[Campbell] 3. The Molecules of Life - 1
내일 퀴즈를 위한 마지막 단원입니다.
생물은 단량체(monomer)에서 다량체(polymer)로 합성되어 이루어집니다. 그리고 단량체에 따라 형성되는 결합도 다릅니다. 이 단원에선 이것들을 알아보려 합니다. 좀 길 것 같은 생각이 들어 글을 2개로 나누겠습니다.
< Organic Compounds >
생물은 유기 화합물로 이루어 집니다. 그리고 대체로 탄소 사슬을 갖고 있는 화합물을 유기 화합물(Organic Compounds)이라 합니다. 탄소는 원자가 전자가 4개이기 때문에 최대 4개의 결합을 할 수 있어 많은 골격을 가질 수 있습니다.
1) 길게 사슬로 뻗어 나갈 수도 있고 2) 가지를 만들어 iso 나 neo 가 되거나 3) 고리를 만들기도 합니다.
그리고 이 탄소 골격에 작용기(functional groups)와 결합하여 그 작용기의 특성을 지니기도 하죠.
< Synthesis of Giand Molecules from Smaller Building Blocks>
고분자(macromolecules)는 monomers로 이루어진 polymers 입니다. 생체 내 고분자들은 탄수화물(carbohydrates), 단백질(proteins), 핵산(nucleic acids)가 있습니다. 여기서 지질은 고분자가 아님을 주의해야 합니다. 이들이 만들어지기 위해선 monomers 간에 결합이 필요합니다. 가장 대표적인 결합은 탈수 축합(dehydration)입니다. 그리고 그 반대는 가수분해(hydration)입니다.
탈수 축합은 monomer에서 OH기와 H가 서로 만나 H2O가 되면서 결합되고, 가수분해는 반대로 고분자에 물이 들어가 분해됩니다.
< Large Biology Molecules / Macromolecules >
위에서 지질은 고분자가 아니라고 했습니다.
분자들은 다음과 같이 나뉩니다.
생체 내 거대분자(Large Biology Molecules)는 탄수화물, 단백질, 핵산, 지질입니다. 그중 고분자는 탄수화물, 단백질, 핵산만 해당합니다. 그럼 각 물질 별로 polymer와 monomer를 알아보겠습니다.
* carbohydrates *
- 동물 : 탄수화물은 동물에서 주에너지 원입니다.
- 식물 : 에너지원이며 물질을 만드는 재료입니다.
단당류는 포도당, 과당, 젖당이고 이당류는 말토오스, 설턍, 락토오스이고 다당류는 녹말, 글리코젠, 셀룰로스입니다. 단당류가 결합되어 이루게 되는데 이 결합은 탈수 축합으로 이루어지고, 글리코시드 결합이라 합니다.
1. 단당류
단당류는 6개의 탄소가 있는 6탄당이며 고리와 사슬로 모습을 바꾸며 이루어져 있습니다. 이때, 포도당과 과당은 이성질체 입니다.
2. 이당류
이당류는 단당류 2개가 합쳐져서 만들어 집니다.
설탕 = 포도당 + 과당
말토오스 = 포도당 + 포도당
락토오스 = 포도당 + 젖당
으로 이루어져 있는데 이는 앞서 말한 탈수 축합으로 결합됩니다.
3. 다당류
다당류는 단당류가 길게 이어져 만들어집니다.
녹말 : 포도당의 긴 사슬로 식물세포에서 에너지 저장 물질입니다.
글리코젠 : 동물 세포에서 에너지 저장 물질입니다.
셀룰로스 : 섬유같은 물질이고 식물 세포에서 강한 벽을 만듭니다.
* 단백질 *
1) 단백질은 펩타이드 결합으로 이루어진 20가지 아미노산의 중합체입니다.
2) 생체 내에서 50%이상을 차지합니다.
3) 세포가 하는 거의 모든 일에 중요한 역할을 합니다.
아미노산은 위와 같은 형태 입니다. 탄소를 중심으로 왼쪽엔 아미노기, 오른쪽엔 카복실기, 그리고 아래는 R기가 부착됩니다. R기가 달라짐에 따라 아미노산의 종류가 달라지게 되는 것입니다. 양쪽의 물질이 다르기 때문에 아미노기가 있는 곳을 N말단, 카복실기가 있는 곳을 C말단 이라고 합니다.
예를 들어 볼까요?
구조 단백질 : 머리카락을 구성하는 케라틴이 있다.
저장 단백질 : 달걀의 흰자와 씨앗은 단백질로 이루어져 있다.
연결 단백질 : 근육은 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트가 결합되어 있다.
운반 단백질 : 적혈구의 헤모글로빈과 미오글로빈이 있다.
효소 : 생체 내 촉매 역할을 한다.
이 외에도 세포막에 있는 막단백질 등이 있습니다.
- Peptide bond
단백질은 아미노산의 펩타이드 결합으로 이루어집니다. 펩타이드 결합은 카복실기의 OH와 아미노기의 H가 탈수 축합되어 연결되는 것입니다. 이렇게 길게 이어지면 폴리펩타이드가 형성되는데 단백질의 접힘(folding)이 일어나면 이때부터 단백질은 기능을 가지게 됩니다. 단백질 접힘은 3가지로 일어납니다. 꼬임, 접힘, 감김이 일어나 단백질이 덩어리 구조를 이루면 기능을 가집니다. 결합이 일어남에 따라 1차구조, 2차구조, 3차구조, 4차구조로 나뉘는데 이것은 나중에 더 자세히 공부하도록 하겠습니다. 기능은 3차구조부터 생깁니다.
- 주의할 점: 단백질은 온도, pH 등 환경 요인에 예민합니다.
- Hemoglobin
헤모글로빈은 적혈구에 존재하여 산소와 결합해 운반하는 역할을 합니다.
헤모글로빈은 글루탐산으로 이루어져 정상적인 적혈구의 모양을 띠지만 발린으로 이루어지면 낫모양 적혈구로 변하게 되는데 이는 말라리아에 대항할 수 있다고 합니다. 하지만 낫모양 적혈구는 산소 운반을 잘 하지 못하고 혈관에서 이동을 잘 하지 못합니다.
- Misfoled Protein
단백질 접힘이 일어나면서 잘못 될 수 있는데 이는 단백질 입체구조 이상으로 이어집니다. 원래라면 리소좀에 의해 분해되어야 하지만 그렇지 않은 경우가 있습니다. 단백질 입체 구조 이상으로 일어나는 대표적인 질병은 광우병이 있습니다. 잘못된 단백질을 프라이온(prion)이라고 하는데 소의 뇌에서 이런 일이 일어나면 광우병이 발병하는 것입니다. 사람이 걸린다면 CJD, 양이 걸리면 scaple 이라고 합니다.