BIOCHEM2027 전문교과 · 7-2
2027학년도 · 고등학교 전문교과 · 생화학

7-2 다당

저장형 동질다당과 구조형 동질다당, 입체 인자와 수소결합, 세균·조류의 구조 이질다당, 당아미노글리칸과 세포외기질.

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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
2027학년도 고등학교 전문교과 · 생화학 · 박상일(아산고등학교) · 본 인쇄물의 참조 자료는 본문 뒤 부록으로 이어집니다.
참조 자료
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