생체 성분의 화학 | 탄수화물

탄수화물

탄수화물이란 탄소, 수소, 산소로 이루어진 천연으로 존재하는 화합물이다. 그리고 이는 분자내에 물을 함유하는 것과 같은 화학식을 얻을 수 있으므로 함수탄소[C_n(H₂O)_n]라고도 말한다. 또한 동식물의 감미성분인 당분과 관계가 있으므로 당질(glucide)이라고도 부른다.

탄수화물은 동물에서 glycogen, 식물에서 전분으로 저장되었다가 에너지를 필요로 할 때에 이를 이용하여 에너지로 전환된다. 구조적 역할을 하는 탄수화물의 예로는 식물에서 cellulose, bacteria에서 peptidoglycan을 들 수 있다. 탄수화물은 동물, 식물, 미생물에 이르기까지 널리 분포되어 있다. 탄수화물은 -OH기를 많이 갖고 있는 aldehyde나 ketone의 화합물로 정의할 수 있으며 산에 의한 가수분해로 생성될 수 있는 화합물이다.

 

 

탄수화물의 분류 및 구조

탄수화물의 실험식은 (CH₂O)_n으로 표시하고 이 식에서 n은 3이거나 3보다 크다. 탄수화물은 3가지로 크게 나눌 수 있다. 하나는 단당류로서 이는 적당한 조건하에서 더 이상 가수분해 시킬 수 없다. 예로 glucose, fructose, galactose 같은 것을 들 수 있다. 이러한 구조의 경우에는 (CH₂O)_n 식으로 표시할 수 있다.

 

두 번째는 올리고당류로서 적당한 조건하에서 가수분해시 2개 내지 6개의 단당류를 생성한다. 예로 설탕, 유당 같은 것들을 들 수 있다. 그리고 세 번째는 다당류로서 여러 개의 단당류로 구성되어있고 분자량이 큰 중합체이다. 이는 glycogen, amylopectin과 같이 대부분 가지가 있지만 없는 것도 있다. 올리고당류와 다당류는 결정화합물로 물에 녹고 단맛을 갖는다. 그밖에 당류와 비당류가 결합된 경우도 있으며 이때 비당류를 aglycone이라고 한다. 예로는 vanillin-β-D-glucoside를 들 수 있다.

 

1) 탄수화물의 분류

① 단당류(Monosaccharide)

삼탄당(triose; C₃H₆O₃) : glyceraldehyde

사탄당(tetrose; C₄H₈O₄) : erythrose, threose

오탄당(pentose; C₅H₁₀O₅) : ribose, deoxyribose, ribulose, xylose, arabinose

육탄당(hexose; C₆H₁₂O₆) : glucose, galactose, mannose, fructose

② 올리고당(Oligosaccharide)

이당류(disaccharide; C₁₂H₂₂O₁₁) : sucrose(cane sugar), lactose(milk sugar), maltose

삼당류(trisaccharide; C₁₈H₃₂O₁₆) : raffinose

사당류(tetrasaccharide; C₂₄H₄₂O₂₁) : stachyose

③ 다당류(Polysaccharide)

다당류는 (C₆H₁₀O₅)_x의 일반식으로 전분족과 섬유소족으로 크게 구별된다.

전분족 - starch, inulin, glycogen, dextrin

섬유소족 - cellulose, hemicellulose, galactan, pectin, gum

 

2) 단당류, 올리고당류 그리고 다당류의 구조

탄수화물의 분류에 따른 몇 가지 당들의 구조는 [그림 1]과 [그림 2] 그리고 [그림 3]에 각각 나타내었다.

 

 

 

탄수화물의 대사

섭취한 음식물이 소화된 다음 흡수되면 혈액을 통하여 체내 각 조직에 운반되고 여기서 여러 가지 화학 변화를 받는다. 우리는 이 화학 변화가 합성반응일 경우 동화(anabolism)라고 하고, 분해반응일 경우에는 이화(catabolism)라고 한다. 그리고 이 두 가지를 합하여 대사(metabolism)라고 부른다. 대사에는 물질을 취급하는 물질대사(substance metabolism)와 에너지를 취급하는 에너지 대사(energy metabolism)가 있다.

 

보통 말하는 대사란 물질대사를 말하는데 탄수화물의 대사에는 해당(glycolysis)과 TCA(tricarboxylic acid) cycle 또는 펜토오스 회로(pento- se phosphate pathway)의 과정을 밟아서 산화분해 된다. 이 일련의 반응은 대부분 가역적이며 탄수화물의 합성도 이 회로를 통하여 일어난다.

 

탄수화물이 분해되어 흡수된 단당류는 그리 많지 않다. 창자에서 흡수되는 것은 주로 glucose, frucose, galactose이다. 흡수된 당류는 근육(muscle)과 간(liver)에서는 glycogen으로 저장되고, 혈액에서는 glucose로 존재한다. 단당류가 창자에서 흡수되는 흡수속도는 galactose > glucose > fructose > mannose > xylose > arabinose의 순서이다.

 

Glucose는 생체에 있어서 중요한 에너지원이 된다. 즉 glucose가 완전히 분해하면 CO₂와 H₂O로 되면서 ATP가 생성되기 때문이다. 그러나 glucose가 산소 없는 혐기적(anaerobic) 조건하에서 분해될 때는 CO₂와 H₂O로 완전히 분해되지 않는다. 그리고 효모에 의한 alcohol 발효에서는 ethyl alcohol과 CO₂를 생성한다.

 

 

또 동물의 근육이나 간에 있는 glucose는 젖산(lactic acid)으로까지 변한다. 이 반응들은 모두 세포 내의 세포질(cytoplasm)에서 일어난다.

 

 

그러나 산소가 충분한 호기적(aerobic) 조건하에서의 해당은 mitochond- ria 내에서 CO₂와 H₂O로 완전히 분해된다.

 

 

 

 

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