제10장 효소 Enzyme

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지수 노
5 years ago
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2 정의 탄수화물 (carbohydrate) 이라고도불리는당질은분자내에알데히드기 (aldehyde group) 또는케톤기 (ketone group) 중어느하나를갖고또 2 개이상의알코올기를갖는물질 폴리히드록시알데히드 (polyhydroxy aldehydes) 나케톤 (ketones) 또는가수분해에의해이들화합물을생성하는물질 실험식 (empirical formula) : C n (H 2 O) n

3 당의종류 단당류 (monosaccharide) 단지하나의탄수화물분자를가짐 올리고당류 (oligosaccharide) 2~ 6 개사이의단당류단위가작은연쇄사슬처럼결합 다당류 (polysaccharide) 단위가긴연쇄사슬처럼결합되어있는당 구조상의정의 모든단당류또는단순당류 (simple sugar) : 알도스 (aldose) : 1개의알데히드기를갖음 케토스 (ketose) : 1개의케톤기를갖음

4 탄소수 (n) 는 n=3 이면삼탄당 (triose), n=4 면사탄당 (tetrose) 등과같이부르며자연계에는 n=3~9 의단당류의존재 세개의탄소로구성된가장작은단당류

5 자연계에가장풍부하게존재하는단당류 글루코스 (D- 글루코스 ) - 모든생물에서필수적인에너지원 프룩토스 (D-fructose) - 단맛을내는데사용, 세포안에서글루코스유도체로변환됨 올리고당류는단당류단위가서로공유결합한짧은사슬의당 이당류 (disaccharide) 수크로스 (sucrose) 또는설탕 (cane sugar) : 육탄당인 D- 글루코스와 D- 프룩토스가공유결합 단당류가 3 개이상인올리고당류의대부분은유리된상태로존재하지않고당단백질 (glycoprotein) 이나프로테오글리칸 (proteoglycan) 의폴리펩티드에곁사슬로결합

6 다당류는단당류단위가수백또는수천이결합된긴사슬의당질 셀룰로스 (cellulose) : 곧은사슬 글리코젠 (glycogen) : 가지사슬 (branch chain) 형태 보통의단당류나이당류는그명칭의어미에 ~ 오스 (~ose) 를붙임

7 비대칭탄소와광학이성체 그림 2-1. 탄수화물의이성질체

8 비대칭탄소 (asymmetric carbon) 또는부제탄소 (chiral carbon) 탄소원자에결합하는 4 종류의기가서로다른기로결합된탄소 비대칭탄소 1 개로부터 2 개의이성체가만들어짐 n 개의부제탄소를갖는물질 : 2 n 의이성체 이성체는빛의편광면을우또는좌로회전시키는 ( 광학활성 ) 점에서광학이성체

9 그림 2-2. 글루코스의비대칭탄소

10 알데히드기의카보닐탄소로부터가장멀리떨어진비대칭탄소가 D- 형또는 L- 형을결정 D- 글루코스 : 5 번탄소에수산기가오른쪽 L- 글루코스 : 5 번탄소에수산기가왼쪽 그림 2-3. D- 글루코스와 L- 글루코스

11 에피머 (epimer) : 하나의특정한비대칭탄소주위에수산기 (-OH) 의배치만다른당

12 그림 2-4. D- 알도스계열의당의종류

13 그림 2-5. D- 케토스계열의당의종류

14 고리형당류 헤미아세탈형성은당을고리로만드는원인 그림 2-6. 피라노스형성

15 그림 2-7. 푸라노스형성

16 아노머탄소 (anomeric carbon) 고리형구조가형성될때알도스는첫번째탄소가, 케토스는두번째탄소가새롭게비대칭탄소화됨 아노머 (anomer) β 구조 : 아노머탄소의수산기가위쪽 α 구조 : 아노머탄소의수산기가아래쪽

