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2020. 12. 19
CHAPTER 2. 생물학적 분자들
<유기분자와 무기분자>
유기 분자는 탄소 골격에 수소 원자를 함유한 분자를 가리킨다.
무기분자는 물처럼 탄소원자를 갖지 않거나 이산화탄소처럼 수소원자가 없는 분자를 가리킨다.
<생명체 내 분자의 상호작용>
생명체의 특징은 다양한 분자가 복잡한 상호작용을 한다는 것이다.
상호작용은 분자의 구조에 따른 화학적 성질에 따라 결정되는데,
상호작용을 통해 분자의 구조와 화학적 성질이 달라진다.
<작용기>
작용기(functional group)는 탄소 골격보다 불안정하고 화학 반응에 더 쉽게 참여한다.
작용기는 분자의 성질과 화학 반응성을 결정한다.
<탈수 축합과 가수분해>
생물학적 중합체는 탈수 축합에 의해 합성되고 가수 분해에 의해 분해된다.
탈수축합(dehydrationsynthesis)은 하나의 구성 단위로 수소이온이 제거되며,
다른 구성 단위로 수산화이온이 제거되고 서로 공유결합이 형성되는 것이다.
제거된 수소 이온과 수산화 이온은 서로 결합하여 물 분자가 된다.
물이 빠지고 결합이 형성된다고 해서 탈수축합이라고 부른다.
가수분해(hydrolysis)는 반대로 물의 수소 이온을 하나의 구성 단위로 제공하고,
다른 구성단위에 수산화 이온을 제공하여 하나의 분자를 분해한다.
물을 가하여 분해한다고 해서 가수분해라고 부른다.
소화효소는 가수분해를 통해 음식을 분해한다.
<탄수화물>
탄수화물(carbohydrates) 분자는 탄소:수소:산소=1:2:1로 구성된다.
탄수화물의 기본 단위는 당(sugar)이며,
하나의 당 분자로만 구성되어 있는 것을 단당류(monosaccharide)라고 부른다.
단당류로는 포도당, 과당, 갈락토스가 있다.
포도당(glucose)은 세포의 주요 에너지 공급원이다.
과당은 과일, 주스, 꿀 등에 함유돼 있다.
갈락토스는 포유류의 젖에 들어 있다.
과당과 갈락토스를 에너지로 이용하려면 포도당으로 변환시켜야 한다.
다른 단당류로는 리보오스(ribose)와 디옥시리보스(deoxyribose)가 있다.
두 단당류 분자가 탈수 축합에 의해 연결된 것을 이당류(disaccharide)라고 부른다.
이 당류에는 설탕(sucrose), 유당(lactose) 맥아당(maltose)이 있다.
많은 단당류가 탈수 축합에 의해 연결된 것을 다당류(polysaccharide)라고 부른다.
다당류로는 전분, 글리코젠, 셀룰로오스, 키틴이 있다.
전분(starch)은 식물세포에서 에너지를 저장하는 분자로 쓰인다.
글리코젠(glycogen)은 동물 세포에서 에너지를 저장하는 분자로 쓰인다.
셀룰로오스(cellulose)는 식물, 균류 및 세균의 세포벽을 강화한다.
키친(chitin)은 곤충 또는 게와 같은 동물의 몸을 지지한다.
<지질>
지질(lipid)은 대부분 수소와 탄소로만 구성된 비극성(소수성) 분자다.
지질은 에너지 저장, 동물과 식물의 방수 표면 형성, 세포막의 주성분, 호르몬 등의 역할을 한다.
지질에는 지방, 인지질, 스테로이드가 있다.
지방은 글리세롤(glycerol)과 지방산(fattyacid)이 탈수 축합에 의해 결합되어 있다.
인지질(phospholipid)은 극성(친수성) 머리와 비극성(소수성) 꼬리로 구성되어 있다.
인지질은 세포막의 주성분이다.
스테로이드(seroid)는 4개의 탄소 고리가 연결된 지질이다.
스테로이드의 일종인 콜레스테롤은 동물세포막의 필수요소이며,
스테로이드 호르몬인 에스트로겐과 테스토스테론을 만드는 데 쓰인다.
<단백질>
단백질(protein)은 아미노산 사슬로 만들어진 분자다.
