다당류

다당류 ( / ˌ p ɒ l i ˈ s æ k ə r aɪ d / ) 또는 다 탄수화물 은 식품 에서 발견되는 가장 풍부한 탄수화물 입니다. 그들은 글리코시드 결합 에 의해 함께 결합된 단당류 단위 로 구성된 장쇄 고분자 탄수화물 입니다. 이 탄수화물은 아밀라아제 효소 를 촉매로 사용하여 물과 반응( 가수분해 ) 할 수 있으며, 이는 구성당( 단당류 , 또는올리고당 ). 선형에서 고도로 분지된 구조까지 다양합니다. 예로는 전분 , 글리코겐 , 갈 락토겐과 같은 저장 다당류와 셀룰로오스 및 키틴 과 같은 구조적 다당류가 있습니다.

다당류는 종종 반복 단위의 약간의 변형을 포함하는 매우 이질적입니다. 구조에 따라 이러한 거대 분자 는 단당류 빌딩 블록과 다른 특성을 가질 수 있습니다. 그들은 무정형 이거나 물에 녹지 않을 수도 있습니다 . ^[1]

다당류의 모든 단당류가 같은 유형이면 다당류를 호모 다당류 또는 호모글리칸이라고 하고, 단당류의 유형이 두 가지 이상인 경우에는 헤테로 다당류 또는 헤테로글리칸 이라고 합니다. ^{[2] [3]}

천연 당류는 일반적으로 n 이 3 이상인 일반식 (CH ₂ O) _n 을 갖는 단당류 라고 하는 단순 탄수화물로 구성됩니다. 단당류의 예로는 포도당 , 과당 및 글리세르알데히드 가 있습니다. ^[4] 한편, 다당류는 일반식 C x ₍ H ₂ O) _y 를 가지며 여기서 x 는 일반적으로 200에서 2500 사이의 큰 수입니다 . 이 경우 일반 공식은 (C ₆ H₁₀ O ₅ ) _n , 여기서 일반적으로 40 ≤ n ≤ 3000 입니다.

일반적으로 다당류는 10개 이상의 단당류 단위를 포함하는 반면 올리고당류 는 3-10개의 단당류 단위를 포함합니다. 그러나 정확한 컷오프는 관례에 따라 다소 다릅니다. 다당류는 생물학적 고분자 의 중요한 부류입니다 . 살아있는 유기체에서 그들의 기능 은 일반적으로 구조 또는 저장과 관련이 있습니다. 전분 (포도당 중합체)은 식물에서 저장 다당류로 사용되며, 아밀로스 와 분지형 아밀로펙틴 의 형태로 발견됩니다 . 동물에서 구조적으로 유사한 포도당 중합체는 더 조밀하게 분지된 글리코겐 입니다., 때때로 "동물성 전분"이라고 불립니다. 글리코겐의 특성으로 인해 더 빠르게 대사될 수 있어 움직이는 동물의 활동적인 삶에 적합합니다. 박테리아 에서는 박테리아의 다세포성에서 중요한 역할을 합니다. ^[5]

셀룰로오스 와 키틴 은 구조적 다당류의 예입니다. 셀룰로오스는 식물과 다른 유기체 의 세포벽 에 사용 되며 지구상 에서 가장 풍부한 유기 분자 로 알려져 있습니다. ^[6] 제지 및 섬유 산업에서 중요한 역할을 하는 등 많은 용도를 가지며 레이온( 비스코스 공정을 통해), 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로이드 및 니트로셀룰로오스의 생산을 위한 공급 원료로 사용됩니다. 키틴은 유사한 구조를 가지고 있지만 질소 를 함유한 측가지를 가지고 있어 강도를 높입니다. 절지동물 의 외골격 과 일부 균류 의 세포벽에서 발견됩니다.. 또한 외과용 실 을 포함하여 여러 용도로 사용됩니다 . 다당류에는 또한 칼로스 또는 라미나린 , 크리솔라미나린 , 자일란 , 아라비노자일란 , 만난 , 후코이단 및 갈락토만난 이 포함 됩니다.

