Figure. 2. 락토오스의 mutarotation

 

^음

④ 젖당 비내성(유당불내증)^]

⑸ 수크로오스(sucrose)

① α 포도당과 과당이 α 1→2 결합으로 연결된 것

② 설탕이라고도 함

③ 이당류 중 유일하게 비환원당 

④ 식물 체관에서 당 이동 형태

 

 

3. 다당류 [목차]

⑴ 환원말단, 비환원말단

① 환원말단 : 포도당 1번 탄소쪽 말단

② 비환원말단 : 포도당 4번 탄소쪽 말단

③ α 1→4 결합으로 사슬 연장, α 1→6 결합으로 가지 생성

④ 환원말단은 오직 1개만 존재하지만, 비환원말단은 가지마다 있음

⑵ 다당류는 비환원말단이 많아 비환원당임

⑶ 올리고당 : C3 ~ C12를 지칭

 

 

4. 당지질(glycolipid) [목차]

⑴ 구조 : 세포막 인산기에 붙어 있음, 세포막의 외부쪽으로 노출

⑵ 예 1. 테이코산

⑶ 예 2. LPS(내독소) : 혈액응고, 고열 발생

 

 

5. 당단백질(glycoprotein) [목차]

⑴ 구조 : 세포막 단백질에 붙어 있음, 세포막의 외부쪽으로 노출

⑵ 기능 : 완충

⑶ 성분 : 약 95 % 이상이 탄수화물

⑷ 종류 1. 펩티도글리칸(peptidoglycan)

① 박테리아 특이적 올리고당/다당류, 셀룰로오스처럼 삼투현상에 의한 용혈 방지 목적

② N-아세틸글루코사민과 N-아세틸뮤람산이 번갈아 나타나면서 β 1→4 결합을 한 것

③ 펜타펩티드(pentapeptide) = (L)-alanine + (D)-glutamine + (L)-lysine + (D)-alanine + (D)-alanine

○ N-아세틸뮤람산에 존재하는 5개의 아미노산, 펩티드 결합으로 연결돼 있음

○ pentapeptide끼리는 pentaglycine에 의해 교차결합

○ vancomycin이 (D)-Ala-(D)-Ala 부분에 결합하면 위 교차결합이 억제됨

○ 펩티도글리칸의 어원

④ 그람양성균(Gram-positive bacteria)

○ 펜타펩티드 내 (L)-lysine과 (D)-alanine의 교차연결(cross-linking)로 두꺼운 펩티도글리칸 층이 형성됨

○ transpeptidase : 펜타펩티드 간 교차연결을 담당하는 효소

⑤ 그람음성균(Gram-negative bacteria)

○ N-AG 사슬과 N-AM 사슬 사이가 1회 직접 연결하면서 2층의 펩티도글리칸 층 형성

○ pentapeptide의 교차결합이 아님

⑥ 라이소자임(lysozyme)

○ 침, 눈물 등에 있는 가수분해효소

○ β 글리코시드 1→4 결합을 분해

○ 그람양성균과 그람음성균에 모두 유효

⑦ 페니실린(penicillin)

○ transpeptidase를 비가역적으로 억제

○ 그람양성세균이 그람음성균보다 페니실린 감수성이 높은 이유

○ LPS가 제거된 그람음성균에도 약한 효과

⑸ 종류 2. 프로테오글리칸(단백당, proteoglycan) : 폴리펩티드에 GAG가 공유결합한 산성 다당류

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 3. 프로테오글리칸^]

 

 

출처 : 이미지 클릭

 Figure. 4. 어그리칸스^]

 

① 프로테오글리칸 = 히알루론산 + 어그리칸스

② 어그리칸스(aggrecans) = GAG + 핵심단백질 + HA 연결부위(연결단백질, link protein) + 헤파린

○ 어그리칸스와 유사한 개념으로 biglycan, versican이 있음

③ 히알루론산(HA, hyaluronic acid)

○ 음하전, 세포막에서 합성되어 일직선 분자를 형성, 핵심단백질이 결합할 연결부위 존재

○ 맑고 매우 점성이 높은 용액 (∵ 물을 많이 함유하므로)

