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2.4: 설탕 - 생물학

2.4: 설탕 - 생물학



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설탕, 특히 포도당은 주요 에너지원이기 때문에 세포에 중요한 분자입니다. 설탕은 일반 화학식이 CH입니다.2O 및 저장을 위해 거의 무한대로 결합될 수 있습니다. 그러나 그들은 친수성이기 때문에 물 분자가 그들 사이에 삽입될 수 있게 하고 소수성이어서 물을 배제하는 지방만큼 효율적으로 패킹할 수 없습니다. 반면에 당은 더 빨리 사용하기 위해 동원될 수 있습니다. 따라서 다당류는 일반적으로 유기체의 단기 에너지 저장고인 반면 지방은 장기 저장에 사용됩니다.

일반 화학식은 특정 설탕을 완전히 정의할 수 없습니다. 동일한 원자 세트가 있기 때문입니다. 씨6시간12영형6 포도당, 과당, 만노오스 또는 갈락토오스를 나타낼 수 있으며 이는 입체 이성질체도 포함하지 않습니다. 이성질체는 포도당과 과당과 같은 동일한 원자의 재배열이며(그림 (PageIndex{5})), 입체 이성질체는 훨씬 더 유사합니다. 서로 거울상입니다. 따라서 포도당은 "왼손" 또는 "오른손 이성질체인지 여부에 따라 L-포도당 또는 D-포도당으로 존재할 수 있습니다. 이것은 난해한 구별처럼 보일 수 있지만 분자간 상호 작용에서 중요해집니다. 많은 것이 특정 모양의 인식을 기반으로 하므로 l-형태 분자가 d-이성질체를 인식하는 효소에 의해 인식되지 않을 수 있기 때문입니다.

설탕 화학의 또 다른 중요한 측면은 그것이 운반하는 카르보닐기의 유형에 따라 알도스인지 케토스인지 여부입니다. 이것은 선형 구조에서 카르보닐기의 위치를 ​​보면 이해하기 가장 쉽습니다. 간단히 말해서 알데히드는 말단 카르보닐기이고 케톤은 내부 카르보닐기입니다. 수용액의 당은 선형 형태와 고리 형태 사이의 평형으로 존재하며, 이는 카르보닐 상의 수산기에 의한 분자내 공격에 의해 형성된다. 기술적으로 고리형 당은 피라노오스(6원 고리) 또는 푸라노오스(5원 고리)이므로 D-글루코오스가 D-글루코피라노오스로 고리화됩니다. 그러나 대부분의 세포 생물학 과정에서 순환 당은 여전히 ​​비순환 분신이라고 합니다. C의 차이로 인해6시간12영형6 알도스 포도당, 그리고 C6시간12영형6 ketose fructose, 고리화는 탄소(및 기타 원자)의 수가 동일하지만 한 경우에는 피라노스를 생성하고 후자에서는 푸라노스를 생성합니다(그림 (PageIndex{5})). 따라서 이 두 분자는 세포의 효소에 의해 다르게 인식되어 다른 대사 경로를 유도합니다.

단순당은 축합 반응에 의해 함께 결합되어 글리코시드 결합을 형성할 수 있습니다. 이러한 반응은 부산물로 물을 형성하기 때문에 축합 반응이라고 합니다. 글리코시드 결합은 두 당의 탄소 사이의 -O- 결합입니다. 결합은 일반적으로 특정 연결로 명명됩니다. 예를 들어 셀룰로오스에서 포도당은 β(1,4) 연결에 의해 연결됩니다. 이는 표준 고리 다이어그램에서 1-탄소의 위쪽을 향한 β-하이드록실이 - 이웃 포도당의 4탄소에 있는 -OH(그림 (PageIndex{6})B). [기술적으로 여기에는 두 개의 포도당만 표시되어 있으므로 이것은 셀룰로오스가 아닌 셀로비오스의 분자입니다.] 대조적으로 같은 그림(그림 (PageIndex{6})A)에 표시된 말토스는 두 개를 보여주면서도 함께 연결된 포도당은 α(1,4) 연결이며 1-탄소에 아래쪽을 향한 α-하이드록실이 있습니다.

