01
몇 가지 동질다당은 연료 저장형으로 존재한다
- 다당 = 다수 단당 잔기가 글리코시드 결합으로 연결된 고분자, 한 종류면 동질다당·여러 종류면 이질다당
- 저장형 다당은 단당을 여러 결합으로 묶어 저장, 식물의 전분과 동물·균류의 글리코젠이 대표
- 고분자 형태는 세포 내 자유 용질 입자 수의 증가를 억제해 삼투 부담을 줄임
- 전분 = 아밀로스(α(1→4) 위주 비분지) + 아밀로펙틴(α(1→4) 주사슬 + α(1→6) 가지)
- 전분–요오드의 청남색은 아밀로스 나선 내부의 아이오딘 착물과 관련되나 발색은 사슬 길이·온도에 따라 달라짐
- 글리코젠은 아밀로펙틴보다 가지가 많아 비환원 말단이 많고, 간에서는 혈당 유지·근육에서는 자체 ATP 합성에 기여
- 글리코젠 가인산분해효소는 비환원 말단 α(1→4)를 Pi로 분해해 G1P 생성, α(1→6) 가지는 탈분지효소가 필요
- 잔기 n개의 비고리형 사슬은 글리코시드 결합 n−1개, 완전 가수분해에 물 n−1분자 필요
- 예: 1,000잔기 글루칸은 결합 999개, 몰질량 ≈ 162,158 g/mol
02
몇 가지 동질다당은 구조적 역할을 한다
- 셀룰로스 = β-D-글루코스가 β(1→4)로 연결된 비분지 동질다당, 결합 배열 차이가 사슬 형태와 조립을 바꿈
- 셀룰로스 사슬은 정렬되어 수소결합으로 지지되는 미세섬유를 형성
- 사람은 β(1→4)를 효율적으로 자르는 자체 효소가 없고, 반추동물·흰개미는 공생 미생물의 셀룰라아제를 이용
- 키틴 = N-아세틸-D-글루코사민이 β(1→4)로 연결된 동질다당, 절지동물 외골격·균류 세포벽
- 키틴 골격은 셀룰로스와 유사하나 C2에 아세트아미도기가 있음
- 외골격의 기계적 특성은 키틴 외 단백질·무기질의 비율과 배열에도 좌우됨
- 부분 탈아세틸화로 얻는 키토산은 키틴과 동일한 반복 단위가 아님
03
입체 인자와 수소결합이 동질다당의 접힘에 영향을 준다
- 다당의 3차원 형태는 글리코시드 결합 주위 회전과 당 고리의 기하학적 배열에 의존
- 비틀림각 φ·ψ가 사슬에 허용되는 회전 형태를 기술하며 모든 조합이 가능한 것은 아님
- α(1→4)·β(1→4)라는 이름만으로 나선이나 일직선을 단정할 수 없음
- 실제 형태는 분자 내·분자 간 수소결합, 용매·온도·이온, 사슬 길이와 결정성에 따라 달라짐
- 구조형 다당은 인접 사슬 사이 수소결합이 협동적으로 작용해 섬유·층상 구조를 안정화
- 물이 하이드록시기와 경쟁적으로 수소결합하므로 수소결합만으로 안정성을 판단하기 어려움
- 결정성 영역과 무질서 영역이 공존하며 정렬도가 물 접근성·효소 분해·기계적 성질을 좌우
04
세균과 조류의 세포벽은 구조적 이질다당을 함유한다
- 펩티도글리칸 = GlcNAc와 MurNAc가 β(1→4)로 교대 연결된 당 사슬 + NAM에 붙은 짧은 펩타이드 가교
- 서로 다른 단당이 반복되므로 당 사슬은 이질다당, 가교가 망상 구조와 기계적 강도를 제공
- 그람양성균은 두꺼운 펩티도글리칸, 그람음성균은 주위세포질에 얇은 층과 외막을 가짐
- 고세균은 전형적 세균형 펩티도글리칸을 갖지 않아 동일하게 서술할 수 없음
- 라이소자임은 NAG–NAM β(1→4) 결합을 절단, β-락탐은 펩타이드 가교를 만드는 PBP를 억제 → 표적이 다름
