탄수화물

탄수화물(carbohydrate=carbon + hydrate, 炭水化物) : 일반식이 [C(H₂O)]_n

분류(당의 수에 따라서): 단당류, 소당류, 다당류

단당류: 구조와 입체화학

a. 종류

  1) 구조: 알도오스(알데히드기를 포함)

           케토오스(케톤기를 포함)

  2) 탄소수: 트리오스(triose, C₃)

            테트로오스(tetrose, C₄)

            펜토오스(pentose, C₅)

            헥소오스(hexose, C₆)

            헵토오스(heptose, C₇)

     1)과 2)를 동시에 나타내면  알도오스 + 펜토오스 --> 알도펜토오스

            케토오스 + 트리오스 --> 케토트리오스

 

b. 트리오스

가장 간단한 알도트리오스인 glyceraldehyde는 손대칭 탄소를 가짐

  --> D-, L-형이 존재

                

* D, L 형의 지정

  가장 산화된 탄소를 위로 가게 하여 Fischer 투영식을 그렸을 때

                   

        H 이외의 치환기가 오른쪽에 오면 D형, 왼쪽에 오면 L형

* 두 개 이상의 손대칭 탄소를 가진 경우

  D, L의 기준이 되는 비대칭 탄소는 가장 산화된 탄소에서 가장 멀리 떨어진 비대칭 탄소의 치환기 위치

     

c. 이성질체

① 거울상 이성질체(enantiomer)

 

② 부분입체 이성질체(diastereomer)

 

③ 에피머(epimer): 부분입체이성질체 중에서 한 손대칭 탄소에서만 공간배치가 다른 것

 

④ 입체이성질체의 수 = 2ⁿ (n=손대칭 탄소수)

 

 

d. 고리화반응

        알데히드 + 알코올 --> 헤미아세탈

        이 반응이 분자 내에서 일어나면 --> 고리형 헤미아세탈 형성

 

        케톤 + 알코올 --> 헤미케탈

        이 반응이 분자 내에서 일어나면 --> 고리형 헤미케탈 형성

        

 

e. 고리 구조; 아노머

   알데히드의 탄소는 sp² (평면삼각) <-- 전자를 주는 방향이 위, 아래 두 가지 존재

   두 가지 이성질체 생성 (아노머) : α와 β 형

 

f. 하워드(Haworth) 투영식: 고리구조의 입체 모양을 평면으로 단순화

                        이 구조에서 1번 탄소의 -OH기가 평면 아래쪽: α 형

                        이 구조에서 1번 탄소의 -OH기가 평면 위쪽: β 형

 

g. Fischer 투영식 ---> Haworth 투영식 전환

        탄소의 오른쪽 기 → 면의 아래쪽

        탄소의 왼쪽기 → 면의 위쪽

 

h. ① 피라노오스 (6각 고리)

   ② 푸라노오스 (5각 고리)

 

단당류의 반응

1) 산화

        헤미아세탈 --산화 --> 락톤 (이 과정에서 다른 물질을 환원시킴)

        그러므로 알도오스는 환원당

  시험법: ① Tollen 시약 [Ag(NH₃)₂⁺ → Ag 은거울 반응]

         ② Fehling 시약, ③ Benedict 시약 (Cu²⁺ → Cu⁺)

 

2) 환원

   알데히드 → 알코올 (알도오스 → 알디톨)

   예) 자일리톨, 소르비톨

 

3) 에스테르화 반응

   당의 -OH기 + 인산 --> 인산 에스테르 (예, glucose-6-phosphate)

 

4) 글리코시드 결합

  당의 -OH 기 + 당의 -OH 기 --> 글리코시드

  α형 당 (1번 탄소의 -OH기가 아래쪽) + 다른 당의 -OH --> α 결합

         예; α(1→4) 글리코시드 결합

  β형 당의 경우는 --> β 결합

 

당의 다른 유도체

N-아세틸 아미노당 (N-acetyl-β-glucosamine, N-acetyl-β-muramic acid...)

 

소당류

가장 중요한 것은 이당류

  수크로오스(설탕, sucrose), 락토오스(젖당, lactose), 말토오스(맥아당, maltose)

① 수크로오스

   α-D-글루코오스 + β-D-프룩토오스     : α,β(1→2)

   단맛 (대용품: 사이클라메이트, 사카린, 아스파르탐)

② 락토오스

   β-D-갈락토오스 + D-글루코오스       : β(1→4)

③ 말토오스

   α-D-글루코오스 +  α-D-글루코오스    : α(1→4)

④ 셀로비오스

   β-D-글루코오스 +  β-D-글루코오스    : β(1→4)

 

다당류

a. 셀룰로오스와 녹말, 글리코겐 (글루코오스의 동종 다당류)

   β-결합의 분해: 소, 말 등의 위, 흰개미 내장에 기생하는 박테리아(셀룰라아제)

 ① 녹말: 아밀로오스(선형 중합체) + 아밀로펙틴 (가지를 가진 중합체)

 ② 글리코겐: 아밀로펙틴과 비슷한 구조, 동물의 간 등에서 저장형

               

 

b. 키틴

    선형 동종다당류, β(1→4)결합

    단위체; N-아세틸-β-D-글루코사민 (NAG)

    곤충, 갑각류의 외골격(껍질)

 

c. 세포벽과 다당류

1) 박테리아의 세포벽

  (N-아세틸글루코사민 + N-아세틸무람산)이 기본 반복단위인 다당류

  NAM에 펩티드가 결합, 이 펩티드들이 다시 다른 펩타이드와 교차결합

   ---> 펩티도글리칸 구조 형성

 

2) 식물 세포벽

  거의 셀룰로오스 + 약간의 펙틴

  펙틴: D-galacturonic acid의 중합체, 잼, 젤리에 사용

 

d. 당단백질

적혈구막의 단백질에 결합된 탄수화물: 혈액형 결정(ABO식)[MJK]

 

     

 

   

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