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개요

천연에 존재하는 가장 풍부한 유기물질. 화학식은 Cn(H₂O)n이다. 단당류·이당류·올리고당류·다당류로 분류되며, 인간의 주된 에너지원이다(→ 당). 식물은 광합성을 통해서 포스포글리세르산을 중간물질로 하여 탄수화물을 합성한다.

식물의 경우 에너지 저장원이 되는 녹말은 아밀로오스와 아밀로펙틴으로 이루어졌으며, 동물의 경우는 간이나 근육세포에 글리코겐으로 저장되었다가 글루코오스로 분해되어 에너지원으로 이용된다.

탄수화물은 생체내에 유용한 좌회전성과 우회전성의 광학이성질체를 가지며, 대부분의 펜토오스와 헥소오스당은 고리를 형성하여 헤미아세탈과 헤미케탈 모양을 이룬다.

단당류

글루코오스가 이에 속하며, 글루코오스 산화효소를 이용하면 β-D-글루코오스를 선택적으로 산화시켜 이것으로 글루코오스의 양을 측정할 수 있다.

글루코오스의 알데하이드기와 아이오딘이 반응하여 알돈산을 형성한다. 또한 글루코오스의 케톤기와 알데하이드기는 환원되어 알코올로 될 수 있고, 아노머 탄소(anomeric carbon)에 붙은 하이드록시기는 글리코사이드를 형성한다.

이당류

당의 아노머 하이드록시기와 또다른 당의 하이드록시기가 결합하면서 물이 빠져 생긴 글리코사이드의 한 형태로 여러 가지 형태가 가능하나 이들 중 몇 가지만이 생물학적으로 중요하다.

수크로오스는 글루코오스와 프락토오스가 연결된 환원당으로 알칼리에 안정하므로 상업적으로 만드는 데 유리하다. 락토오스는 동물의 젖에 5％ 이상 포함되어 있는 β-D-갈락토오스와 글루코오스로 이루어진 환원당이며, 말토오스는 소화과정에서 녹말의 분해효소로 α­D­글루코오스와 또 다른 글루코오스가 연결된 환원당이다.

다당류

다당류는 크기에 대한 유전정보의 제한 없이 효소촉매반응에 의해 합성되며, 다당류는 다당류를 이루고 있는 단당류의 종류에 따라 호모 다당류와 헤테로 다당류로 분리한다. 즉, 호모 다당류는 한 종류의 단당류로 이루어졌으며, 헤테로 다당류는 2종류 이상의 단당류로 이루어져 있다.

호모 다당류에는 녹말의 성분으로 글루코오스가 연결된 직선구조의 아밀로오스 성분과 가지난 사슬을 갖는 아밀로펙틴, 그리고 식물의 세포벽을 구성하는 셀룰로오스, 곤충의 껍질을 구성하는 키틴 및 동물의 에너지 저장원인 글리코겐 등이 있다. 일반적으로 천연에 존재하는 헤테로 다당류는 단지 2가지 종류의 단당류로 이루어진 것이 대부분이며, 당단백질같이 지질 또는 단백질과 결합한 형태로 존재하여 그 구조를 밝혀 내는 것은 매우 어렵다. 그리고 단백질의 탄수화물 부분은 특정 형체를 유도형성하는 항원성 결정인자 유전소로 작용하는 것으로 보인다.

헤테로 다당류 중에서 가장 중요한 것으로는 윤활기능 및 충격흡수기능이 있는 히알루론산같이 결합조직에서 발견되는 것들로, 그들 각각의 구조는 특정 동물의 기능과 관련이 있으며, 물이나 금속 이온들과도 결합할 수 있어 항응고작용과 뼈를 만들기 전에 칼슘을 축적하는 등의 생리적인 기능이 있다.(→ 탄수화물)