이종다당체
먼저 이종다당체 agar와 GAG에 대해 알아봅시다.
Agar
생명과학을 조금 배워본 적이 있다면 아가로오스라는 용어를 들어보신적이 있을 것입니다. 아가로오스는 핵산 전기영동의 gel(일종의 매질)로 사용되는 물질입니다.
핵산 단위체들이 연결이 되어있을 때, 가열과 식히는 과정을 반복하면 핵산들이 뭉치게 됩니다. 아래에 서술할 단백질 전기영동에서는 매질을 매개시키는 APS나 TEMED 등의 물질이 필요한데, 핵산 전기영동에서는 가열과 식히는 과정만 반복해도 겔 사이의 물질 사이의 틈이 줄어들어 밀도와 저항이 커집니다.
* 위의 핵산 전기영동과 다른 종류의 전기영동으로는 단백질의 전기영동이 있습니다. 단백질의 전기영동에서는 폴리아크릴아마이드, 비스아크릴아마이드를 gel로 사용하고 이 때 둘을 연결하는 APS(Ammonium persulfate, 과산화황산암모늄)이라는 물질을 사용하는데 이 APS를 안정화시키는 TEMED라는 물질이 사용된다고 합니다.
(육지의) 식물이 광합성을 하는데 필요한 세포는 셀룰로오스인 반면, (수중의) 조류가 광합성을 하는데 필요한 세포는 아가로오스임을 알아야 합니다.
GlycosAminoGlacan
Glycosaminoglycan 또한 일종의 당이고 점액다당류에 해당하는데, 단위체로 이종 당을 사용합니다. N-아세틸글루코사민이나 N-아세틸갈락토사민 두 개가 복합적으로 구조를 형성하고 있습니다. 그러니까 이게 뜻이 잘못 전달될 수도 있는데, 이종 당의 둘 중 하나가 N-아세틸글루코사민 또는 N-아세틸갈락토사민이고, 나머지 하나는 다른 종류입니다. 그리고 이 이종 당 복합체는 - 전하를 띠고 있어 복합체 사이에 척력이 나타나고, 이에 따라 직선형 구조를 가집니다.
이러한 직선구조의 예시로 네 가지가 있는데 히알루론산 COO-, 콘드로이틴 SO4 2-(황산염), 케라탄 SO4 2-(황산염), 헤파린 SO4 2-가 있습니다.
복합다당체 - 프로테오글리칸
복합다당체는 당 + 비당(당이 아닌 것)의 구성으로 이루어져 있습니다. 대표적인 복합다당체로는 프로테오글리칸(당 + 단백질)이라는 동물세포만이 가지고 있는 세포외기질(ExtraCellularMatrix)이 있습니다. 프로테오글리칸의 정의 자체는 ECM에 존재하는 산성점액성 다당류 + 단백질로 구성되어 거대 분자를 이루는 구조물이라고 알고 계시면 되겠습니다.
동물세포는 식물세포와 다르게 세포벽 자체가 없고, 세포막만 존재하기 때문에 식물세포와 같이 세포벽을 통해 세포를 보호할 수가 없습니다. 따라서 세포외기질, 예를 들어 콜라겐 단백질(동물세포에만 존재) 같은 것들이 세포를 보호하는 작용을 해주고 있습니다. 또 다른 세포외기질의 예시로 위에서 언급한 프로테오글리칸이 있는데, 위에 나온 Glycosaminoglycan 중 세 가지 히알루론산 COO-, 콘드로이틴 SO4 2-(황산염), 케라탄 SO4 2-(황산염)이 프로테오글리칸을 구성하고 있습니다.
그런데 이 세 가지 물질 히알루론산, 콘드로이틴, 케라탄은 다시 두 그룹으로 분류가 되는데, 히알루론산은 세포원형질막에서 합성이 됩니다. (합성요소가 원형질막에 있음) 식물세포에서는 셀룰로오스를 합성하여 세포벽에 공급을 하는 반면 동물세포에서는 이 히알루론산 합성요소들을 합성하여 세포외기질로 전달하는 것입니다. 이 때 원형질막으로부터 합성이 되니까 직선형으로 이당체들이 복합적으로 연결되어 뻗어나가는 구조를 만듭니다.
반면 콘드로이틴, 케라탄은 골지체에서 2차 당화 과정에서 붙은 당입니다. (인식되는데에 사용) 조면소포체에서 합성한 핵심 단백질(core protein)에 당을 붙이는데요(당화), 이 당은 골지체에서 붙입니다. 골지체에서 당을 붙이는 2차 당화 과정에서 콘드로이틴 황산염, 케라탄 황산염이 붙습니다. 즉 콘드로이틴, 케라탄은 골지체에서 당을 붙이는 2차 당화 과정에서 붙습니다.