아미노산은 탄소에 수소와 작용기, 그리고 아미노기와 카르본기가 결합된 형태이다.
아미노산은 탈수 축합에 의해 연결되며 이를 펩타이드 결합(peptidebond)이라고 부른다.
펩타이드 결합에 의해 연결된 아미노산 사슬을 펩타이드라고 부르며,
여러 개의 아미노산이 연결된 긴 펩타이드를 폴리펩타이드(polypeptide)라고 부른다.
단백질은 생체 내에서 다양하고 중요한 역할을 한다.
효소, 구조단백질(케라틴, 알부민, 헤모글로빈 등), 호르몬, 항체, 독 등이 단백질이다.
단백질은 4단계의 구조를 가질 수 있다.
1차 구조(primarystructur)는 아미노산 서열이다.
아미노산 배열은 세포 DNA의 유전 명령을 따른다.
2차 구조(secondarystructure)는 나선(helix) 혹은 병풍 구조(pleated sheet)다.
이차 구조는 아미노산의 극성 부분 사이에서 형성되는 수소 결합에 의해 만들어진다.
3차 구조(tertiary structure)는 단백질 2차 구조가 보다 비틀어져 형성된다.
3차 구조는 단백질의 2차 구조와 주변 환경(친수성, 소수성)에 의해 결정된다.
4차 구조(quaternarystructure)는 2개 이상의 폴리펩티드가
수소결합, 이황화결합, 반대전하에 의한 인력에 의해 연결된 형태이다.
최근 단백질 1차 구조가 고정된 가운데 그 구조 변경이 유연하게 조절된다는 것이 밝혀졌다.
고정된 3차 구조를 가지지 않는 무질서 단백질(disordered protein) 혹은
단백질 중 무질서 부분(disordered segment)은 다양한 형태로 접힐 수 있으며,
여러 종류의 분자와 상호작용할 수 있다.
단백질이 변성(denatured)될 때 단백질의 2차 이상 구조에 변형이 일어난다.
변성된 단백질은 그 특성도 바뀌어 더 이상 그 기능을 수행할 수 없다.
<뉴클레오티드, 핵산>
뉴클레오타이드(nucleotide)는 세 부분으로 구성된 분자로,
제5탄당과 인산기, 질소를 포함하는 염기(base)로 이루어진다.
뉴클레오타이드는 핵산의 구성 단위이다.
뉴클레오타이드는 당의 종류에 따라 분류된다.
당이 리보스라면 리보스 뉴클레오타이드,
당이 디옥시리보스라면 디옥시리보스 뉴클레오티드다.
리보스뉴클레오타이드가 가진 염기에는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 우라실(U)이 있다.
디옥시리보스뉴클레오타이드가 가진 염기에는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)이 있다.
아데닌과 구아닌은 이중환을 갖고 있으며 사이토신, 티민, 우라실은 단일환을 가진다.
당염기리보오스뉴클레오타이드리보오스아데닌,구아닌,사이토신,우라실디옥시리보스뉴클레오타이드디옥시리보스아데닌,구아닌,사이토신,티민
뉴클레오타이드는 에너지 운반 및 세포 내 메신저 역할을 한다.
아데노신 삼인산(Adenosinetriposphate, ATP)은 3개의 인산기를 갖는 리보우스뉴클레오타이드이다.
ATP는 인산기 사이의 결합에 에너지를 저장하고 인산기가 떨어질 때 에너지가 방출된다.
환형 아데노신 1인산(cyclicadenosinemonophosphate, cAMP)은 리보우스뉴클레오타이드로
세포 안에서 메신저 역할(신호전달)을 한다.
기타 뉴클레오타이드인 NAD+와 FAD는 에너지를 고에너지 전자 형태로 전달하는 전자 운반자이다.
고에너지 전자는 ATP를 합성할 때 사용된다.
핵산(nucleicacid)은 뉴클레오타이드의 인산기와
다른 뉴클레오타이드의 당이 공유 결합에 의해 길게 연결된 사슬을 말한다.
디옥시리보우스뉴클레오타이드의 폴리머를 디옥시리보핵산(deoxyribonucleicacid, DNA)이라고 부르며,
리보스뉴클레오타이드의 중합체를 리보핵산(ribonucleicacid, RNA)이라고 부른다.[목차로 돌아가기]