- 갈조류 알긴산 = 만누론산(M)과 굴루론산(G)의 이질다당, G-rich 구간이 Ca²⁺와 상호작용해 겔 형성
- 홍조류 아가로스 = 갈락토스와 3,6-안하이드로갈락토스 반복, 카라기난은 황산화 수준이 다른 여러 종류
- 알긴산 칼슘 비드는 자연 상태 갈조류 세포벽과 조직화 수준이 같은 것이 아닌 모형 실험
05
당아미노글리칸은 세포 밖 바탕질에 있는 이질다당이다
- 당아미노글리칸(GAG) = 대부분 반복 이당 단위로 된 길고 비분지형 이질다당
- 일반적으로 아미노당과 우론산이 반복되나 케라탄황산처럼 우론산 대신 갈락토스를 포함하는 예외가 있음
- 카복실산 해리와 황산기 치환으로 음전하를 띠어 물과 양이온 분포에 영향
- 이 특성이 세포외기질의 수화도·점탄성·압축 저항·단백질 결합·신호전달에 기여
- 히알루론산 = GlcA와 GlcNAc 반복, 일반적으로 황산화되지 않고 코어 단백질에 공유결합하지 않음
- 히알루론산의 점성·수분 보유는 음전하 하나로 설명되지 않고 사슬 점유·수화·이온·분자량·다른 ECM 성분의 상호작용이 함께 작용
- 일부 GAG는 코어 단백질에 공유결합해 단백질글라이칸을 이루고, 히알루론산은 비공유적으로 거대 집합체를 형성
06
통합 정리와 계산 예제
- 여덟 가지 다당을 구성 단당·결합·기능으로 정리하면 저장(아밀로스·아밀로펙틴·글리코젠)과 구조(셀룰로스·키틴·펩티도글리칸·알긴산)와 기질(히알루론산)로 구분
- 잔기 N = 500이면 결합 499개, 완전 가수분해에 이론적으로 물 499분자
- 가지 구조가 달라도 고리가 없는 하나의 나무 구조라면 결합 수 = 잔기 수 − 1
- α(1→6) 가지점 12개가 각각 새 말단을 만들면 비환원 말단은 1 + 12 = 13개
- 이 계산은 단순 사슬 모형이며 실제 분기 위상과 효소 접근성을 모두 나타내지는 않음
참조 자료 · References
| 저장형 다당 | 주요 결합 | 가지 구조 | 주된 기능 |
|---|---|---|---|
| 아밀로스 | α(1→4) | 대체로 비분지 | 식물 전분 구성 성분 |
| 아밀로펙틴 | α(1→4), α(1→6) | 분지형 | 식물의 탄수화물 저장 |
| 글리코젠 | α(1→4), α(1→6) | 상대적으로 고도로 분지 | 동물·균류의 탄수화물 저장 |
| 특징 | 셀룰로스 | 키틴 |
|---|---|---|
| 기본 잔기 | D-Glc | GlcNAc |
| 글리코시드 결합 | β(1→4) | β(1→4) |
| 주요 위치 | 식물 세포벽 | 절지동물 외골격·균류 세포벽 |
| 구조적 효과 | 정렬된 미세섬유 | 섬유와 단백질·무기질 복합재 |
| 사람의 소화 | 자체 셀룰라아제 없음 | 일반적인 소화 탄수화물 아님 |
| 당아미노글리칸 | 대표 반복 구성 | 일반적 황산화 | 주요 생물학적 맥락 |
|---|---|---|---|
| 히알루론산 | GlcA + GlcNAc | 없음 | 수화된 세포외기질·활액 |
| 콘드로이틴황산 | GlcA + GalNAc | 있음 | 연골·기질 |
| 헤파란황산 | GlcA 또는 IdoA + GlcNAc 유도체 | 다양함 | 세포 표면·기질·신호 조절 |
| 케라탄황산 | Gal + GlcNAc | 있음 | 각막·연골 등 |
