우리 몸을 구성하는 분자들: 물, 탄수화물 편

우리 몸을 구성하는 분자는 크게 두 종류로 나뉩니다. 바로 물과 유기 분자인데요. 물이 우리 몸의 대부분을 차지한다는 사실은 많은 분들이 알고 계실거라고 생각합니다만, 유기 분자라는 단어가 생소하신 분들이 있을 겁니다. 이런 분들을 위해서 유기 분자에 대해서 설명을 해보자면, 유기 분자는 4족 원소인 탄소 뼈대로 이루어진 분자입니다. 이런 유기분자의 대표적인 예로는 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산이 있습니다. 이제 각각의 성분에 대해서 차찾 자세히 알아보고자 합니다.

물은 생물체의 약 70%를 차지하고 있는 우리 몸에서 가장 많은 성분입니다. 이 물을 체액이라고 하는데 이런 체액은 세포 밖에 있는 물(세포 외액)과 세포 안에 있는 물(세포 내액)을 포함하는 말입니다. 세포 외액은 혁액과 세포 사이액으로 이루어져 있다고 보시면 되고요. 이런 물은 수소와 산소 사이의 공유 결합으로 이루어져 있는데요. 산소가 전기 음성도(전자와 친한정도)가 더 강하기 때문에 산소와 수소가 공유하고 있는 전자를 강하게 끌어당겨서 부분적으로 음전하를 띔니다. 때문에 물 분자가 전체적으로 극성인데요. 우리 교과서에 가장 잘 제시되어 있는 예로 떨어지는 물에 전극을 가져다대면 물이 휘는 현상이 있죠. 다른 액체보다도 물이 우리 몸의 대부분을 차지하는데에는 이유가 있는데요. 이는 물의 특수한 성질에서 많이 기인합니다. 일단 물은 비열, 융해열, 기화열이 커서 녹는점과 끓는점이 높습니다. 때문에 주변의 날씨가 심하게 바뀌는 상황에서도 안정적으로 몸을 유지할 수 있는 거지요. 또한 물은 상당한 극성이기 때문에 용해성 즉, 이온화 해리, 하이드록시기와 수소 결합 형성 등을 통해 물질들을 녹일수 있는 능력이 굉장히 큽니다. 이런 성질은 신체 내에서 물질들을 쉽게 운반할 수 있도록 합니다. 이 뿐만이 아닙니다.

위에서 말씀드렸듯이 우리 몸에 있는 유기 분자의 대표적인 예로는 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산이 있습니다. 이 중 탄수화물부터 설명해 드리도록 하겠습니다. 탄수화물은 보통 단맛을 내는 성질이 있고 에너지원과 생체의 구성 성분으로 이용됩니다. 탄수화물은 또 크게 단당류, 이당류, 다당류로 나뉘는데요. 단당류 종류로는 또 5탄당과 6탄당이 있습니다. 5탄당에는 리보오스와 디옥시리보오스가 있으며 리보오스는 RNA의 구성성분이기도 하고, 디옥시리보오스는 DNA의 구성성분이기도 합니다. 6탄당에는 우리가 많이 아는 포도당, 과당, 갈락토오스가 있습니다. 이당류는 단당류 사이에 글리코시드 결합(당과 당의 연결이 산소에 의해 연계되는 결합) 이 있어서 단당류 2개가 이어진 구조라고 보시면 됩니다. 이런 이당류에는 엿당, 젖당, 설탕이 있습니다. 엿당은 포도당 2개가 이어져 있고요. 젖당은 갈락토오스와 포도당이 이어져 있으며 설탕은 포도당과 과당이 이어져 있습니다. 다당류는 단당류들이 글리코시드 결합으로 연속적으로 쭉 이어진 구조라고 생각하시면 됩니다. 다당류에는 아밀로오스, 셀룰로오스, 아밀로펙틴, 글리코겐, 키틴, 프로테오글리칸, 글리코칼릭스, 펩티도글리칸, 아가로오스 등이 있는데요. 이런 다당류 들의 성질이 좀 중요하기 때문에 밑에서 좀 더 자세히 알아보고 가겠습니다.