기능

구조

영양 다당류는 일반적인 에너지원입니다. 많은 유기체는 전분을 포도당으로 쉽게 분해할 수 있습니다. 그러나 대부분의 유기체는 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 , 키틴 및 아라비노자일란 과 같은 기타 다당류를 대사할 수 없습니다 . 이러한 탄수화물 유형은 일부 박테리아와 원생생물에 의해 대사될 수 있습니다. 예를 들어 반추동물 과 흰개미 는 미생물을 사용하여 셀룰로오스 를 처리 합니다. ^[7]

이러한 복합 다당류는 소화가 잘 되지 않지만 인간에게 중요한 식이 요소를 제공합니다. 식이 섬유 라고 하는 이 탄수화물은 다른 이점 중에서도 소화를 향상시킵니다. 식이섬유의 주요 작용은 위장관 내용물의 성질을 변화시키고 다른 영양소와 화학물질이 흡수되는 방식을 변화시키는 것입니다. ^{[8] [9]} 가용성 섬유소 는 소장에서 담즙산 과 결합하여 체내로 들어갈 가능성을 줄입니다. 이것은 차례로 혈중 콜레스테롤 수치를 낮춥니다. ^[10]수용성 섬유질은 또한 당의 흡수를 약화시키고 식후 당 반응을 감소시키며 혈중 지질 수치를 정상화하고 일단 결장에서 발효되면 광범위한 생리 활성을 갖는 부산물로 짧은 사슬 지방산을 생성합니다(아래 논의 참조). 불용성 섬유질은 당뇨병 위험 감소와 관련이 있지만 이것이 발생하는 메커니즘은 알려져 있지 않습니다. ^[11]

아직 공식적으로 필수 다량영양소로 제안되지는 않았지만(2005년 현재), 식이 섬유는 그럼에도 불구하고 많은 선진국의 규제 당국이 섬유 섭취의 증가를 권장하는 식단에 중요한 것으로 간주됩니다. ^{[8] [9] [12] [13]}

저장 다당류

전분

전분 은 글루코피라노스 단위가 알파 결합에 의해 결합된 포도당 중합체입니다 . 아밀로오스 (15-20%)와 아밀로펙틴 (80-85%) 의 혼합물로 구성됩니다 . 아밀로스는 수백 개의 포도당 분자의 선형 사슬로 구성되며, 아밀로펙틴은 수천 개의 포도당 단위로 구성된 분지형 분자입니다(24-30개의 포도당 단위의 모든 사슬은 아밀로펙틴의 한 단위입니다). 전분은 물 에 녹지 않습니다 . 그들은 α- 결합(글리코시드 결합)을 파괴함으로써 소화될 수 있습니다. 인간과 다른 동물 모두 아밀라아제를 가지고 있어 녹말을 소화할 수 있습니다. 감자 , 쌀 ,밀 , 옥수수 는 인간 식단에서 전분의 주요 공급원입니다. 녹말의 형성은 식물이 포도당 을 저장하는 방식입니다 . ^{[ 인용 필요 ]}

글리코겐

글리코겐은 동물 및 곰팡이 세포 에서 2차 장기 에너지 저장 역할을 하며 1차 에너지 저장은 지방 조직 에 저장 됩니다. 글리코겐은 주로 간과 근육 에 의해 만들어지지만 뇌 와 위장 내에서 글리코겐 생성 에 의해서도 만들어질 수 있습니다 . ^[14]

글리코겐은 식물 의 포도당 중합체인 전분 과 유사하며 때로는 동물성 전분 이라고도 하며 ^[15] 아밀로펙틴 과 유사한 구조를 갖지만 전분보다 더 광범위하게 분지되고 조밀합니다. 글리코겐은 연결된 α(1→4) 글리코시드 결합과 α(1→6) 연결된 가지의 중합체입니다. 글리코겐은 많은 세포 유형의 세포질 /세포질에서 과립 형태로 발견되며 포도당 순환 에서 중요한 역할을 합니다 . 글리코겐은 에너지 를 형성포도당에 대한 갑작스러운 필요를 충족시키기 위해 신속하게 동원될 수 있는 비축량이지만 트리글리세리드 (지질) 보다 에너지 비축량으로 더 즉각적으로 사용할 수 있는 비 축소입니다. ^{[ 인용 필요 ]}

