핵심 개념
이 기사에서는 3 가지 주요 탄수화물 클래스의 탄수화물 구조 및 특성에 대해 배웁니다 :단당류, 올리고당 및 다당류.
탄수화물
탄수화물은 인생에서 가장 중요한 분자 중 하나입니다. 구체적으로, 탄수화물은 에너지 단위로서의 기능으로 알려져 있기 때문에“탄수화물”은 인간식이 요법의 필수 부분입니다. 실제로, 그들은 단당류 또는 "설탕"의 형태로 에너지 저장, 다당류 및 에너지 소비의 형태로 중요한 역할을합니다. 또한, 탄수화물은 식물과 박테리아에서 세포벽의 성분으로서 구조적 기능을 갖는다. 세포막에 부착 된 설탕의 독특한 사슬이 세포의 유형과 종을 인식 할 수있는 "지문"을 제공하기 때문에 탄수화물은 또한 세포 식별을 돕습니다.
.대사, 구조 및 식별에서의 중요한 기능은 탄수화물 구조 및 특성에 의해 허용됩니다. 우리가 볼 수 있듯이 탄수화물은 현저한 구조적 다양성을 가지고 있습니다.
단당류 구조 및 특성
단당류는 가장 간단한 탄수화물 분자입니다. 실제로, 단당류는 더 큰 탄수화물의 단량체이며, 이는 이들이 가장 작은 탄수화물 구조 및 특성 단위이며 더 큰 분자의 빌딩 블록을 형성한다는 것을 의미한다. 모든 단당류는 C (N) H (2n) O (N)의 화학적 공식을 가지며, 브랜치 체인의 기본 구조를 갖는다. 선형 분자 (Fischer Projection)로 설명 될 때, 단당류는 하나의 탄소에 카르 보닐기를 부착하는 반면, 다른 탄소는 기능적 그룹으로 알코올 그룹을 갖는다.
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생화학자는 카르 보닐의 위치에 기초한 단당류의 탄소를, 탄소 1에 가장 가깝고,
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이성질체
생화학 자들은 단당류를 카르보닐기의 위치에 따라 다르게 분류합니다. 탄소 사슬의 한쪽 끝에서 카르 보닐을 갖는 단당류를 알 도스라고하며, 카르 보닐에 의해 형성된 알데히드 그룹을 참조한다. 대조적으로, 내부 탄소에 카르 보닐을 사용한 단당류는 케토스라고하며 결과적인 케톤을 참조합니다.
동일한 수의 탄소를 가진 단당류 사이에서, 알도스와 케토스는 화학자들이 서로“헌법 이성질체”라고 부르는 것입니다. 이것은 그들이 동일한 화학적 공식을 가지고 있지만 원자들 사이의 연결성이 다르다는 것을 의미합니다.
또한, 많은 단당류는 서로 거울상 이성질체 또는 거울 이미지입니다. 생화학 자들은 문자 D와 L을 사용하여 단당류 거울상 이성질체를 구별합니다. 피셔 투영에서, d 대 L의 지정은 카르 보닐에서 가장 먼 키랄 탄소의 하이드 록실 그룹의 방향에 의존한다. 구체적으로, D 당은 하이드 록실 그룹이 오른쪽으로 가리키는 반면, L 당은 왼쪽 포인트 히드 록실기를 갖는다. 흥미롭게도 생물학적 시스템은 각각의 단당류의 한 거울상 이성질체 만 사용하며 d 확인.
사이클링
피셔 투영의 유용성에도 불구하고, 대부분의 5 또는 6 단당은 일반적으로 독특한 탄수화물 구조 및 특성으로 인해 주기적 분자 구조를 갖는다. 산 촉매를 사용하여, 단당류는 자발적으로 카르만 닐 그룹이 탄소 4 또는 5의 하이드 록실에 의해 공격을받는 순환 반응을 겪습니다. 이것은 알도스와 케토스 둘 다에서 발생하여, 부원 중 한 명이 히드 록 실. 
생화학 자들은 사이 클릭 형태의 단당류를 그들의 설탕을 추가로 분류하는 데 사용되는 탄수화물 다이어그램 인 Haworth projection이라고 부릅니다. 예를 들어, 생화학 자들은 5 개의 멤버 고리를 푸라 노스로, 6 인의 고리를 피라노스로 분류합니다.
흥미롭게도, 탄수화물의 독특한 특성 중 하나는 5 개 이상의 탄수화물을 갖는 모든 단당류가 푸라 노스 또는 피라노스를 형성 할 수 있다는 것이다. 그러나 6 원 고리는 일반적으로 5 원 고리보다 항상 링 스트레인이 적기 때문에 피라노는 더 일반적이며 안정적입니다.
