세포생물학(1)-탄수화물1

지구라는 행성에 살고 있는 생명체의 복잡함을 보자면, 모든 생물체들을 이루고 있는 중요한 분자들을 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산 등 네 종류로 분류할 수 있다. 이 분자들은 무수히 많은 원자들로 이루어져 있지만 주로 탄소와 수소 골격을 갖추고 있다. 그중 탄수화물은 인체의 주 에너지원과 구성물질의 역할을 한다. 탄수화물의 구성은 크게 나누자면 단당류, 이당류, 다당류로 나눌 수 있다. 각 당들의 예를 들어보자. 단당류는 일반적으로, CH2O 단위의 배수인 분자식을 갖고 있고, 대표적으로 포도당, 과당, 갈락토오스의 육탄당(여섯 개의 탄소 골격을 갖고 있음)이 있다. 포도당은 생물체의 화학반응에서 매우 중요한 역할을 한다. 포도당의 구조식에서 당이 갖고 있는 대표적인 특성을 발견할 수 있는데, 1개의 카보닐 기와 많은 하이드록시기를 갖고 있다. 카보닐기가 알데히드이면 알도오스(Aldose), 케톤이라면 케토오스(Ketose)이다. 단당류의 구분은 골격을 이루고 있는 탄소의 개수도 관여하지만, 분자가 갖고 있는 공간적 배열에 따라 분류되기도 한다. 예를 들어, 케토오스인 포도당과 갈락토오스는 분자를 구성하는 원자의 종류와 수가 모두 같지만 5번 비대칭 탄소에 붙어있는 수산화기와 카르복시기의 배열 방식이 달라서 생체내에서 다른 반응을 보인다.

얼핏 보기에는 작은 차이를 갖지만, 2개의 당이 서로 다른 형태와 결합 활성을 가져 다른 행태를 가지기에 충분하다. 단당류인 포도당은 세포가 사용하는 주요 연료이다. 세포호흡을 통해서 포도당 분자로부터 에너지를 생산한다. 단순하게 연료로 사용될 뿐 아니라 당의 탄소 골격은 아미노산이나 지방산 같은 다른 종류의 분자들을 합성하는 원자재의 역할로도 쓰인다. 이당류 즉 당이 두 개가 연결되어있는 당은 글리코시드 결합으로 연결된다. 글리코시드 결합은 탈수 축합 반응에 의해 두 단당류 사이에 생긴 공유결합이다.

이당류의 종류로는 설탕, 젖당, 엿당이 있다. 엿당은 포도당 두 개의 글리코시드 결합으로 생긴 이당류로 알파 1-4 결합을 하고 있다.(단당류는 선형구조도 갖지만 생체내에서 고리 구조도 가질 수 있다. 고리 구조를 가질 때 6번 탄소의 위치와 수산화기의 위치가 같은 곳에 있다면 베타 아노머, 반대의 위치에 있다면 알파 아노머라 부른다.) 젖당은 포도당과 갈락토오스의 베타 1-4 결합으로 생성된다. 설탕은 과당과 포도당의 알파 1-베타 2 결합에 의해 생성된다. 이들은 분해되어 각각 연료로 쓰이기도 생체내의 골격구조를 이루는 주요 탄소원이기도 하다.