17 단당류의성질 ⑴ 용해도 당은수산기를많이갖는극성화합물로서물에잘녹고, 알코올이나에테르같은유기용매에는잘녹지않거나또는불용성

18 ⑵ 환원성 알도스의카보닐 (carbonyl) 산소가여러물질을환원케토스역시물질들을환원시킬수있지만알도스만큼쉽지않음 알도스와케토스의고리구조가대부분저절로열려져환원과정에참여하는카보닐기 (carbonyl group) 가노출되어당이직선사슬구조를이루기때문베네딕트 (Benedict) 실험 OH -, Cu 2+ + Glucose Cu 2 (OH) 2 ( 황색 ) CuSO 4 + 2NaOH Cu(OH) 2 ( 청색 )

19 ⑶ 산성용액중에서의변화 단당류를강산성용액에서가열 탈수되어오탄당은푸르푸랄 (furfural) 이되고육탄당은히드록시메틸푸르푸랄 (hydroxymethylfurfural) 을생성

20 여러종류페놀유도체와축합하여유색물질을생성하므로이반응을단당류의정량에응용

21 ⑷ 오사존 (osazone) 생성 약산성하에서단당류 ( 이당류 ) 를페닐히드라진 (phenylhydrazine) 과함께가열하면단당류의 C 1 C 2 에페닐히드라진이결합하여물에녹지않는황색결정의오사존을형성하는데이를당의감식에이용 그림 2-8. 단당류와페닐히드라진의반응

22 단당류의유도체 ⑴ 우론산 (uronic acid) D- 글루쿠론산 (D-glucuronic acid), D- 갈락투론산 (Dgalacturonic acid), D- 만우론산 (D-mannuronic acid), L- 굴루론산 (L-guluronic acid) 과 L- 아이둘론산 (Liduronic acid) 등 5 종류의우론산이존재 끝에있는히드록시메틸기만이산화하여카르복시기로변화한것 글루쿠론산 많은식물점질물, 무코다당류의성분이며뼈, 연골 (cartilage) 과피부에함유

24 해조류에존재하는알진산 (alginic acid) 은주로만우론산으로구성되어있으며굴루론산도함유 아이둘론산은콘드로이틴황산 (chondroitin sulfate) 의한종류인황산데르마탄 (dermatan sulfate) 에함유되어있으며헤파린 (heparin) 중에도존재

25 ⑵ 알돈산 (aldonic acid) 및사카린산 (saccharic acid) 알돈산 : 알데히드기만산화한것 글루콘산 (gluconic acid) : 글루코스산화효소 (glucose oxidase) 등에의해산화 곰팡이, 세균에존재 이것의칼슘염이나철염은각각칼슘이나철의보급제로이용 락톤 (lactone) 형은두부응고제나산미료등의식품첨가물로이용

26 알달산 (aldaric acid) : 알데히드, 히드록시메틸양기가카르복시기로변화한것 글루카릭산 (glucaric acid) = 글루코사카린산 (glucosaccharic acid) 인도고무나무유액중에존재 갈락토사카린산 (galactosaccharic acid) = 갈락타릭산 (galactaric acid) 갈락토스 (galactose) 의산화로생성 점액중에존재하기때문에뮤신산 (mucic acid) 이라고도함

28 ⑶ 디옥시리보스 (deoxyribose) 디옥시당 (deoxy sugar) : 당의알코올기로부터산소가빠진형태의것

29 ⑷ 아미노당 (amino sugar) 당의 2 번탄소위치의알코올기가아미노기로치환된것

30 D- 글루코사민 (D-glucosamine) 갑각류에키틴 (chitin) 뮤라믹산 (muramic acid) 과결합하여세균의세포벽펩티도글리칸 (peptidoglycan, mucopeptide) 의골격구조 아미노당은천연상태에서는대부분 N- 아세틸 -D- 글루코사민 (N-acetyl-D-glucosamine) 등아미노기가아세틸화되어있음 N- 아세틸글루코사민은혈액형 A 형물질의결정기 육탄당아민 (hexosamine) 과 N- 아세틸육탄당아민 (Nacetylhexosamine) 은파라 - 아미노벤즈알데히드 (paminobenzaldehyde) 시약 (Ehrlich 시약 ) 을이용한엘슨 - 모간 (Elson-Morgan) 법및이것을개량한비색법으로정량가능