큰 다당류는 일반적으로 두 가지 기능 중 하나를 가지고 있습니다. 하나는 세포의 매우 강력한 구조적 구성 요소이고, 다른 하나는 쉽게 접근할 수 있는 에너지의 저장 분자입니다. 세포가 만드는 두 가지 주요 구조 다당류는 셀룰로오스와 키틴입니다. 셀룰로오스는 주로 식물에서 합성되는 반면 키틴은 대부분 무척추동물(게 껍데기 생각)에 의해 합성되지만 많은 균류와 조류에서도 합성됩니다. 방금 보았듯이 셀룰로오스는 β(1,4) 글리코시드 결합으로 연결된 평행한 길이의 포도당 단량체 배열입니다(그림 (PageIndex{7})). 이 긴 글루칸은 서로 밀접하게 쌓여 있어서 유기체의 필요에 따라 결정되는 거의 무한한 길이를 따라 많은 H-결합이 형성될 수 있습니다. 흥미롭게도 키틴은 β(1,4) 글리코시드 결합으로 연결된 단일 중합체이기도 하지만 포도당 대신 사용되는 단당류는 N-아세틸글루코사민(종종 GlcNAc로 약칭됨, 11장 참조)입니다. 그러나 고분자 구조는 셀룰로오스와 매우 유사하며 셀룰로오스와 마찬가지로 매우 강합니다.


그림 (PageIndex{7}). 셀룰로오스는 β(1,4) 연결된 포도당 가닥이 정렬될 때 가능한 많은 수소 결합(빨간색)으로 인해 매우 강한 물질입니다.

구조적 다당류와 마찬가지로 두 가지 주요 에너지 저장 다당류가 있습니다. 식물에 의해 합성되는 전분과 동물에 의해 합성되는 글리코겐입니다. 전분은 실제로 두 가지 약간 다른 다당류의 혼합물입니다. 하나는 셀룰로오스와 같은 글루코스 호모폴리머이지만 α(1,4) 글리코시드 결합으로 연결되어 구조적으로 완전히 다른 α-아밀로스입니다. 선형 및 고도로 쌓을 수 있는 셀룰로오스 다당류와 달리 α-아밀로스는 꼬인 α-나선 모양을 취합니다. 다른 전분 다당류는 아밀로펙틴으로, α(1,6) 글리코시드 결합에서 24-30개의 잔기마다 형성된 가지가 추가된 α-아밀로스와 같습니다(그림 (PageIndex{6})C). 동물용 저장 다당류인 글리코겐은 본질적으로 대략 8-14개 잔기마다 분지 빈도가 더 높은 아밀로펙틴입니다. 구조적 다당류의 촘촘한 패킹으로 인해 방수가 되는 반면, 녹말이나 글리코겐은 푸딩을 만들어 본 적이 있는 요리사처럼 많은 물 분자와 동시에 상호 작용하고 수분과 함께 부풀어 오를 수 있는 전분이나 글리코겐의 경우에는 확실히 그렇지 않습니다. (농축 성분은 옥수수의 전분입니다) 증명할 수 있습니다.


2.4 에너지는 광합성을 통해 생태계로 들어갑니다.

세포는 주로 탄수화물 분자에서 발견되는 화학 에너지로 작동하며 이러한 분자의 대부분은 광합성이라는 하나의 과정에 의해 생성됩니다. 광합성을 통해 특정 유기체는 태양 에너지(햇빛)를 화학 에너지로 변환한 다음 탄수화물 분자를 만드는 데 사용합니다. 이러한 분자를 함께 유지하기 위해 결합에 저장된 에너지는 유기체가 음식을 분해할 때 방출됩니다. 그런 다음 세포는 이 에너지를 사용하여 운동과 같은 작업을 수행합니다. 광합성을 통해 얻은 에너지는 지구 생태계에 지속적으로 유입되어 한 유기체에서 다른 유기체로 전달됩니다. 따라서 광합성 과정은 직간접적으로 지구상의 생물이 필요로 하는 대부분의 에너지를 제공합니다. 광합성은 또한 대기 중으로 산소를 방출합니다. 간단히 말해서 인간이 먹고 숨쉬는 것은 광합성을 수행하는 유기체에 거의 전적으로 의존합니다.


Wi-Fi 장비에서 방출되는 2.4GHz 무선 주파수가 뇌 조직의 microRNA 발현에 미치는 영향

목적: MicroRNA(miRNA)는 하나 이상의 표적 유전자를 억제함으로써 성장, 분화, 증식 및 세포 사멸에서 가장 중요한 역할을 합니다. 그러나 무선 주파수와의 상호 작용은 여전히 ​​알려져 있지 않습니다. 이 연구의 목적은 무선 충실도(Wi-Fi) 시스템에서 방출되는 무선 주파수 방사선이 뇌 조직의 일부 miRNA에 미치는 장기적인 영향을 조사하는 것이었습니다.

재료 및 방법: 위스타 알비노 성체 수컷 16마리를 대상으로 sham(n=8)과 노출(n=8)의 두 그룹으로 나누어 연구를 진행하였다. 노출 그룹의 쥐는 12개월(1년) 동안 하루 24시간 동안 2.4GHz 무선 주파수(RF) 방사선에 노출되었습니다. Wi-Fi 시스템이 꺼진 것을 제외하고는 가짜 그룹의 쥐에게 동일한 절차를 적용했습니다. 마지막 노출 직후 쥐를 희생시키고 뇌를 제거했습니다. 뇌의 miR-9-5p, miR-29a-3p, miR-106b-5p, miR-107, miR-125a-3p에 대해 자세히 조사하였다.