간 간세포 에서 글리코겐은 식사 직후 신선한 체중의 최대 8%(성인의 경우 100-120g)를 구성할 수 있습니다. 간에 저장된 글리코겐만이 다른 기관에 접근할 수 있습니다 ^. 근육 에서 글리코겐은 근육량의 1~2%의 낮은 농도 로 발견됩니다. 신체, 특히 근육 , 간 , 적혈구 내에 저장된 글리코겐의 양은 ^{신체 활동} , 기초 대사율 ^및 간헐적 단식 과 같은 식습관에 따라 다릅니다 . 소량의 글리코겐이신장 , 그리고 뇌 와 백혈구 의 특정 신경교 세포에는 더 적은 양이 있습니다. 자궁은 또한 임신 중에 배아에 영양을 공급하기 위해 글리코겐을 저장합니다. ^[16]

글리코겐은 포도당 잔기의 분지 사슬로 구성됩니다. 간과 근육에 저장됩니다.

• 동물을 위한 에너지 비축품입니다.
• 그것은 동물의 몸에 저장된 탄수화물의 주요 형태입니다.
• 물에 녹지 않습니다. 요오드와 혼합되면 갈색-적색으로 변합니다.
• 또한 가수분해 시 포도당을 생성 합니다.

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  글리코겐의 도식적인 2차원 단면도. 글리코제닌 의 핵심 단백질은 포도당 단위 의 가지로 둘러싸여 있습니다 . 전체 구형 과립에는 약 30,000개의 포도당 단위가 포함될 수 있습니다. ^[20]

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  글리코겐 분자 에 있는 포도당 단위 의 단일 분지 가닥의 원자 구조 보기 .

갈락토겐

갈락토 겐 은 갈락토오스 의 다당류로 폐 달팽이와 일부 Caenogastropoda 에서 에너지 저장 기능을 합니다 . ^[21] 이 다당류는 생식에서 배제되며 암컷 달팽이의 생식 기관의 알부민샘 과 난자의 난 자주위액 에서만 발견된다 . ^{[ 인용 필요 ]}

갈락토겐은 배아와 새끼의 발달을 위한 에너지 저장고 역할을 하며, 이는 나중에 청소년과 성체에서 글리코겐 으로 대체됩니다. ^[22]

이눌린

이눌린 은 인간의 소화 효소에 의해 완전히 분해될 수 없는 식물 유래 식품 인 과당 으로 구성된 자연 발생 다당류 복합 탄수화물 입니다. 이눌린은 프럭탄 으로 알려진 식이섬유 의 한 종류에 속합니다 . 이눌린은 일부 식물에서 에너지 저장 수단으로 사용되며 일반적으로 뿌리 나 뿌리줄기 에서 발견됩니다 . 이눌린을 합성하고 저장하는 대부분의 식물은 전분 과 같은 다른 형태의 탄수화물을 저장하지 않습니다 . 미국에서는 2018년 미국 식품의약국(FDA )에서 이눌린을 영양 개선에 사용되는 식이섬유 성분으로 승인했습니다.가공식품의 가치. ^[23]

구조적 다당류

아라비노자일란

아라비노자일란 은 식물의 1차 및 2차 세포벽 모두에서 발견되며 아라비노스 와 자일로스 의 두 당의 공중합체입니다 . 그들은 또한 인간의 건강에 유익한 영향을 미칠 수 있습니다. ^[24]