○ 성인조직에서 소량 존재 : 배 발생, 상처 회복, 연골조직, 안구의 유리체, 탯줄 등에 다량 존재

○ 히알루론산 합성 효소는 세포벽에 있음 

○ hyaluronidase에 의해 가수분해 : 정자의 첨체 효소에 의한 난자의 투명대 분해 메커니즘

○ (참고) 무릎에 활액이 부족한 노인들에게 히알루론산을 치료제로 처방

○ (참고) 주름개선제의 90%는 히알루론산 계열

④ 글리코사민당(GAG, glycosaminoglycan, mucopolysaccharide)

○ 헥소사민 + 우론산 또는 갈락토오스의 구조를 통틀어 이름

○ 예 : 헤파린, 헤파란 황산, 콘드로이틴 황산, 히알루론산, 케라틴 황산, 데르마틴 황산

○ GAG 사슬의 변형은 골지체에서 일어남

○ 예 : O-결합 올리고당 부착, 황산염화, D-글루쿠론산의 에피머화

⑤ 핵심단백질(core protein)

○ 조면소포체에서 합성 및 N-결합 올리고당 부착이 일어남

○ 골지체에서 2차 당화로 황산염이 핵심단백질에 결합된 뒤 세포막에서 히알루론산에 연결

⑥ 황산염 

○ 핵심단백질과 함께 세포 내에서 합성된 뒤 핵심단백질을 통해 간접적으로 히알루론산 분자에 붙음

○ 황산염이고 카르복실기를 많이 가지기 때문에 높은 음전하를 띰

○ 음하전으로 인해 물을 많이 함유하여 외부 충격 완화 및 점도 증가

○ 예 : 연골, 배상세포(goblet cell)

○ 종류 1. 콘드로이틴 황산염

○ 종류 2. 케라틴 황산염 : 각막, 연골, 경골, 머리카락, 손톱

○ 종류 3. 데마르탄 황산염

⑦ 헤파린 : 혈관 내피에서 혈액 응고 방지

⑹ 종류 3. dysadherin 

① 대장암 환자의 암 조직에서 높게 발현

② 피브로넥틴과 결합해 암 세포가 활성화

③ 암 전이 촉진

 

 

6. 당 인식 단백질 [목차]

⑴ 렉틴(lectin)

① 대장균 선모에 붙어 숙주의 올리고당 인식

② 혈관 indicator로도 사용함

⑵ 셀렉틴(selectin)

① 백혈구 또는 상피세포의 표면에서 발현되는 transmembrane molecule

② CAM(cell-cell adhesion molecule)의 일종

③ P-selectin

○ 상피세포 표면에서 CAM으로 작용하는 접착 단백질

○ 활성화된 혈소판이나 내피세포에 존재 

○ 급성 또는 만성 platelet activation을 측정하는 gold standard

⑶ 헤마글루티닌과 뉴라미니다아제

① 헤마글루티닌(hemagglutinin) 

○ 숙주세포에 침투 시에 작용

○ 숙주세포 표면에 존재하는 탄수화물 말단에 존재하는 시알산 잔기들을 인식하여 결합

○ 시알산(sialic acid)은 N-아세틸뉴라민산(n-acetylneuraminic acid)의 별칭

○ pH 7.4에서 친수성, 음이온 코일 구조를 띠는 반면 산성 환경에서 소수성 나선 구조를 띰 → 엔도좀 방출 촉진

② 뉴라미니다아제(neuraminidase)

○ 숙주세포에서 방출 시에 작용

○ 동물 인플루엔자 바이러스 출아 시 숙주 원형질막의 시알산과 헤마글루티닌이 일시적으로 결합

○ 뉴라미니다아제는 일시적 결합(글리코시드 결합)을 분해

③ 동물 인플루엔자 바이러스(influenza virus)는 헤마글루티닌과 뉴라미니다아제의 종류에 따라 세분화

○ 헤마글루티닌은 1번부터 16번까지 존재

○ 뉴라미니다아제는 1번부터 9번까지 존재

○ H#N#와 같은 형식으로 바이러스를 분류

④ 타미플루(Tamiflu™, oseltamivir) 및 릴렌자(Relenza™)

○ 뉴라미니다아제의 경쟁적 저해제. 시알산과 유사

○ 인플루엔자 바이러스 증식을 억제함

 

 

7. 탄수화물 대사 [목차]

⑴ 해당과정 

⑵ 포도당 합성

⑶ 환원당(reducing sugar)

① 단당류는 모두 환원당

② 이당류는 설탕을 제외하고는 모두 환원당

③ 다당류는 비환원당 

 

입력: 2019.01.24 19:57