3 생물학적 분자들 1
광우병 소 해면뇌병증(BSE)에 감염된 소고기를 먹어 사람에게 전염 전 세계적으로 약 200명이 인간형 BSE (변형 Creutzfeldt-Jacob disease (vCJD))로 사망 치명적인 질병 뇌에 현미경적인 구멍들이 뚫려 스펀지와 같은 모양 원인: 소의 사료에 scrapie 에 감염된 양의 고기가 들어갔기 때문, 영국에서 처음 발생 원인물질: “prion” 단백질
수소 C 탄소 질소 산소 N O H
유기분자 : 탄소 골격, 수소 원자를 함유하는 분자 - 결합능력이 많아 다양한 유기물 분자 가능 - 유기물의 탄소골격에는 기능기가 부착 됨 - 단일결합, 이중결합, 삼중결합 가능 무기분자: 이산화탄소, 탄소를 갖지 않는 모든 분자들 - 예: 물,소금 등
그림 3-2 탈수축합 탈수 축합 6
Figure 3-3 가수분해 가수분해 7
기능기 : 분자의 특성과 화학반응성을 결정하는 원자들의 집단
3.2 How Are Organic Molecules Synthesized? 생물학적 분자 탄수화물 지질 단백질 뉴클레오티드/핵산
Table 3-2 (1 of 2)
3.2 How Are Organic Molecules Synthesized? 탄수화물
그림 3-4 물에서 당의 용해 물 수소결합 수산기 12
단량체 (monomers) : 개개의 구성단위 다량체 (polymers): 단량체들의 긴 연쇄 탈수축합반응 가수분해 반응
3.3 What Are Carbohydrates? 탄수화물 : C, H, and O = 1:2:1 단당류 (monosaccharide) 이당류 (disaccharide) 다당류 (polysaccharide) 중요한 에너지원 작은 탄수화물은 수용성
Monosaccharides (단당류) 6 6 5 5 2 4 1 4 3 3 1 2 과 당 젖 당 Fig. 3-5
Ribose Sugars (리보오즈 당) RNA 구성 DNA 구성 ribose deoxyribose Note “missing” 5 4 3 2 1 Note “missing” oxygen atom RNA 구성 DNA 구성 Fig. 3-6
이당류(Disaccharides) 두개의 단당류가 축합반응에 의해 연결 단기적인 에너지 저장 수단으로 사용 에너지가 필요할 때 단당류로 분해
이당류의 예 Sucrose (table sugar) = glucose + fructose Lactose (milk sugar) = glucose + galactose Maltose (malt sugar) = glucose + glucose 수크로오스 (설탕) 포도당 과당 락토오스 (유당) 포도당 갈락토오스 말토오스 (맥아당) 포도당 포도당
다당류(polysaccharides) 세개 이상의 단당류가 축합반응에 의해 연결 에너지 저장 수단: 녹말, 셀룰로오스, 글리코겐 녹말 과립 감자 세포 녹말 분자 녹말 분자의 상세 구조
목재에서 셀룰로오스는 주요 구성분이다 세포벽을 가진 식물세포 확대시킨 세포벽의 셀룰로오스 섬유들 셀룰로오스 분자의 상세 구조 그림 3-10 셀룰로오스의 구조와 기능 목재에서 셀룰로오스는 주요 구성분이다 세포벽을 가진 식물세포 확대시킨 세포벽의 셀룰로오스 섬유들 셀룰로오스 분자들을 연결하는 수소결합 셀룰로오스 분자 다발 셀룰로오스 섬유 번갈아 뒤집힌 결합 형태는 녹말과 차이가 있다 셀룰로오스 분자의 상세 구조 20
Starch is an Energy-Storing Plant Polysaccharide 셀룰로오스: 가장 중요한 생물체구조물질 식물의 세포벽 주성분 동물은 분해 불가능 Fig. 3-8
키틴 Fig. 3-10
3.4 지질이란 무엇인가? 지방 Fig. 3-11a
Lipids in Nature: Wax Fig. 3-11b
3.4 What Are Lipids? 지질: 탄소-탄소, 탄소-수소 결합으로 구성 종류 비극성 탄화수소의 긴 체인으로 구성 소수성, 불수용성, 식물과 동물 몸의 불투수성 표면 형성 에너지 저장물질 세포막의 주성분 일부는 호르몬 형성 종류 기름, 지방, 및 밀랍 등: 탄소, 수소, 산소만으로 구성 인지질:인과 질소로 구성 스테로이드: 연결된 고리구조, 탄소, 수소, 산소로 구성
Triglyceride: 포화지방산, 불포화지방산으로 구성 glycerol fatty acids triglyceride Fig. 3-12
A Fat: 포화지방산으로 구성 Fig. 3-13a
An Oil: 불포화지방산으로 구성 Fig. 3-13b
Steroids Fig. 3-15
Phospholipids (인지질) Fig. 3-14
3.4 단백질이란 무엇인가?
