탄수화물
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탄수화물(炭水化物)은 생명체가 생산하는 당이 기본이 되는 중합분자. 대개 (CH2O)n의 꼴로 쓸 수 있으므로 탄수화물(carbohydrate)이라고 부른다. 보통 5탄당 또는 6탄당이 기본이 되어 여러개가 연결되어 있는 중합분자를 구성하게 된다. 대표적인 탄수화물로 녹말, 셀룰로오스가 있으며 두가지 모두 포도당의 중합분자이다. 특정한 종류의 탄수화물은 동물과 식물을 포함한 생체내에서 에너지원으로 쓰인다. 탄수화물은 그 분자를 구성하는 탄소 원자의 수에 따라 포도당과 같은 단당류, 이당류, 올리고당, 다당류로 분류된다.
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[편집] 구조
순수한 탄수화물 분자는 탄소:수소:산소의 몰 비율이 1:2:1로 일정하며 일반식은 Cn(H2O)m이다. 탄수화물이라는 이름은 일반식이 마치 탄소에 물분자과 결합한 수화물을 형태를 띠고 있다고 하여 붙여졌지만 실제로 탄수화물 분자는 수화물은 아니다. 대부분의 단당류 분자들은 Cn(H2O)m의 일반식을 따르지만 디옥시리보오스나 글리세롤의 경우는 일반식을 만족시키지 않으며 엄밀히 말하자면 그 분자들은 탄수화물이라고 할 수 없다. 탄수화물의 정의가 모호한 만큼 분자들의 성질도 다르다. 가장 간단한 탄수화물은 포름알데히드(HCHO)이고 대부분의 단당류는 5탄당이나 6탄당이지만 9탄당 분자가 존재하기도 한다.
[편집] 단당류
단당류는 크게 첫번째 탄소원자가 알데히드기를 갖는 알도오스와 두번째 탄소원자가 케톤기를 갖는 케토오스로 분류할 수 있다. 또한 분자내 탄소원자의 수에따라 1탄당(포름알데히드) 부터 9탄당까지 분류할 수 있다. 예를 들자면 포도당은 알도헥소오스이고 과당(프룩토오스)은 케토헥소오스이며 리보오스는 알도펜토오스이다. 또한 수소기와 수산기의 배열에 따라 탄수화물은 많은 이성질체를 갖게 되는데 예를 들어 갈락토오스는 알도헥토오스로 포도당과 화학식이 똑같으나 성질은 많이 다르다. 또한 많은 단당류는 사슬구조와 고리구조를 모두 갖는데, 보통 고리 탄화수소를 형성할때는 첫번째 탄소와 마지막 탄소사이에 산소 원자가 놓이게 된다. 수용액에서는 이러한 사슬구조와 고리구조가 평형을 이루고 있다.
[편집] 이당류
이당류는 두개의 단당류분자가 결합해서 생성된다. 단당류가 결합하는 과정에서 한쪽 분자는 수소원자를 잃고 다른 원자는 히드록시기를 잃어 중간에 산소 원자가 놓이게 되고 그 결과로 물이 빠져나온다. 따라서 이당류들은 가수분해가 가능하다. 가장 잘 알려진 이당류로는 수크로오스(설탕, 포도당과 과당의 화합물), 락토오스(젖당, 포도당과 갈락토오스의 화합물), 말토오스(맥아당, 포도당끼리의 화합물)등이 있다. 두 헥소오스로 만들어진 이당류의 화학식은 C12H22O11이다.
[편집] 다당류
다당류는 단당류 분자들의 연쇄축합반응로 생성되는데 크게 녹말, 글리코겐, 셀룰로오스로 구분한다. 녹말은 수 만개의 알파 포도당 분자가 결합하여 생성되는데 곁가지의 유무에 따라 다시 아밀로펙틴과 암밀로오스로 나누기도 한다. 대부분의 식물 세포는 에너지를 녹말의 형태로 저장한다. 동물은 대부분의 에너지를 지방의 형태로 저장하지만 간이나 근육에는 소량의 글리코겐이 들어있다. 글리코겐의 합성과 분해는 인슐린과 글루카곤의 영향을 받는데 인슐린은 혈당을 낮추는데 작용하며 포도당을 글리코겐으로 바꾸고 글루카곤은 반대로 글리코겐을 분해하여 포도당을 생성하여 혈당을 높이는데 작용한다. 글리코겐 또한 녹말과 같이 알파 포도당 분자로 이루어져 있으나 녹말에 비해 곁가지의 수가 훨씬 더 많다. 셀룰로오스는 수 만개의 베타 포도당 분자가 결합하여 생성되며 대부분의 식물은 셀룰로오스로 골격을 만든다. 셀룰로오스는 또한 식물 세포벽의 주 구성요소이다. 인간은 셀룰로오스를 분해할 수 없지만 대부분의 초식동물은 셀룰라아제를 갖고 있거나 그렇지 않으면 셀룰로오스를 분해하는 박테리아를 갖고 있다. 소 안에 들어있는 박테리아는 셀룰로오스를 분해하여 최종적으로 메탄 가스를 만들며, 일부 과학자들이 소 트림이 메탄 가스 생성의 주 원인이라고 주장하고 있다. 셀룰로오스는 녹말이나 글리코겐과는 달리 사슬형태로만 존재한다. 또한 셀룰로오스는 물 분자를 잘 흡수하는데 이는 섬유소가 변비를 해소하는데 중요한 역할을 한다는 것과 관련이 깊다.
[편집] 작용
셀룰로오소는 대부분의 식물의 구성성분이며 녹말은 식물에서 에너지원을 저장하는데 쓰인다. 인간은 대부분의 탄수화물을 지방의 형태로 합성하지만 소량을 간이나 근육에 글리코겐의 형태로 저장한다. 포도당은 대부분의 생물체에서 주 에너지원으로 쓰이는데 한개의 포도당이 분해되면 대략 37개의 ATP를 합성할 수 있으며 포도당 1g은 약 4kcal을 열량을 낼 수 있다. 동물의 뇌세포는 포도당만을 에너지원으로 쓸 수 있으며 따라서 혈당량은 뇌 기능에서 매우 매우 중요하다.
