01
단당의 두 종류는 알도스와 케토스이다
- 탄수화물 = 여러 하이드록시기를 지닌 알데하이드·케톤 및 그 유도체
- 단당 = 가수분해로 더 작은 당 단위가 되지 않는 기본 단위, 이당 = 두 단당이 글리코시드 결합한 구조
- 탄소 수에 따라 삼탄당·오탄당·육탄당, 카보닐기 종류에 따라 알도스·케토스
- 글루코스 = C1에 알데하이드기를 가진 알도헥소스, 프럭토스 = C2에 케톤기를 가진 케토헥소스
- 비치환 단당의 분자식은 CₙH₂ₙOₙ이나 생체에는 다양한 유도체가 존재
- 인산화·산화·아미노기 치환이 단당의 기능을 크게 바꾸므로 분자식만으로 기능을 결정할 수 없음
02
단당에는 비대칭 중심이 있다
- 비대칭 탄소 = 네 가지 서로 다른 원자·원자단에 결합한 탄소, 디하이드록시아세톤은 비대칭 탄소가 없는 예외
- 피셔 투영식에서 가로선은 관찰자 쪽, 세로선은 종이 면 뒤쪽을 향하는 결합
- D/L은 기준 비대칭 탄소의 상대배열, R/S는 CIP 절대배열, (+)/(−)는 측정된 회전 방향으로 서로 바꿀 수 없음
- 생물계에는 D-당이 흔하지만 모든 생체 당이 D형인 것은 아님
- 에피머 = 여러 비대칭 탄소 중 하나만 다른 부분입체이성질체, D-만노스는 C2·D-갈락토스는 C4 에피머
- 글루코스와 프럭토스는 카보닐기 위치와 연결 구조가 달라 에피머가 아님
- 독립 비대칭 탄소 n개면 최대 2ⁿ개 이성질체, 알도헥소스 16개·케토헥소스 8개
03
흔한 단당은 고리형 구조를 가진다
- 글루코스 C5의 –OH 산소가 C1 알데하이드 탄소를 공격하면 분자 내 헤미아세탈로 6원자 피라노스 고리 형성
- 이 과정은 물이 생성되는 탈수축합이 아니라 분자 내 친핵성 첨가, 케토스는 헤미케탈을 형성
- 원래 카보닐기였던 탄소가 아노머 탄소, 알도스는 대개 C1·프럭토스는 C2
- 하워스 투영식에서 C5–CH₂OH가 위일 때 C1의 –OH가 아래면 α형, 위면 β형
- α/β 정의는 아노머 탄소 치환기와 기준 탄소 치환기의 상대배열에 근거해 L형에도 적용
- 변광회전 = 고리 열림·닫힘을 거쳐 α형과 β형이 평형을 이루며 비회전이 시간에 따라 변하는 현상
- 예: α형 약 +112°, β형 약 +19°, 평형 혼합물 약 +52.7°(20°C 문헌값)
- 프럭토스는 C5–OH가 붙으면 프럭토푸라노스, C6–OH가 붙으면 프럭토피라노스, 수크로스에는 푸라노스형이 포함
04
생물체에는 다양한 육탄당 유도체가 존재한다
- 당은 에너지원만이 아니라 세포 표면 인식 신호, 세포외기질, 당화 및 당사슬의 구성 단위
- 글루코사민 = C2–OH가 아미노기로 치환, N-아세틸글루코사민은 여기에 아세틸기가 결합
- 글루쿠론산 = C6가 산화되어 카복실산, 생리 pH에서는 글루쿠로네이트로 존재
- 푸코스 = 6-디옥시당으로 당단백질과 세포 인식 당사슬에 등장
- 이들 변형이 당의 용해도·전하·인식 특성을 바꾸어 기능을 결정
05
[별도 설명 7-1] 당뇨병의 진단과 치료에서 혈당의 측정
- 헥소키나아제법 = 포도당을 ATP로 인산화하고 G6P가 NADP⁺를 NADPH로 환원하는 연계 반응 사용
- NADPH의 340 nm 흡광도 증가가 조건에 맞으면 포도당 양과 비례
- 글루코스 산화효소법은 산소 소비와 과산화수소 또는 전자전달 신호를 측정
- 예제: ε₃₄₀ = 6.22 L·mmol⁻¹·cm⁻¹, A₃₄₀ = 0.311이면 0.0500 mmol/L, 100배 희석 원시료는 5.00 mmol/L ≈ 90.1 mg/dL
- ADA 2026 비임신 성인 기준: HbA1c ≥ 6.5%, 공복 혈장 포도당 ≥ 126 mg/dL, 75 g 경구당부하 2시간 ≥ 200 mg/dL
- 전형적 고혈당 증상이 있으면 무작위 혈장 포도당 ≥ 200 mg/dL로 진단 가능