Structural Proteins (구조단백질) Fig. 3-16
단백질 아미노산의 연쇄적 구조: 펩티드결합 모든 아미노산의 구조는 유사 Cysteine의 R groups: disulfide bridges 형성 amino group hydrogen Variable group carboxylic acid group
친수성 작용기 소수성 작용기 황을 함유한 작용기 글루탐산 (glu) 아스파르트산(asp) 페닐알라닌(phe) 류신(leu) 그림 3-19 아미노산의 다양성 글루탐산 (glu) 아스파르트산(asp) 친수성 작용기 페닐알라닌(phe) 류신(leu) 시스테인(cys) 소수성 작용기 황을 함유한 작용기 34
단백질 합성 아미노산 아미노기 펩티드 물 결합 카복실산기 탈수축합 Fig. 3-19
3.5 단백질이란 무엇인가? 단백질은 4 단계의 구조를 가질 수 있다. 1차 구조(Primary structure)는 단백질에서 함께 연결된 아미노산의 서열이다. 2차구조(Secondary structure)는 나선(helix) 또는 병풍구조(pleated sheet)이다. 3차 구조(Tertiary structure)는 이황화 다리, 소수성/친수성 상호작용, 다른 결합들에 의해 결합된 단백질 사슬이 복잡하게 접힌 구조이다. 4차 구조(Quaternary structure)는 다양한 단백질 사슬이 서로 연결된 구조이다.
그림 3-21 단백질의 4단계 구조 1차 구조: 펩티드 결합으로 연결된 아미노산 서열 2차 구조: 보통 수소 결합으로 유지되며 이 경우 나선 모양을 가짐 leu val 헴기 lys lys gly his 수소 결합 ala lys val 4차구조: 개별 폴리펩티드 사이의 수소결합 혹은 이황화 다리를 통해 연결됨 3차 구조: 주위의 물 분자와의 수소결합과 두 개의 시스테인 사이의 이황화 다리에 의하여 나선이 접혀짐 lys 나선 pro 37
2차 구조: 알파 나선 구조 및 베타 병풍 구조 hydrogen bond pleated sheet (베타 병풍구조) Fig. 3-21
그림 3-22 병풍과 실크 단백질의 구조 수소결합 병풍의 적층 무질서하게 배치된 적층 실크 줄 병풍구조 실크의 구조 39
Protein Folding: 3차구조 형성 이황화다리 형성
Fig. 3-18
단백질의 변성 단백질의 특성: 3차구조 중요 아미노산의 정확한 유형과 위치 및 수에 의하여 단백질의 구조와 생물학적 기능 결정 아미노산의 정확한 유형과 위치 및 수에 의하여 단백질의 구조와 생물학적 기능 결정 헤모글로빈의 3차구조 극성 아미노산은 바깥쪽에 위치, 헤모글로빈이 적혈구 세포질에 녹아있도록 함 친수성인 아미노산이 친수성 아미노산으로 바뀌면 단백질 기능에 변화 없음 친수성 아미노산이 소수성 아미노산으로 바꾸면 헤모글로빈 분자에 엄청난 변화 변성: 1차 구조는 그대로, 2차, 3차, 4차구조가 변함 변성된 단백질: 특성도 변하여 기능을 수행하지 못함 Fig. 3-18
3.6 핵산과 뉴클레오티드 Nucleotides의 기능 에너지 운반자 세포 내 전령 고분자(다량체)인 핵산을 구성 구성요소: 3부분 5탄당, 인산기, 질소를 함유하는 염기(base)
그림 3-23 디옥시리보오스 뉴클레오티드 인산기 염기 당 44
3.6 뉴클레오티드와 핵산이란 무엇인가? 뉴클레오티드(Nucleotide) 는 에너지 운반과 세포 내 전령 역할을 수행한다 아데노신 3인산(Adenosine triphosphate, ATP)은 3개의 인산기를 가진 디옥시리보오스 뉴클레오티드이다. 리보오스 뉴클레오티드의 일종인 고리형 아데노신 1인산(cAMP)은 세포에서 전령 역할을 하는 분자이다. 전자운반자(Electron carriers)로 알려진 뉴클레오티드(NAD and FAD)는 에너지를 고에너지 전자 형태로 전달한다.
그림 3-24 에너지 운반 분자인 아데노신 3인산(ATP) 46
3.6 뉴클레오티드와 핵산이란 무엇인가? 유전물질인 DNA와 RNA는 핵산이다 핵산(Nucleic acid)은 탈수축합에 의해 긴 사슬로 서로 붙어 있는 단량체가 형성한 중합체이다.
3.6 뉴클레오티드와 핵산이란 무엇인가? 유전물질인 DNA와 RNA는 핵산이다(계속) 핵산(nucleic acid)의 두 가지 유형의 중합체: DNA (deoxyribonucleic acid): 염색체에 존재. 단백질을 만드는데 필요한 유전 정보 운반. 각각의 DNA 분자는 수소결합으로 연결된 이중나성을 형성하는 두 개의 뉴클레오티드 사슬로 구성되어 있다. RNA (ribonucleic acid): kes copies of DNA 복제. 단백질 합성에 직접적으로 사용됨.
3.6 What Are Nucleic Acids? DNA (deoxyribonucleic acid): 염색체 내에 존재, 단백질 합성을 위한 유전적 정보 제공, 이중나선 RNA (ribonucleic acid): 단백질 합성을 위해 DNA의 정보를 전달, 단일가닥
그림 3-25 DNA 수소결합 50