고분자 물질과 저분자 물질

1.고분자 물질 [polymeric material, 高分子物質]

 

저분자 물질의 화학적 결합을 통해 형성된 분자량이 10,000 이상인 화합물.

탄소 화합물 중 분자의 상대적 질량이 10,000 이상인 고분자 물질에는 천연 상태에서 합성되는 천연 고분자 무질과 화학적으로 합성되는 합성 고분자 물질이 있다. 대표적인 천연 고분자 물질로는 식물의 줄기에서 주로 보이는 '녹말', 식물의 잎에 있는 '셀룰로오스', 우리 몸을 구성하는 '단백질' 등이 있다. 천연 고무 역시 천연 고분자 물질에 속한다. 대표적인 합성 고분자 물질로는 플라스틱을 만드는 PVC와 나일론 등과 같은 합성수지, 합성 고무 등이 있다. 고분자 물질은 끈적끈적한 성질은 점성과 원형으로 돌아가려는 성질은 탄성을 가지고 있다.

2.세포를 구성하는 저분자 물질의 합성

 생명과정에 필요한 에너지를 공급하고 새로운 유기물질을 합성하는 데 관련된 화학과정.

당신생(gluconeogenesis)

당

해당과정의 역과정을 통해 피루브산, 아미노산, TCA 회로의 중간체 등 탄수화물 이외의 다른 선구물질로부터 포도당이 생성되는 것을 당신생이라 하며, 간이나 신장 등에서 주로 일어난다. 이러한 역과정 또한 해당과정에 사용되는 동일한 효소에 의해 일어나며 다만 그 방향이 해당과정과 반대일 뿐이다.

그러나 세 부분에서는 과정이 비가역적(非可逆的)이므로 포도당 생성으로 진행될 수 없어 다른 경로를 통해 반응이 진행된다. 그 세 부위와 그에 필요한 효소는 그림3에 표시되어 있다. 그중 하나는 피루브산이 포스포에놀피루브산(phosphoenolpyruvate/PEP)으로 전환되는 과정인데, 피루브산＋ATP→PEP＋AMP＋Pi와 피루브산＋2ATP→PEP＋2ADP＋Pi의 2가지 종류의 메커니즘에 의해 진행되며, 포유류는 주로 후자의 방법을 사용한다.

지방

저장지방, 지질단백질, 세포소기관이나 세포의 막을 이루는 인지질의 구성요소는 글리세롤과 지방산, 그밖의 다른 화합물(세린, 이노시톨)이다. 글리세롤은 해당과정의 중간체인 디히드록시아세톤인산에서 생성되는 글리세롤-1-인산 탈수소효소에 의해 이 과정이 역행된다.

지방산의 합성은 동물의 세포질이나 식물의 색소체에서만 일어나며 분해과정의 효소계와는 분리된 시스템에 의해 이루어진다. 지방산을 구성하고 있는 탄소원자는 지방산의 이화작용에서 생성된 아세틸 조효소 A에서 오는 것이지만 그에 앞서 말로닐 조효소 A(malonyl Co A)가 된다. 보편적인 지방산인 팔미트산의 합성은 아세틸 조효소A＋7말로닐→Co A＋14HADPH＋14H^＋→팔미토일-조효소 A＋14NADPH＋14H^＋→팔미토일-조효소 A＋7Co A＋17NADP^＋＋7CO₂로 요약될 수 있다. 막을 구성하고 있는 인지질은 2분자의 지방산에 여러 종류의 화합물 중 1분자가 첨가되는 것으로 그들 화합물의 선구물질은 세린, 이노시톨, 글리세롤-인산 등이다. 인지질의 합성에 필요한 효소는 소포체의 막과 일부 미토콘드리아의 막에서 발견된다.

아미노산

주요 대사경로의 중간체로부터 아미노산을 생성하는 능력은 생물체마다 다르다. 대부분의 척추동물은 간단한 아미노산만을 생성할 수 있고, 대부분의 아미노산(필수 아미노산)은 음식물로 섭취해야 한다. 그러나 고등식물은 단백질 합성에 필요한 모든 아미노산을 생성할 수 있으며, 질소원으로 암모니아와 NO를 사용한다. 어떤 세균과 그러한 세균을 뿌리의 혹에 지니고 있는 식물(예를 들면 콩)은 공기 중의 질소를 고정해 암모니아를 생성함으로써 아미노산 합성에 사용한다. 20종의 아미노산은 각각 서로 다른 경로를 통해 생성되지만, 아미노산 합성의 중요한 일반적 특성은 첫째, 주로 글루탐산 탈수소효소의 작용을 통해 암모니아가 물질대사 경로에 합류하고, 아미노기 전이효소에 의해 각 아미노산으로부터 글루탐산과 같은 다른 아미노산으로 아미노기가 전달되는 것이다. 둘째, 한 무리에 속하는 여러 아미노산들은 그 무리의 선구물질 역할을 하는 어느 하나의 아미노산으로부터 합성된다는 것이다.

모노뉴클레오티드(mononucleotide)의 합성

대부분의 생물은 RNA와 DNA의 구성물질인 퓨린과 피리미딘을 생성할 수 있다. 퓨린뉴클레오티드는 리보오스-5-인산으로부터 생성되는 5-포스포리보실 1-피로인산(5-phosphoribosyl 1-pyrophosphate/PRPP)에 의해 당과 인산 부분이 만들어지고 퓨린고리는 아스파르트산·글루타민·글리신 등으로부터 만들어진다. 피리미딘뉴클레오티드는 퓨린의 경우보다 다소 단순하다. 아스파르트산과 카르바모일인산이 물을 잃으면서 N-카르바모일아스파르트산이 되었다가 다시 디히드로오로트산이 되고, 그것은 다시 오로트산으로 산화된다. 오로트산은 PRPP와 반응해 CO₂를 방출하면서 우리딘일인산(uridine monophosphate/UMP)을 생성하며, UMP는 2분자의 ATP와의 상호작용을 통해 UMP→UDP→UTP로 인산화가 일어난다. UTP는 RNA의 다른 피리미딘 구성물질인 시티딘삼인산(cytidine triphosphate/CTP)으로 전환될 수 있다.

퓨린뉴클레오티드의 최종산물인 A(G)MP는 반응 초기의 PRPP 생성을 조절하고, 피리미딘뉴클레오티드의 최종산물인 CTP는 카르바모일산의 대사를 억제하는 피드백 작용을 해 뉴클레오티드의 생성을 조절한다. DNA의 생성은 2가지 면에서 RNA의 합성과 다르다. 첫째, DNA의 퓨린과 피리미딘뉴클레오티드는 리보오스 대신 디옥시리보오스를 지니고 있다는 것이고, 둘째, 피리미딘 염기가 우라실이 아니라 티민이라는 것이다. 디옥시리보뉴클레오티드는 리보뉴클레오티드의 환원에 의해 합성되는데 그 과정에는 단백질 티오레독신과 플라보 단백질이 포함된다. 티오레독신-S₂가 NADPH와 H^＋에 의해 티오레독신-(SH₂)와 NADP로 환원되고, 티오레독신-(SH₂)는 다시 XDP와 결합해 이 XDP를 디옥시 XDP로 환원시킨다. 이때 XDP의 X는 퓨린 염기(구아닌 또는 시토신)를 나타낸다. 디옥시티미딘일인산(deoxythimidine monophosphate/dTMP)은 dUMP가 메틸화되어 생성되며 이 과정에는 티민 합성효소 외에 비타민 엽산 조효소가 필요하다.