아밀로오스는 식물 세포의 양분 저장 형태로 포도당 사이에 a(1-4) 결합이 형성되어 선형의 다당류가 둥글게 말린 구조라고 보시면 됩니다. a(1-4)결합이란 포도당 끼리 연결될때 결합하는 방식중의 하나로 이런 결합으로 포도당이 연결되면 둥글게 말린, 구조를 이루게 된다고 보시면 됩니다. 셀룰로오스는 식물 세포의 세포벽 성분으로 포도당 사이 B(1-4)결합을 형성한 선형의 다당류가 서로 나란히 배열되어 단단한 구조를 이룬것인데요. 이 B(1-4)결합은 a(1-4)결합과는 다르게 딱딱한 구조를 이루게 합니다. 즉, 사실상 아밀로오스와 셀룰로오스의 구성성분은 완전히 같지만 단순히 결합 방식 하나에 의해서 완전히 구조가 갈린다고 볼 만큼 이런 결합 방식은 중요합니다. 사람이 종이를 못먹는 이유도 종이는 거의 셀룰로오스로 이루어져 있는데, 인간의 소화계는 a(1-4) 결합만 끊을 수 있기 때문이죠. 종이를 먹는 소, 염소, 양 등등은 소화계에 b(1-4)결합도 끊을 수 있는 효소가 있기 때문에 가능한 겁니다.

아밀로펙틴과 글리코겐은 둘 다 구조적으로는 아밀로오스에 곁가지로 포도당이 많이 붙어있는 형태라고 보시면 됩니다. 하지만 두개의 쓰임새는 다르죠. 아밀로펙틴은 아밀로오스와 똑같이 식물의 양분 저장 용도로 쓰입니다. 글리코겐은 동물의 간에 양분 저장이 됩니다. 하지만 이 둘의 차이점은 글리코겐이 더 곁가지가 많아요. 생체 내에서 곁가지가 많을 수록 더 빠르게 에너지를 분해해서 쓸수가 있는데요. 동물은 단기간에 빠르게 에너지를 만들어서 써야하기 떄문에 글리코겐을 영양 저장 성분으로 선택한 것 같습니다.

키틴은 위에서는 소개를 안한 단당류 중 한 종류인 N-아세틸글루코사민이 b(1-4)결합으로 연결된 구조입니다. (사실 단당류의 종류는 굉장히 많습니다.) 제가 위에서 B(1-4)결합은 굉장히 딱딱한 구조를 만든다고 했죠? 여기서도 마찬가지입니다. N-아세틸글루코사민이 굉장히 단단한 구조를 만들어서 주로 곤충의 외골격과 균류의 세포벽 등을 이루게 됩니다.

프로테오글리칸은 단백질과 음전하를 띤 이당류 연속체(GAG)가 결합된 구조이고요. GAG가 워낙 길기 때문에 단백질은 사실 굉장히 소량이라고 보시면 됩니다. 이런 프로테오글리칸은 우리 몸에서 2가지 형태로 존재합니다. 분비형과 막관통형인데요. 이런 물질들은 보통 세포 안에서 만들어지기 마련입니다. 그 중 일부는 세포 밖으로 분비가 되고 일부는 세포 막에 가서 박히게 되는 거죠. 분비형은 세포 외기질(ECM), 즉 세포 사이사이를 채우기 위해서 세포들에서 분비되어 세포 밖 환경에서 다른 섬유성 단백질들과 결합해 세포들을 잡아줍니다. 잘 생각해보면 당연한 일인데 우리 몸에 만약 이런 접착제나 윤활유 같은 존재들이 없다면 우리 세포들은 기본적으로 서로 서로 붙어 있을 수 없을 겁니다. 윤활유 역할을 못하면 세포들이 모두 마찰에 닳어서 없어져버릴 수도 있겠네요. 약간 젤 같은 느낌이라고 보시면 됩니다. 막관통형은 세포막에 박혀서 세포밖과 소통하는 역할을 하는데요. 주변 세포와 인식, 부착 등에 관여합니다.

글리코칼릭스는 당질피질이라고도 하는 성분입니다. 사실 딱 어떤 성분을 콕 집어서 이야기하기 보다는 세포막 바깥쪽에 프로테오글리칸, 당단백질, 당지질 등에 의해 형성된 당의 층, 일종의 구조물이라고 보시면 되겠습니다. 이런 글리코칼릭스는 세포 표면을 보호하고 주변 환경과 인식, 부착, 세포 신호 전달등에 관여합니다.

펩티도글리칸은 N-아세틸글루코사민과 N-아세틸뮤람산이 B(1-4)결합으로 연결된 구조인데요. 보다시피 B(1-4)결합이여서 딱딱한 구조를 이룹니다. 때문에 진정 세균의 세포벽을 형성해서 저장액 환경에서 진정 세균이 터지는 것을 막아줍니다. 아가로오스는 홍조류의 세포벽 성분인데요. 나선 구조의 덩어리를 형성하기 때문에 이런 아가로오스를 녹여 굳여서 아가로오스 겔을 형성합니다. 이런 겔은 핵산을 분리하는 전기연동 실험에서 많이 쓰이지요.

이로써 이번 포스팅에서는 물과 탄수화물 분자들의 종류에 대해서 알아보았습니다. 다음 포스팅에서는 단백질과 지질의 종류와 생체 내에서의 그 쓰임에 대해서 알아보도록 하죠.