또한, 단당류 고기화는 카르 보닐이 나른 탄소가 키랄이되는 것을 초래한다. 탄소의 두 번의 키랄 위치는 순환으로부터 가능하며, 생화학 자들은“아노머”라는 용어를 사용하여 이들 위치에 대해서만 다른 단당류를 구별합니다. 따라서 생화학 자들은 카르 보닐을“아노 머 탄소”로 운반하는 탄소를 부릅니다.
"알파"와 "베타"라는 용어는이 두 이성질체를 설명합니다. 베타 이성질체는 탄소 6과 동일한 방향을 가리키는 아노 머 히드 록 실기를 가지고 있으며, 알파 이성질체는 반대 방향으로 가리키는 아노 머 히드 록 실기를 가지고 있습니다.
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다른 카르 보닐-addition 반응에 따라, 순환 화는 일반적으로 특정 키랄 위치를 선호하지 않으므로 유기체는 일반적으로 두 가지 아노 미터를 갖는다. 그러나 일부 단당류의 아노 미자는 다른 단당보다 안정적입니다. 예를 들어, 베타 글루코스는 알파 글루코스보다 안정성이 더 높습니다.
단당류 예
생물학적 기능을 제공하는 일부 단당류를 살펴 보겠습니다
리보스 (alpha-d-ribofuranose)
포도당 (베타 -D- 글루코 피라 노스)
갈락토스 (Beta-d-galactopyranose)
과당 (Beta-d-fructofuranose)
올리고당 구조 및 특성
종종, 일부 단당류는 올리고당이라고하는 구조로 응집 될 것이다. 많은 올리고당은 식물 시럽 (수 크로스), 우유 (유당) 및 맥아 설탕 (Maltose)의 주요 탄수화물 인 이당류라고 불리는 단당 2 개만 있습니다.
다른 일반적인 올리고당 구조는 세포 외부의 막 단백질 또는 지질에 부착하는 분지 사슬을 포함한다. 이들 탄수화물 사슬의 서열 및 화학은 각 세포 유형에 고유 한 경향이 있으며, 진핵 생물 유기체에서 세포 식별을 허용한다.
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글리코 시드 링키지
단당류는 글리코 시드 링크를 사용하여 서로 부착되며, 이는 2 개의 탄수화물 고리를 연결하는 산소 원자를 포함한다. 글리코 시드 링크 형성은 일종의 축합 반응으로, 하나의 설탕 및 다른 설탕의 전체 하이드 록실 그룹의 하이드 록실 그룹의 수소가 손실되어 부산물로서 물을 형성합니다. 순환과 마찬가지로, 이것은 산 촉매도 포함됩니다.
또한, 모든 글리코 시드 링크는 적어도 하나의 아노 머 탄소를 포함한다. 관련된 아노 머 탄소의 키랄성은 글리코 시드 연계가 "알파"또는 "베타"로 분류되는지 여부를 결정합니다. 예를 들어, 락토스는 항상 베타 글리코 시드 링키지를 가지고 있습니다. 베타 갈락토스의 아노 머 탄소는 항상 포도당의 탄소 4와의 연계를 형성하기 때문입니다.
.반대로, 글리코 시드 링크는 가수 분해 반응을 뚫고, 이는 본질적으로 반대되는 응축입니다.
다당류 구조 및 특성
또한, 단당류는 다당류라고 불리는 큰 중합체 구조를 형성 할 수있다. 종종 유기체는 에너지 저장 또는 구조적 안정성을 위해 다당류를 사용합니다.
에너지 저장의 경우 동물은 글리코겐이라는 다당류를 사용하는 반면 식물은 전분이라는 것을 사용합니다. 글리코겐과 전분은 모두 카본 1과 4 사이에있는 대부분의 알파 -1,4 글리코 시드 링크와 연결된 알파 글루코스로 구성되어 있습니다. 때때로 Alpha-1,6 연결은 체인에 나타나서 체인 분기가 발생합니다.
글리코겐은 8-10 개의 포도당마다 분기되는 경향이있는 반면, 전분의 분지 성분 인 아밀로펙틴은 12-20 개의 포도당마다 분기를냅니다. 또한 Starch에는 Amylase라는 성분이 있으며, 이는 단순하고 방해받지 않은 나선을 형성합니다.
구조적 안정성을 위해 식물은 다당류 셀룰로오스를 사용합니다. 전분 및 글리코겐과 달리 셀룰로오스는 베타 글루코스 및 베타 -1,4 연결을 사용합니다. 또한, 각각의 교류 포도당은 뒤집힌 방향을 가지고있어 나선보다는 직선 체인을 초래합니다. 세포벽을 형성하기 위해, 포도당 사슬은 서로 옆에 놓여서 셀룰로오스 시트를 형성하고, 수소 결합에 의해 강하게 고정된다.
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다른 세포 벽 형성 다당류에는 곰팡이에서 발견 된 키틴 및 박테리아에서 발견되는 펩티도 글리 칸이 포함됩니다. 이들 다당류는 모두 화학적으로 변형 된 알파 글루코스와 베타 -1,4 연결을 사용한다.