31 ⑸ 배당체 단당류의글리코시드성 -OH 에당이외의물질이결합된것 자연계에는의학적으로유용한배당체가많이존재 예 : 스트렙토마이신 (streptomycin, digitoxine)

32 올리고당및다당류 ⑴ 이당류와글리코시드결합 (glycosidic linkage) 당의아노머탄소는상당히반응성이커서다른수산기사이에서축합해서글리코시드결합을형성 이결합은에테르결합과는달라서효소와산등으로서쉽게가수분해됨

34 ⑵ 다당류 단일다당류 : 한가지종류의단당류로이루어짐 셀룰로스 (cellulose), 녹말 (starch) 복합다당류 : 두가지이상의단당류단위로이루어짐 히알루론산 : 글루코닉산과 N- 아세틸글루코사민분자의반복적인결합으로이루어짐 녹말 : 아밀로스 (amylose) 와아밀로펙틴 (amylopectin) 이라는두가지주요성분으로구성 아밀로스 : 글루코스분자가 α-1,4- 글리코시드결합에의해서로연결 된수백개단위가반복되어있는가지가없는분자 비환원성말단 (nonreducing end) : 이분자의한쪽끝에붙어있는글루코스분자는아노머탄소원자가글리코시드결합하고있으므로 환원말단 (reducing end) : 다른쪽끝은아노머탄소원자가유리의알데히드기를형성할수있으므로

35 그림 2-9. 아밀로스

36 그림 아밀로스의나선구조모양

37 아밀로스는 α- 아밀레이스 (α-amylase) 와 β- 아밀레이스 (βamylase) 에의해효소적으로분해 α- 아밀레이스 : 침 (saliva) 과췌장액 (pancreatic juice) 에존재 α-1,4 결합을불규칙적으로가수분해하여글루코스와말토스 (maltose) 의혼합물을만듬 β- 아밀레이스 : 맥아에존재 α-1,4- 글리코시드결합을매우규칙적으로가수분해 아밀로펙틴 : 녹말의두번째중요한구성성분, 포도당이 α-1,4- 와 α-1,6- 글리코시드결합에의해서로연결된매우가지가많은다당류 α-1,6- 결합은 24~30 개의글루코스사슬단위마다분지점 (branch point) 이존재

38 그림 아밀로펙틴

39 글리코젠 : 포도당의주요한저장형태 구조 : 아밀로펙틴과유사하지만, 곁가지를더많이가지고있으므로동물에서의포도당저장형으로간이나골격근육 (skeletal muscle) 세포의세포질에서과립을형성 셀룰로스 : 모든식물세포의기본적인골격성분, 지구표면에서가장풍부한탄수화물 글루코스단위가 β-1,4- 글리코시드결합에의해연속적으로연결된구조 세포벽에서다른탄수화물 [ 펙틴 (pectin), 익스텐신 (extensin) 및헤미셀룰로스 (hemicellulose)] 의매트릭스 (matrix) 속에단단히결합된긴섬유를형성

40 그림 셀룰로스

41 복합다당류 한종류이상의단당류분자로이루어져있음

42 히알루론산 (hyaluronic acid) 관절에윤활유역할을하는윤활액 (synovial fluid) 속에존재 구조 : D- 글루쿠론산과 N- 아세틸 -D- 글루코사민이 β-1,3- 결합과 β- 1,4- 결합을반복 그림 히알루론산

43 콘드로이틴황산 (chondroitin sulfate) 연골조직 (cartilage tissue) 과동맥벽 (arterial wall) 에존재 음전하를띤황산기 (SO 3 2- ) 가갈락토사민분자의 4 번째혹은 6 번째탄소에결합 그림 콘드로이틴 -6- 황산