* 공부중인 책을 다시 읽어보니까 콘드로이틴 황산염이 반드시 바깥쪽에 붙고, 케라탄 황산염이 반드시 안쪽에 붙는 것 같습니다.
핵심 단백질이 세포 바깥으로 나가면, 히알루론산에 가서 수직으로 붙게 됩니다. 이 핵심단백질에는 위에서도 언급했듯 콘드로이틴, 케라탄이 붙는데 이들은 모두 음전하를 띠고 있기 때문에 척력에 의해 밀리고 H2O는 끌어당깁니다. 즉 물을 끌어당기므로 유동성을 가지게 할 수 있습니다. (충격 흡수)
그리고 프로테오글리칸에는 마지막으로 헤파린도 있는데요, 헤파린은 혈관내피에서 혈액응고가 일어나지 않도록 방지해주는 역할을 합니다. 트롬빈과 항트롬빈 사이에서 비가역적 결합을 촉진시켜 혈액이 응고되지 않도록 합니다. (트롬빈 - 헤파린 - 항트롬빈 순으로 결합)
+ 히루딘은 트롬빈을 없애는 인자로 거머리의 침에 들어있습니다. 그럼 당연히 혈액이 빨리 응고되도록 하겠죠.
복합다당체 - 당단백질
당단백질도 역시 당 + 단백질의 구성이므로 당 + 비당이라는 복합다당체의 정의에 해당합니다.
프로테오글리칸과 당단백질은 둘 다 조면소포체에서 당화 과정을 거쳐 만들어집니다.
그러나 프로테오글리칸은 1차 당화 과정이 없고 조면소포체에서의 2차 당화 과정만 진행되어 "인식"하는데에만 사용된다면, 당단백질은 (아스파라긴산의) 1차 당화 과정을 통해 "전달되는 주소"가 부여됩니다.
프로테오글리칸의 경우에는 당과 결합하는 아미노산인 세린, 트레오닌 위에 당이 붙지만, 당단백질의 경우에는 세린, "아스파라긴산"에 당이 붙습니다.
O-결합 : Ser/Thr(세린/트레오닌) 위에 당이 붙는다. 골지체에서 당화, 인식되는데에 사용
N-결합 : Asn(아스파라긴) 위에 당이 붙는다. 조면소포체에서 당화, 주소의 기능
복합다당체 - 당지질
지질당도 역시 당 + 지질이므로 당 + 비당이라는 복합다당체의 정의에 해당하죠.
당지질은 인식에 사용될 수 있습니다. 혈액형을 결정하거나 인플루엔자 바이러스의 Hemagglutinin에 해당합니다.
또 당지질은 미엘린수초를 구성하여 절연(수축)에 사용됩니다.
마지막으로 당지질은 LPS의 구성 성분입니다. LPS는 이전에도 언급했지만 그람음성균이 가지고 있는 성분입니다.
당인식단백질
당인식단백질 셀렉틴이 사용되는 반응 중 대표적인 예시로 백혈구의 염증 반응이 있습니다. 혈관이 있을 때 백혈구가 혈액에 존재하고 있을 때, 백혈구에는 당이 붙어있는데, 이것을 인식하는 단백질이 셀렉틴입니다. 혈관의 당인식단백질 셀렉틴이 백혈구의 당을 인식하면 백혈구가 그곳에 고정되고, 혈관 밖으로 빠져나가면서 염증 반응을 일으키는 것입니다.
여러 가지 예시 중에도 대장균에도 섬모가 있는데, 이 섬모에 렉틴이라는 당인식 단백질(수용체)가 있어서 숙주에 붙은 당을 인식할 수 있습니다. (숙주가 동종일 경우 생식, 숙주가 이종일 경우 기생합니다.)
중요한 내용은 당을 인식하는 특화된 당을 인식하는 당인식단백질(수용체)이 있다는 점이고 그러한 성질만 알아두면 될 것 같습니다.
여기까지 탄수화물을 다루어봤는데 이전 포스트에서부터 다룬 순서대로 "단당류, 다당류, 올리고당, 저장용 다당류, 구조용 다당류, 이종다당체(GAG, agar, 펩티도글리칸), 복합당(프로테오글리칸)"에 대한 개념들을 스스로 다시 정리해보는 것이 중요할 것 같습니다.
| 단당류 | 글리세르알데히드, 리보오스, 디옥시리보오스, 글루코오스, 과당, 갈락토오스 |
| 이당류 | 엿당, 젖당, 설탕 |
| 다당류 | 동종다당류 : 녹말, 글리코겐, 셀룰로오스, 키틴 이종다당체 : 펩티도글리칸, agar, GAG 복합당 : "프로테오글리칸", |
+ 당인식단백질
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