[생화학] 12.2 : 생화학 반응의 화학반응적 이해

 

 

이번 포스트에서는 생화학 반응에 대해 화학반응의 측면에서 살펴보자.

 

 

 

 

위 그림에는 주기율표가 나타나 있으며, 이 중에서도 생체 내 반응에서 특히 중요한 것이 바로 C, O, H, N, P, S 등임.

 

 

 

 

 

 

위 자료는 C에 의해 형성될 수 있는 여러 가지 다양한 결합들에 대해 나타내주고 있으므로 참고할 것.

 

 

 

 

 

 

한편 위 자료는 다양한 작용기의 이름과 구조를 나타내 보여주고 있음. 이들의 이름에 대해서는 어느 정도 기억해놓을 필요가 있음. 참고로 특별히 phosphoanhydride는 ATP에서 typical하게 발견되는 moiety임.

 

 

대부분의 화학반응은 C-C bond를 형성시키거나 분해시키는 반응, polar bond를 형성시키거나 분해시키는 반응, internal rearrangement, elimination, group transfer, oxidation-reduction 반응 등으로 카테고리를 묶을 수 있음.

 

 

 

우선 cleavage에 대해 생각해보면, cleavage는 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 homolytic cleavage와 heterolytic cleavage로 나눌 수 있음. 이 중 homolytic cleavage는 cleavage시 전자가 균등분배되는 것으로, 이 결과 carbon radical이 생길 수 있음. 한편 heterolytic cleavage는 cleavage 시 전자가 불균등하게 분배되는 것임. 특히 이 경우 전자가 탄소 쪽으로 다 몰릴 시 carbanion이, 전자 2개가 탄소를 다 떠나게 되면 carbocation이 생성되게 됨.

 

 

 

 

다음으로 nucleophile과 electrophile에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에서도 알 수 있는 것처럼 nucleophile은 전자를 풍부하게 가지고 있으면서 핵, 혹은 partially positive한 부분을 공격하기를 좋아하는 성질을 띄는 녀석을 의미함. 한편, nucleophile에게 공격을 받는, 전자를 좋아하는 녀석은 electrophile이라 부름.

 

 

 

위 그림에는 nucleophilic carbon-carbon bond formation reaction의 대표적인 예시들이 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

 

우선 aldol condensation에 대해 먼저 알아보자. 보면 이 경우 carbanion이 aldehyde, 혹은 ketone을 공격하고, 그 결과 β C에 OH를 가진 생성물이 형성되게 됨.

 

 

Claisen ester condensation에서도 유사하게 carbanion이 인근 carbonyl group을 공격하여 condensation이 이루어짐.

 

 

 

마지막으로 β-keto acid의 decarboxylation 반응을 보면, 이 경우 carboxyl group에서 - charge를 띄는 O 부분이 가운데 C를 공격하며, 결과적으로 CO2의 형태로 빠져나오게 됨.

 

 

 

 

한편 addition-elimination reaction은 위와 같이 일어날 수 있음. 보면 H, OH 하나씩이 물로 떨어져나간 다음 이중결합이 형성되게 됨.

 

 

 

 

그 밖에 위 그림에 묘사된 것과 같은 isomerization도 일어날 수 있음. 특별히 이 반응은 glycolysis 과정에서 G6P가 F6P로 바뀌는 반응임. 이 반응을 자세히 살펴보면 G6P에서 있었던 aldehyde가 사라지고 F6P 내부의 ketone group이 생기게 됨. 이에 대한 조금 더 구체적인 mechanism은 (b)와 같음. 이 때 base가 관여한다는 것이 특징적임. 세부적인 사항은 위 그림을 참고할 것.

 

 

 

그 밖에 위 그림에 나타나 있는 것처럼 free radical도 chemical reaction에 참여할 수 있음.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 ATP에 대해 알아보자.