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탄수화물에 대한 모든것

7. Carbohydrates and Glycobiologycontents 1 . 단당과 이당류 2. 다당류 3. 당포합체 : 단백질 글라이칸 , 당단백질 , 당지질 4. 정보 분자로서의 탄수화물 : 당 부호 5. 탄수화물 연구- 탄수화물 : 지구상에서 가장 풍부한 생체분자 H 2 O 와 CO 2 가 광합성에 의해 cellulose 와 식물성 산물로 전환 탄수화물 중합체 (polymer) 즉 , Glycan 은 1. 세균이나 식물의 세포벽 또는 동물의 결합조직에서 구조적 및 방어적 성분 2. 어떤 탄수화물의 중합체는 뼈대의 관절에서 윤활제 작용 3. 세포 상호간의 인식이나 부착을 매개 Carbohydrate탄수화물이란 ? poly hydroxy aldehyde , poly hydroxy ketone 이 가수분해 되었을 때 이러한 화합물들이 나올 수 있는 물질 C H O 로 구성 , 때로는 N, P, S 을 포함하는 것들도 존재 탄수화물은 크기에 따라 세가지로 분류 - 단당 (mono saccharide , 이당 (disaccharide) 또는 소당 (oligosaccharide), 다당류 (polysaccharide ) 로 분류 - saccharide : 설탕을 의미하는 그리스어에서 나온 말1. 자연계에 가장 풍부한 단당 : 육탄당 = glucose(dextrose) 2. 소당 이라고 부르는 oligosaccharide 는 glycosidic bond(2 당류 ) sucrose( glu+fru ), maltose( glu+glu ), lactose( glu+gal ) 모든 단당과 이당은 접미사인 - ose 로 끝나는 이름을 가짐 3. 다당 은 20 개의 단위 단당을 포함하는 당 중합체 어떤것은 수백 , 수천개의 단위로 구성된 것도 있음 cellulose 와 glycogen 이 대표적단당류와 이당류 1. 단당의 두 종류는 aldose 와 ketose 이다 . 2. 단당에는 Asymmetric Centers 가 있다 . 3. 일반적인 단당은 Cyclic Struc - c-2 위치의 OH 기가 아미노기 (NH 2 ) 로 치환 - 유론산 ( aldonic acid0) 알도스가 산화되면 알돈산 - Fig. 7-95. 단당은 환원성을 가지고 있다 . - 단당은 제 2 Cu + 이온과 같이 상대적으로 약한 산화제에 의하여 산화될 수 있음 .Box 7-1 당뇨병 진단과 치료에서 혈당의 측정 - Glucose 는 뇌조직의 가장 중요한 연료 - 뇌에 도달하는 glucose 의 양이 너무 적으면 무기력 , 혼수 , 영구적인 뇌손상 , 사망에 이르기까지 심각한 결과 초래 - 동물들에서는 뇌의 수요를 만족시키기에 충분한 혈당농도를 유지하고 너무 높은 경우에도 심각한 생리적 결과를 초래하기 때문에 너무 높지 않게 유지하기 위해 복잡한 호르몬 매개 조절작용이 진화 - 인슐린 의존성 당뇨병을 가진 사람은 정상적으로 혈당 농도를 감소시키는데 필요한 인슐린을 충분히 생산하지 못하므로 당뇨병을 치료하지 않으면 그들의 혈당은 정상보다 몇 배나 높게 상승 - 이렇게 높은 혈당은 오랫동안 치료되지 않은 당뇨병의 심각한 합병증인 신부전 , 심혈관질환 , 시각손실 , 상처 치유 불량 등의 원인 중 하나라고 믿어져 왔으므로 , 당뇨병 치료의 목적 중 하나는 혈당을 정상에 가깝게 유지하기 위한 충분한 인슐린의 공급 - 이러한 사람에게 운동과 식이 그리고 