44 헤파린황산 (heparin sulfate) 반복되는글루코사민분자에결합되어있는글루콘산과아이둘론산을함유 헤파린 : 주로동맥혈관벽에서발견 혈액응고를저해 혈액속을순환하고있는지질을분해하는지질단백지질분해효소 (lipoprotein lipase) 라불리는효소를방출하여혈청지질의수송을도움 구조 : 히알우론산을황산화한구조로글루쿠론산과 N- 아세틸글루코사민단위당 2.5~3 개의황산기가존재

45 그림 헤파린

46 당단백질 탄수화물사슬이단백질분자에결합된분자 탄수화물은세린 (serine), 트레오닌 (threonine), 아스파라진 (asparagine) 의 R 기와공유결합을형성 세린이나트레오닌의곁사슬에있는산소원자에부착되거나 (O- 연결 ) 아스파라진의곁사슬에있는아미드질소원자에부착 (N- 연결 ) 됨

그림 2-16. N- 연결된소당류오당류중심부 ( 회색으로그늘지게나타내었다 ) 는모든 N- 연결된소당류에서흔히볼수있으며 N- 연결된다양한소당류의기초역할을한다. 두가지를예로들었다.

47 그림 N- 연결된소당류오당류중심부 ( 회색으로그늘지게나타내었다 ) 는모든 N- 연결된소당류에서흔히볼수있으며 N- 연결된다양한소당류의기초역할을한다. 두가지를예로들었다. (A) 만노스함량이큰유형 ; (B) 복잡한유형, 각형에대해서자세한화학식과모식도를나타내었다. 당에대한약자들 : Fuc, 푸코스 ; Gal, 갈락토스 ; GalNAc, N- 아세틸갈락토사민 ; Glc, 글루코스 ; GlcNAc, N- 아세틸글루코사민 ; Man, 만노스 ; Sia, 시알산.

48 갑상샘글로불린 (thyroglobulin) : 매우큰당단백질 ( 분자량 660,000 달톤 ) 로서갑상샘에서발견, 갑상샘호르몬의합성에필요 만노스, N- 아세틸글루코사민, 갈락토스및다른당으로구성된두가지탄수화물사슬즉, 9 개의 A 사슬과 14 개의 B 사슬을지님 당단백질의여러가지생물학적기능 특수한효소 수송단백질 호르몬 항체

49 임상적통찰 사람의 ABO 혈액형 이구조들은공통적으로 O ( 또는가끔 H) 항원이라고부르는올리고당을지님 A 항원 : O 항원의갈락토스에 α-1,3 결합으로 N- 아세틸갈락토사민을하나여분으로첨가 B 항원 : 갈락토스를하나여분으로첨가

50 그림 A, B 그리고 O 올리고당항원들의구조

51 특정한글리코실기전이효소들은여분의단당류를 O 항원에첨가 글리코실기전이효소들을암호화하는 3 개의공통의유전자들이있고, 각사람들은각부모로부터각각의형태에대한유전자를받음 A 형전이효소 (type A transferase) : N- 아세틸갈락토사민을첨가 B 형전이효소 : 갈락토스를첨가 이효소들은 4 개를제외하고는 354 개의위치가모두동일 O 표현형은번역 (translation) 을조기종결 (premature termination) 하도록하여활성을갖는글리코실기전이효소를더이상생산못하게하는돌연변이의결과물

2. 탄수화물 (Carbohydrate)

2. 탄수화물 (Carbohydrate) 목차 2-1. 탄수화물의분류 2-2. 부제탄소와입체이성질체 2-3. 단당류의고리구조 2-4. 변선광과환원당 2-5. 주요단당류 2-6. 알도오스의산화-환원반응 2-7. 주요소당류 2-8. 주요다당류 2-9. 검류 2-1. 탄수화물의분류 탄수화물 : 탄소의수화물, C m (H 2 O) n (m > 3) 당질 + 섬유질