결과: 결과는 2.4GHz Wi-Fi 방사선의 장기간 노출이 miR-106b-5p(adj p* = 0.010) 및 miR-107(adj p* = 0.005)과 같은 일부 miRNA의 발현을 변경할 수 있음을 보여주었습니다. 우리는 대조군보다 노출군에서 mir 107 발현이 3.3배, miR-106b-5p 발현이 3.65배 더 낮은 것을 관찰하였다. 그러나 뇌의 miR-9-5p, miR-29a-3p 및 miR-125a-3p 수준은 변경되지 않았습니다.

결론: 2.4GHz RF의 장기간 노출은 일부 miRNA 발현의 변경으로 인한 신경퇴행성 질환과 같은 부작용을 유발할 수 있으며 miRNA 발현 수준에 대한 RF 방사선의 영향에 대한 더 많은 연구가 이루어져야 합니다.

키워드: 2.4GHz 무선 주파수 Wi-Fi 질병 뇌의 전자기장 miRNA.


Sweeten PAMPs: 선천 면역 및 백신 생물학에서 설탕 복합 PAMP의 역할

선천적 센서는 병원체 관련 분자 패턴(PAMP)으로도 알려진 다양한 생화학적 특징을 감지하여 침입하는 병원체에 대한 초기 선천성 면역 반응에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 생화학적 특징은 주로 단백질, 지질, 질소 염기, 당 및 그 복합체와 같은 주요 생체 분자군으로 구성되며, 이는 숙주 분자와 구별되고 병원체에서만 독점적으로 발현되고 생존에 필수적입니다. 패턴 인식 수용체(PRR)로 알려진 센서 제품군은 생식계열로 인코딩되고 진화적으로 보존된 분자이며 톨 유사 수용체(TLR), RIG-I 유사 수용체(RLR), NOD 유사 수용체(NLR)로 구성됩니다. , C형 렉틴 유사 수용체(CLR) 및 DNA 센서. PRR에 의한 PAMP의 감지는 NF-κB 및 인터페론 조절 인자(IRF)와 같은 전사 인자의 활성화로 이어지는 신호 캐스케이드를 시작하여 인터페론(IFN) 및 프로- 염증성 사이토카인. 이 리뷰에서 우리는 β-글루칸(고분자 설탕) 또는 지질다당류, 핵산 등과 같은 다양한 유형의 글리코실화된 PAMP를 다양한 센서군에 의해 감지하는 것과 발병기전에서의 역할 및 그 역할에 대해 논의합니다. 잠재적인 백신 및 백신 보조제의 개발에 적용.

키워드: 질병 병인 선천 면역 선천 센서 설탕 관련 PAMP 백신학.


복합 탄수화물

일부 탄수화물은 수백 또는 수천으로 구성되어 있습니다! - 긴 사슬로 함께 결합된 단당류. 이러한 탄수화물을 다당류 (“많은 당류”). 다당류는 또한 복합 탄수화물 . 생물에서 발견되는 복합 탄수화물에는 전분, 글리코겐, 셀룰로오스 및 키틴이 포함됩니다. 각 유형의 복합 탄수화물은 생물체에서 다른 기능을 갖지만 일반적으로 에너지를 저장하거나 생물체의 특정 구조를 구성합니다.


과당

그림 (PageIndex<1>)에서도 볼 수 있는 D-과당은 가장 풍부한 케토헥소스입니다. 세 번째에서 여섯 번째 탄소 원자까지의 구조는 포도당의 구조와 동일합니다. 포도당 및 자당과 함께 꿀(40% 과당) 및 단 과일에서 발생합니다. 과당(라틴어에서 프럭투스, 의미 &ldquofruit&rdquo)는 라고도 합니다. 레불로스 강한 좌회전(&-92.4°)인 특정 회전이 있기 때문입니다. 설탕이 아닌 설탕은 수백 배 또는 수천 배 더 달지만 가장 달콤한 설탕입니다(표 (PageIndex<1>)).

표 (PageIndex<1>): 일부 화합물의 상대적 단맛(자당 = 100)
화합물 상대적 단맛
유당 16
말토오스 32
포도당 74
자당 100
과당 173
아스파탐 18,000
아세설팜K 20,000
사카린 30,000
수크랄로스 60,000

자세히 보기: 인공 감미료

단맛은 일반적으로 단당류 및 이당류와 관련이 있지만 설탕에서만 발견되는 특성은 아닙니다. 감미료로서 훨씬 우수한 여러 다른 종류의 유기 화합물이 합성되었습니다. 이러한 고강도 또는 인공 감미료는 탄수화물 섭취를 조절해야 하는 당뇨병 또는 기타 질병이 있는 사람들에게 유용합니다. 합성 화합물은 칼로리가 없거나 소량으로 사용되어 식품의 칼로리 가치에 크게 기여하지 않습니다.