인슐린의 적당한 균형을 유지하기 위해서는 하루에 몇 번씩 혈당 농도를 측정해야 하고 주사되는 인슐린의 양도 적절하게 조절Box 7-1 당뇨병 진단과 치료에서 혈당의 측정 - ( 그림 2 - 헤모글로빈의 1 차 아민기에 대한 glucose 의 비효소적 반응 ) - 헤모글로빈 무효소 당화 반응에서는 첫 번째 단계 ( 쉬프 염기의 형성 )  탄수화물 부분의 재배열  산화  탈수 통해  진행 당화종산물 (AGEs) ( 이라는 불균질성 혼합물이 만들어 진다 ) * 당화종산물 (AGEs) 이란 ? 이 생성물은 적혈구를 떠나서 단백질들 간 공유성 교차연결을 형성하여 정상적인 단백질의 기능을 방해 . 이 물질들이 다른해 보면 아밀로스 , 아밀로펙틴 , 글리코겐 등에서 a -1,4 결합의 입체형태는 이 중합체가 촘촘히 감긴 나선 구조가 되게 함 . - 녹말과 글리코겐의 α - 1,4 결합으로 연결된 사슬에 대하여 가장 안정적인 3 차원 구조는 조밀하게 감긴 나선 (helix) 인데 , 이것은 사슬간 수소결합에 의해 안정화되기 때문 Fig. 7-20 starch( amylose ) 의 구조4. 세균과 조류의 세포벽은 구조적 이질 다당을 함유한다 . c-2 위치에 황산 에스터를 가지고 있음 1 . 분자량 150,000 , 황산과 피루브산을 가장 적게 포함하고 있는 한천 성분 2. Agarose 는 젤을 형성하는 뚜렷한 성질이 있어서 생화학 실험실에서 매우 유용 3. Agarose gel 은 DNA 염기서열 분석에 있어 필수적인 핵산의 분리를 위한 전기영동에서 불활성 지지물로 사용 4. 세균 집락의 성장을 위한 표면을 제공하기 위해 사용 5. 상업적용도 – 비타민이나 약을 싸는 캡슐을 만드는데 사용 ( 마른 한천 물질은 위장 내에서 쉽게 녹으며 대사적으로 불활성 ) Fig. 7-21 Agarose5. 당아미노 글라이칸은 세포밖 바탕질에 있는 이질다당 이다 . Glycosaminoglycan : 세포밖 바탕질은 이질다당과 collagen, elastin , fibronectin 등과 같은 섬유단백질이 서로 맞물려 그물과 같이 구성 : Glycosaminoglycan 인 이 이질다당들은 이당 단위가 반복되어 형성된 선형 중합체 족 : 물과 세균에서만 발견 ( 식물에는 존재 X) : 두개의 단당 중 N- 아세틸글루코사민 or N- 아세틸갈락토사민이고 다른쪽은 대부분이 경우에 있어 유론산 (D- 글루큐론산 , L- 아이듀론산 ) : 당아미노글라이칸의 종류에는 하이알유로난 , 황산 콘드로이친 , 황산 케라탄 , 황산 헤파란 등이 있음당포합체 : 단백질글라이칸 , 당단백질 , 당지질 1. 단백질 글라이칸은 세포표면과 세포밖 바탕질에서 당아미노 글라이칸을 함유하는 거대분자이다 . 2. 당단백 부착하고 있다 . Fig. 7-29 당단백질에서 소당 결합 당 단백질은 탄수화물 - 단백질의 포합체로 글라 이칸 성분이 단백질 글라이칸의 당아미노글라이 칸보다 더 작고 가지가 있으며 구조적으로 다양 o- 결합 소당은 Ser 과 Thr 잔기 ( 분홍색 음영 ) 의 OH 기에 글라이코 사이드 결합 소당의 환원 말단의 당을 n- 아세틸 갈락토 사민으로 나타내었다 . 하나의 단순 사슬과 복잡한 사슬을 나타냄 (b) N- 결합 소당은 Asp 잔기 ( 녹색 음영 ) 의 아마이드 질소에 n- 글라이코사이드 결합 N- 아세틸 글루코사민을 말단 당으로 나타냄 당단백질에서 n- 결합하는 가장 흔한 소당 사슬 3 가지 나타냄3. 당지질과 지질다당은 막의 성분이다 . 