셀룰로오스

식물 의 구조적 구성 요소는 주로 셀룰로오스 로 형성됩니다 . 목재는 주로 셀룰로오스와 리그닌 이며 종이 와 면 은 거의 순수한 셀룰로오스입니다. 셀룰로오스는 베타 결합에 의해 결합된 반복된 포도당 단위로 만들어진 중합체 입니다. 인간과 많은 동물은 베타 결합 을 끊는 효소가 부족하여 셀룰로오스를 소화하지 못합니다. 흰개미 와 같은 특정 동물효소를 소유한 박테리아가 장에 존재하기 때문에 셀룰로오스를 소화할 수 있습니다. 셀룰로오스는 물에 녹지 않습니다. 요오드와 혼합해도 색이 변하지 않는다. 가수분해 시 포도당이 생성됩니다. 그것은 자연에서 가장 풍부한 탄수화물입니다. ^{[ 인용 필요 ]}

키틴

키틴 은 자연적으로 발생하는 많은 중합체 중 하나입니다 . 그것은 외골격 과 같은 많은 동물의 구조적 구성 요소를 형성합니다 . 시간이 지남 에 따라 자연 환경에서 생분해 됩니다. 그것의 분해는 박테리아 및 곰팡이 와 같은 미생물에 의해 분비 되고 일부 식물에 의해 생성되는 키티나제 라는 효소 에 의해 촉매될 수 있습니다. 이러한 미생물 중 일부는 키틴 분해로 인한 단순 당 에 대한 수용체 를 가지고 있습니다. 키틴이 감지되면 글리코시드 결합 을 절단하여 키틴을 소화 하는 효소 를 생성합니다.단순당과 암모니아 로 전환하기 위해 . ^{[ 인용 필요 ]}

화학적으로 키틴은 키토산 (키틴의 수용성 유도체) 과 밀접한 관련이 있습니다. 그것은 또한 포도당 유도체 의 긴 비분지 사슬이라는 점에서 셀룰로오스 와 밀접한 관련이 있습니다. 두 재료 모두 구조와 강도에 기여하여 유기체를 보호합니다. ^{[ 인용 필요 ]}

펙틴

펙틴 은 1,4-연결된 α- D- 갈락토실 우론산 잔기를 포함하는 복합 다당류 계열입니다. 그들은 대부분의 1차 세포벽과 육상 식물의 비목재 부분에 존재합니다. ^[25]

산성 다당류

산성 다당류는 카르복실기 , 인산기 및/또는 황산 에스테르 기를 포함하는 다당류입니다.

다당류는 생체 분자의 주요 부류입니다. 그들은 몇 개의 더 작은 단당류로 구성된 탄수화물 분자의 긴 사슬입니다. 이러한 복잡한 생체 거대 분자는 동물 세포 에서 중요한 에너지원으로 기능 하며 식물 세포의 구조적 구성 요소를 형성합니다. 단당류의 종류에 따라 호모다당류 또는 헤테로다당류일 수 있습니다.

다당류는 선형 다당류로 알려진 단당류의 직선 사슬이거나 분지형 다당류로 알려진 분지형일 수 있습니다.

세균성 다당류

병원성 박테리아 는 일반적으로 두꺼운 점액 같은 다당류 층을 생성합니다. 이 "캡슐" 은 그렇지 않으면 면역 반응을 유발하여 박테리아를 파괴할 수 있는 박테리아 표면의 항원 단백질 을 은폐합니다. 캡슐형 다당류는 수용성이며 일반적으로 산성이며 분자량 이 100,000~2,000,000 달톤 정도 입니다. 그것들은 선형이며 1~6개의 단당류 로 구성된 규칙적으로 반복되는 하위 단위로 구성됩니다 . 엄청난 구조적 다양성이 있습니다. 거의 200가지의 다른 다당류가 E. coli 에 의해서만 생성됩니다 . 공액 형 다당류 혼합물또는 네이티브, 백신 으로 사용됩니다 .

박테리아와 곰팡이 및 조류 를 포함한 기타 많은 미생물은 종종 다당류를 분비하여 표면에 달라붙는 것을 돕고 건조를 방지합니다. 인간은 이러한 다당류 중 일부를 잔탄검 , 덱스트란 , 웰란검 , 젤란검 , 디우탄검 및 풀루란 을 비롯한 유용한 제품으로 개발했습니다 .