1879년 우연히 발견된 최초의 인공 감미료&mdashsaccharin&mdashhwa. 설탕보다 300배 더 달지만 변화 없이 몸을 통과하므로 식단에 칼로리를 추가하지 않습니다. 사카린은 발견된 후 1900년대 초 금지될 때까지 사용되었습니다. 그러나 제1차 세계 대전의 짧은 기간 동안 금지령은 해제되었고 전쟁이 끝날 때 복원되지 않았습니다. 사카린 사용의 한 가지 단점은 쓴맛과 금속성 뒷맛입니다. 이 문제에 대한 초기 해결책은 1937년에 발견된 두 번째 인공 감미료인 시클라메이트와 사카린을 결합하는 것이었습니다.

1960년대와 1970년대에 실험실 동물을 대상으로 한 여러 임상 테스트에서 시클라메이트와 사카린이 모두 발암성(암 유발) 물질임을 암시했습니다. 먼저 시클라메이트 테스트 결과가 완료되었고 1969년 미국에서 시클라메이트 사용이 금지되었습니다. 그 후 1977년 캐나다에서 사카린이 쥐의 방광암 발병률을 높인다는 주요 연구가 발표되었습니다. 미국 식품의약국(FDA)은 사카린이 아직 사용 가능한 유일한 인공 감미료이기 때문에 즉각적인 대중의 반대를 불러일으킨 사카린 금지를 제안했습니다. 이에 대한 대응으로 의회는 1977년 사카린 연구 및 표시법을 통과시켜 사카린을 함유한 제품에 방광암 위험 증가 가능성에 대한 소비자 경고가 표시된 경우에 한해 사카린의 사용을 허용했습니다. 오늘날 이 경고는 더 이상 필요하지 않습니다. FDA는 현재 75건의 추가 연구와 캐나다와 같은 다른 국가에서 수년간의 사용에서 발암 효과가 있다는 것을 보여주지 않았기 때문에 현재 시클라메이트 금지를 검토하고 있습니다.

세 번째 인공 감미료인 아스파탐은 1965년에 발견되었습니다. 이 백색 결정성 화합물은 자당보다 약 180배 더 달콤하고 뒷맛이 없습니다. 1981년에 사용 승인을 받았으며 다른 음식 맛과 잘 어울리기 때문에 다양한 음식의 단맛을 내는 데 사용됩니다. 그러나 아스파탐은 열에 안정적이지 않기 때문에 구운 식품에는 사용되지 않습니다.

몸에서(또는 가열될 때) 아스파탐은 처음에 아미노산 아스파라긴산과 페닐알라닌, 알코올 메탄올의 세 분자로 가수분해됩니다. 아스파탐의 안전성에 관한 반복되는 논쟁은 신체가 방출된 메탄올을 포름알데히드로 대사한다는 사실에서 부분적으로 발생합니다. 그러나 토마토 주스 한 잔에는 아스파탐을 함유한 다이어트 소다의 비슷한 양보다 6배 많은 메탄올이 들어 있습니다. 아스파탐 사용과 관련하여 문서화된 유일한 위험은 유전 질환이 있는 개인에게 있습니다. 페닐케톤뇨증 (PKU) 이 사람들은 아스파탐이 신체에서 분해될 때 방출되는 페닐알라닌을 대사하는 데 필요한 효소가 부족합니다. PKU가 있는 사람들의 위험 때문에 아스파탐이 포함된 모든 제품에는 경고 라벨이 있어야 합니다.

아스파탐(1967) 이후 2년 만에 발견된 Acesulfame K는 1988년 미국에서 사용이 승인되었습니다. 설탕보다 200배 더 달고 아스파탐과 달리 열에 안정적입니다. 여운이 없습니다.

미국에서 사용하기 위해 FDA 승인(1998년 4월)을 얻은 최신 인공 감미료 중 하나는 자당보다 약 600배 더 달콤한 백색 결정성 고체인 수크랄로스입니다. 수크랄로오스는 수크로오스로부터 합성되며 3개의 OH 기가 치환된 3개의 염소 원자를 갖는다. 변하지 않고 몸을 통과하기 때문에 칼로리가 없습니다. 열에 안정하기 때문에 베이킹에 사용할 수 있습니다.

현재까지 완료된 모든 광범위한 임상 연구에 따르면 미국에서 사용이 승인된 이러한 인공 감미료는 건강한 사람이 적당량을 섭취해도 안전합니다.


비디오 보기: Lecture42일반생물학2CBNU20212 (팔월 2022).