[생화학] 6.1 : 단당류(monosaccharide) - 2

 

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에 이어 단당류에 대해 알아보자.

 

 

 

이전 포스트에서 알아본 aldehyde, ketone의 carbon은 electrophilic한 반면 alcohol의 O는 nucleophilic함. 따라서 그 결과 아래와 같이 hemiacetal, hemiketal, acetal, ketal 형성 반응이 일어날 수 있음.

 

 

 

 

보면 alcohol의 O가 aldehyde, 혹은 ketone의 carbonyl C를 공격해서 hemiacetal, 혹은 hemiketal이 만들어짐. 이후 이들에 또 다른 alcohol이 들어가게 되면 비로소 acetal, 혹은 ketal이 만들어지게 됨.

 

 

 

 

실제로 이 원리를 이용해 위와 같이 monosaccharide의 cyclization이 일어남. 보면 내부의 OH가 aldehyde를 공격해서 그 결과 ring structure가 만들어지게 됨. 이 때 만들어지는 hemiacetal의 중심 C를 anomeric carbon이라 하며, 이 C를 중심으로 OH가 CH2OH와 반대쪽에 있으면 α, 같은 쪽에 있으면 β라고 함. 그리고 이 두 conformation 관계를 일컬어 anomer라고 함. 이 때 α, β form은 서로 interconversion될 수 있으며, 이 때의 변환 과정을 mutarotation이라 부름.

 

 

 

 

실제로 위 그림 오른쪽처럼 고리 구조를 표현해주는 방법을 Haworth perspective라 함. 이 때 흥미롭게도 6번 위치의 CH2OH가 고리 위쪽으로 튀어나와 있을경우 D form, 아래쪽으로 내려가 있을 경우 L form으로 볼 수 있음.

 

 

 

실제로 위와 같이 glucose, fructose 모두 고리를 형성할 수 있음. 이 때 6각고리를 pyran, 5각고리를 furan으로 명명하므로 6각고리의 당을 pyranose, 5각고리의 당을 furanose로 명명 가능함.

 

 

 

 

한편 D-fructose는 위 그림 위쪽과 같은 우리가 흔히 생각 가능한 형태의 furanose 형성 뿐 아니라 위 그림 아래와 같은 반응에 의해 드물지만 fructopyranose를 형성하게 될 수도 있음.

 

 

 

 

위 그림은 6각형의 cyclized monosaccharide가 가질 수 있는 여러 가지 conformation이 나타나 있음. 보면 chair와 boat가 있는데, 이들 conformation 간에 전환이 일어날 때는 상당한 에너지가 소모됨.

 

 

 

 

 

참고로 위와 같이 다양한 종류의 hexose derivative가 형성될 수 있음.

 

 

 

 

한편 위 그림을 보면 알 수 있는 것처럼 ring formation에 의해 생성된 hemiacetal C는 ring open을 통해서 잠재적으로 aldehyde가 될 수 있고, 이 상태에서 Tollens' test, Fehling's test와 같이 ion들을 reducing하는 조건에 넣어주게 되면 metal의 reduction와 coupling되어서 이들이 COOH로 oxidation될 수 있음. 따라서 이 때 hemiacetal을 가진 sugar를 reducing sugar라고 부름.

 

 

이를 이용할 시 colorimetric한 glucose analysis를 할 수 있고, 이를 이용해 당뇨 등을 진단할 수 있음.

 

 

 

 

 

보면 β-D glucose가 glucose oxidase에 의해서 δ-D gluconolactone로 바뀌게 되면서 동시에 산소가 hydrogen peroxide로 바뀌게 됨. 이 hydrogen peroxide 양을 indirect하게 측정하는 방식으로 혈당량을 측정하게 됨. 일단 이 hydrogen peroxide가 다시 산소로 돌아가는 과정에서 방출되는 전자를 전류로 측정해 혈당을 측정할 수 있음. 그 밖에 hydrogen peroxide가 물로 reduction되는 과정에서 다른 물질이 oxidation될 때 색깔이 바뀌게 되면 색 변화로도 sugar level을 measure하는 것이 가능함.

 

 

 

 

한편 혈내에 당이 너무 많아지게 되면 위와 같이 hemoglobin과 같은 단백질에 glucose가 붙어버릴 수 있음. 보면 glucose의 aldehyde와 hemoglobin의 amine group이 서로 반응해 schiff base를 형성하고 뒤이어서 결과적으로 AGE(advanced glycation end product)가 만들어지게 됨. 이런 AGE는 protein의 원래 활성을 잃어버리게끔 하므로 이 녀석이 더 많아지게 될 시 대사질환으로 이어질수도 있음.

 

 

 

 

실제로 이러한 AGE는 노화가 진행될수록 더 많이 누적되는 경향이 있고, 특히 당뇨같은 질환이 심해지면 심해질수록 AGE 누적량도 점점 증가한다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

다음 포스트에서는 이당류(disaccharide)에 대해 알아보자.