- 위기가 아니면 보통 확진 검사가 필요하고, 가정용 혈당계·연속측정기 수치만으로 판단해서는 안 됨
06
단당은 환원성을 나타낼 수 있다
- 환원당 = 적절한 조건에서 산화되어 다른 물질을 환원할 수 있는 당
- 고리형 당에 자유 헤미아세탈·헤미케탈 아노머 중심이 있으면 고리가 열려 반응성 열린 사슬형이 될 수 있음
- 글루코스·말토스·락토스는 환원당, 프럭토스는 케토스이지만 알칼리 조건에서 엔디올 재배열로 알도스형이 되어 환원성
- 베네딕트 시약의 Cu²⁺가 가열 알칼리 조건에서 Cu⁺로 환원되어 적갈색 Cu₂O 침전 형성
- 색의 세기로 특정 당의 정체나 정확한 농도를 결정해서는 안 됨
- 수크로스는 가수분해 전에는 비환원당
07
단당은 글리코시드 결합으로 이당을 만든다
- 이당 = 아노머 중심의 하이드록시기가 다른 당의 하이드록시기와 반응해 형성한 O-글리코시드 결합 구조
- α/β는 결합에 참여한 아노머 중심의 배열, (1→4)·(1→2)는 연결되는 탄소 위치
- 생체 합성은 중성 단당의 단순 탈수축합보다 활성화된 당 뉴클레오타이드를 사용
- 말토스 α(1→4)·락토스 β(1→4)는 자유 아노머 탄소가 있어 환원당
- 수크로스 α(1↔2)β·트레할로스 α(1↔1)α는 두 아노머가 모두 고정되어 비환원당
- 가수분해에는 물 1분자가 참여하고 분해 효소는 결합 배열과 단당 종류에 따라 선택적
- 예: 수크로스 34.23 g(0.1000 mol) 완전 가수분해 → 글루코스·프럭토스 각 0.1000 mol, 각 18.02 g
08
[별도 설명 7-2] 달은 달고, 그리고 그 밖의 사실들
- 단맛의 정도는 환원당 여부와 직접 대응하지 않음
- 감미 물질은 T1R2/T1R3 계열 미각 수용체와 상호작용해 단맛 신호를 유도
- 글루코스·프럭토스·수크로스·락토스는 구조가 다르고 농도·온도·혼합물 구성에 따라 감미도도 달라짐
- “당의 양이 같으면 단맛과 혈당 변화도 같다”는 결론은 성립하지 않음
- WHO는 첨가당과 꿀·시럽·과일주스의 유리당을 별도 개념으로 다룸
- 분자화학·식품 표시·혈당 조절은 서로 다른 층위의 문제로 구분해 해석해야 함
참조 자료 · References
| 구분 | 알도스 | 케토스 |
|---|---|---|
| 카보닐기 | 말단 –CHO | 사슬 내부 >C=O |
| 대표 물질 | 글루코스, 갈락토스, 리보스 | 프럭토스, 디하이드록시아세톤 |
| 반응 위치 | 알데하이드 탄소(글루코스 C1) | 케톤 탄소(프럭토스 C2) |
| 유도체 | 핵심 구조 변화 | 생물학적 의미 |
|---|---|---|
| 글루코사민 | C2–OH → –NH₂ | 당사슬과 아미노당의 구성 |
| N-아세틸글루코사민 | C2에 아세틸화된 아미노기 | 키틴과 당단백질의 구성 |
| 글루쿠론산 | C6의 1차 알코올 → 카복실산 | 포합 반응과 당아미노글리칸 |
| 푸코스 | 6-디옥시 형태 | 당단백질·세포 인식 당사슬 |
| 검사 | 당뇨병 전단계 범위 | 당뇨병 진단 기준 |
|---|---|---|
| 공복 혈장 포도당 | 100–125 mg/dL | ≥126 mg/dL |
| 경구당부하검사 2시간 값 | 140–199 mg/dL | ≥200 mg/dL |
| HbA1c | 5.7–6.4% | ≥6.5% |
| 무작위 혈장 포도당 | 전단계 진단용 아님 | 전형적 증상 또는 위기 + ≥200 mg/dL |
| 이당 | 단당 구성 | 글리코시드 결합 | 환원성 |
|---|---|---|---|
| 말토스 | Glc + Glc | α(1→4) | 있음 |
| 락토스 | Gal + Glc | β(1→4) | 있음 |
| 수크로스 | Glc + Fru | α(1↔2)β, 양쪽 아노머 결합 | 없음 |
| 트레할로스 | Glc + Glc | α(1↔1)α | 없음 |
