탄수화물이란 무엇인가?

개요

탄수화물은 탄소, 수소, 산소 원자로 이루어진 필수적인 생물학적 분자로 주로 1:2:1의 비율로 만들어집니다. 탄수화물은 단순하거나 복잡한 구조로 발생하며 에너지 물질대사 및 에너지 저장에 필수적입니다.

탄수화물의 명명법

모든 탄수화물은 당분이며, 당류 혹은 사카라이드(saccharide)라고도 불립니다. 탄수화물은 길이와 복잡성에 따라 단당류 혹은 모노사카라이드(monosaccharide), 이당류 혹은 다이사카라이드(disaccharide), 그리고 다당류 혹은 폴리사카라이드(polysaccharide)로 분류될 수 있습니다. 단당류는 단순당이라고도 불립니다. 다당류는 복합탄수화물로 불리고 반복되는 단순당으로부터 만들어지는 중합체입니다.

가장 단순한 당 중 하나는 포도당 혹은 글루코스(glucose)입니다. 탄소 6개, 수소 12개, 산소 6개로 (즉 C₆H₁₂O₆) 만들어집니다. 포도당은 단일 당 단위이므로 단당류입니다. 그러나 이러한 단순한 분자일지라도 개별 원자의 방향에 따라 여러 가지 변종(즉 이성질체; isomer)이 있습니다. 예를 들어 5번 탄소에 있는 수산기(hydroxyl group; -OH)가 오른쪽을 가리키면 D-글루코스라고 부르고 왼쪽을 가리키면 L-글루코스라고 부릅니다. 이 두 분자는 거울상이성질체(enantiomer)라 불리며 서로 거울에 비친 것과 같은 상호대칭적인 구조를 가지고 있습니다.

분자를 고리 구조로 표현한 것을 하워스 투영(Haworth projection)이라고 하고 이는 원자들이 포도당 분자로 배열하는 또 다른 선택지를 보여줍니다. 이전 예에서 카복실기(carboxyl group)가 있던 탄소를 찾아보세요 (포도당(glucose; 글루코스)엔 1개, 과당(fructose; 프럭토스)엔 2개가 있습니다). 만약 해당 탄소에 있는 수산기가 아래를 향한다면 알파 형태, 수산기가 위를 가리키면 베타 형태가 됩니다.

단당류는 탄소 수에 따라 분류됩니다. 예를 들어 5개의 탄소 원자가 있는 펜토스(pentose), 6개의 탄소 원자가 있는 헥소스(hexose)로 분류됩니다. 또한 단당류는 카보닐기(carbonyl group; 탄소-산소 이중 결합)의 배치에 따라 분류됩니다. 예를 들어 단일 말단 알데하이드기(aldehyde group; -CH=O)를 가진 알도스(aldose), 단일 카보닐기가 분자 중간에 위치한 케토스(ketose)로 분류됩니다.

위와 같은 분류법 및 명명법은 합쳐서 사용할 수 있습니다. 예를 들어 과당(fructose)은 케토헥소스(ketohexose)로 분류할 수 있습니다 (5개의 탄소를 가지고 카복실 그룹이 말단 탄소를 제외한 탄소에 위치함을 뜻함).

이당류는 탈수결합(dehydration synthesis)을 통해 연결된 두 개의 단당류로 이루어져 있습니다. 일반적인 단당은 자당 혹은 수크로스(sucrose) 입니다. 자당은 두 개의 단당류(α-글루코스와 β-프럭토스)로 이루어져 있습니다. 일반적으로 자당은 사탕수수 또는 사탕무에서 유래된 가정용 설탕입니다.

두 개 이상의 단당류가 결합하면 다당류를 형성합니다. 셀룰로스(cellulose)는 포도당 단위체(monomer; 단량체)로 이루어진 흔한 다당류이며 불용성이고 세포벽과 섬유질을 구성합니다. 따져보면 면 티셔츠는 당으로 만들어진 셈입니다!