살모넬라균 외막에 있는 지질 다당의 모식도 Fig. 7-30 세균의 지질다당 이 분자의 지질 A 부위에 6 개의 지방산이 있음 . 균종이 다르면 지질다당 의 구조에 미묘한 차이가 나지만 공통적으로 지질 구역 ( 지질 A), 핵심소당 , 세균의 혈청형 ( 면역반응 성 ) 의 주요결정인자인 “O- 특이 ” 사슬 등을 갖고 있음 . 그람 음성균인 살모넬라 , 대장균 외막에 지질다당 분자가 많이 있어 세포 표면이 사실상 “O- 특이 ” 사슬로 덮혀 있는것 같이 보임정보 분자로서의 탄수화물 : 당부호 1. Lectins 은 당 부호를 읽는 단백질로 많은 생물학적 과정을 매개한다 . 2. Lectin , 탄수화물 상호작용은 고도로 특이적이며 많은 경우에 다가결합 ( polybalent ) 이다 .1. lectin 은 당 부호를 읽는 단백질로 많은 생물학적 과정을 매개한다 . Lectin : 모든 생물체에서 발견되는 단백질 , 강한 친화력 , 높은 특이성 , 탄수화물과 결합 1. 매우 다양한 세포간의 인식 , 신호전달 , 부착과정 , 새로 합성된 단백질의 세포안의 표적화 등에서 역할 함 , 식물의 Lectin 은 종자에 많은데 곤충과 다른 약탈자에 대한 방어물로 작용 2. 실험실에서 정제된 식물성 Lectin 은 각기 서로 다른 polyvalent 이다 .Fig. 7-33 lectin 과 탄수화물의 상호작용에 대한 세부 사항 2. lectin , 탄수화물 상호작용은 고도로 특이적이며 많은 경우에 polyvalent 이다 . mannose-6-phosphate 와 복합체를 이루고 있는 소의 mannose-6-phosphate receptor 의 구조 단백질은 색깔을 사용하여 전하량을 표시하는 표면 윤곽 이미지 , 적색은 음전하 우세 , 청색은 양전하 우세 . mannose-6-phosphate 는 막대 모형 , Mn 이온을 보라색 (b) 결합 부위를 확대한 모습 , mannose-6-phosphate 111 번 Arg 과 수소결합을 하고 있으면서 Mn 이온과 배위결합 . mannose 의 각 OH 기는 단백질과 수소결합 . mannose-6-phosphate 의 인산기에 있는 O 와 수소결합하고 있는 105 번 His 은 낮은 pH 에서 양성자가 첨가되어 용해소체 안에서 receptor 와 mannose-6-phosphate 분리되도록 하는데 작용2. lectin , 탄수화물 상호작용은 고도로 특이적이며 많은 경우에 polyvalent 이다 . Fig. 7-34 당 잔기의 소수성 상호작용 극성이 강한 쪽은 lectin 과 수소결합을 이 루는 반면 극성이 약한 쪽은 비극성 아미노 산 잔기와 소수성 상호작용 - 옆 그림 : 당 잔기의 소수성 상호작용 galactose 와 같은 당 잔기는 극성이 더 강한 부분이 있어서 lectin 과 수소결합을 하는데 이용 극성이 약한 부분도 가지고 있어 Trp Indol 고리와 같은 단백질의 비극성 곁가지 부분과 소수성 상호작용2. lectin , 탄수화물 상호작용은 고도로 특이적이며 많은 경우에 polyvalent 이다 . Fig. 7-35 세포 표면의 인식과 부착에 대한 소당의 역할 독특한 구조의 소당은 형질막의 바깥쪽 에 있는 다양한 당단백질이나 당지질의 구성 성분으로 세포밖 환경의 lectin 과 높은 특이성과 친화도를 가지고 상호작용 (b) Inw}

자연과학| 2012.11.18| 55페이지| 3,000원| 조회(386)

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