이러한 다당류의 대부분은 매우 낮은 수준으로 물에 용해될 때 유용한 점탄성 특성을 나타냅니다. ^이것은 일부 식품, 로션, 세제, 페인트와 같이 일상 생활에서 사용되는 다양한 액체를 정지 상태에서는 점성으로 만들지만, 저어주거나 흔들거나 붓거나 닦거나 또는 약간의 전단력을 가하면 훨씬 더 자유롭게 흐르게 됩니다. 브러싱. 이 속성을 유사가소성 또는 전단 가소성이라고 합니다 . 이러한 문제에 대한 연구를 유변학 이라고 합니다.

웰란검의 점도

전단율(rpm)	점도( cP 또는 mPa⋅s)
0.3	23330
0.5	16000
1	11000
2	5500
4	3250
5	2900
10	1700
20	900
50	520
100	310

다당류 수용액은 교반될 때 이상한 행동을 합니다. 교반이 멈춘 후 용액은 처음에는 운동량으로 인해 계속 소용돌이치다가 점도로 인해 속도가 느려지고 멈추기 전에 잠시 방향이 바뀝니다. 이 반동은 이전에 용액에서 늘여진 다당류 사슬의 탄성 효과로 인해 이완된 상태로 돌아갑니다.

세포 표면 다당류는 세균 생태학 및 생리학 에서 다양한 역할을 합니다 . 그들은 세포벽 과 환경 사이의 장벽 역할을 하고 숙주-병원체 상호작용을 매개합니다. 다당류는 또한 생물막 형성과 Myxococcus xanthus 와 같은 박테리아에서 복잡한 생명체의 구조화에 중요한 역할을 합니다 ^[27] .

이 다당류는 뉴클레오티드 활성화 전구체(뉴클레오티드 당이라고 함)에서 합성되며 , 대부분 의 경우 완성된 폴리머의 생합성, 조립 및 수송에 필요한 모든 효소는 유기체 의 게놈 내 전용 클러스터로 구성된 유전자에 의해 암호화됩니다 . 지질 다당류 는 가장 중요한 세포 표면 다당류 중 하나인데, 이는 외막 완전성에 중요한 구조적 역할을 할 뿐만 아니라 숙주-병원체 상호작용의 중요한 매개체이기 때문입니다.

A-band (단일중합체) 및 B-band (heteropolymeric) O-항원 을 만드는 효소가 확인되었으며 대사 경로 가 정의되었습니다. 엑소폴리사카라이드 알지네이트는 β-1,4-연결된 D- ^만누 론산 및 L- 굴루론산 잔기의 선형 공중합체이며, 말기 낭포성 섬유증 질환의 점액성 표현형을 담당한다. pel 및 psl 유전자좌는 생물막 형성에 중요한 것으로 밝혀진 엑소폴리사카라이드 를 암호화하는 최근에 발견 된 두 개의 유전자 클러스터입니다 . Rhamnolipid 는 생산이 엄격하게 규제되는 생물계면활성제입니다.전사 수준이지만 질병에서 그것이 하는 정확한 역할은 현재 잘 알려져 있지 않습니다. 특히 필린 과 플라젤린 의 단백질 글리코실화 는 2007년경부터 여러 그룹에서 연구의 초점이 되었으며 세균 감염 시 부착 및 침입에 중요한 것으로 나타났습니다. ^[29]

다당류에 대한 화학적 식별 테스트

과요오드산-Schiff 염색(PAS)

보호되지 않은 인접 디올 또는 아미노 당이 있는 다당류 (일부 하이드록실 그룹이 아민 으로 대체됨 )는 양성 과 요오드산-쉬프 염색 (PAS)을 나타냅니다. PAS로 염색되는 다당류의 목록은 깁니다. 상피 기원의 뮤신 은 PAS로 염색 되지만 결합 조직 기원의 뮤신은 산성 치환이 너무 많아 PAS와 반응할 충분한 글리콜 또는 아미노-알코올 그룹이 남아 있지 않습니다.

참조

• 글리칸
• 올리고당 명명법
• 다당류 캡슐화 박테리아

참고문헌

외부 링크

• 다당류 구조
• 유럽 ​​우수 다당류 네트워크