고분자들간의 상호작용

고분자들간의 상호작용  생체내 고분자 물질 # 하나의 세포 내에는 104-105 종류나 되는 수많은 물질들이 상호 작용을 하면서 기능을 하고 있다 . 이 중 절반은 무기이온이나 분자량이 수백 이하의 유기물이고 , 나머지는 중합 체로서 분자량이 104-1012 달톤 정도의 큰 물질이어서 고분자 화합물이라 한다 . 이들 고 분자 화합물들은 탄소 함유 분자들이다 . # 탄소는 생명의 기능에 필요한 크고 복잡하고 다양한 분자들을 구성하는 능력이 뛰어나다 . 그 이유는 최외각에 4개의 전자를 갖기 때문에 네 방향으로 가지치기가 가능하기 때문이 다. # 생체 내 고분자 화합물은 크게 다당류 , 단백질, 핵산이며, 이들은 각각 단당류 , 아미노산, 뉴클레오티드의 중합체다 .  탄소화학 # 탄소 유기 분자 중 가장 간단한 탄화수소는 탄소와 수소로만 이루어진다 . # 여러 가지 형태의 탄화수소들 탄소골격은그길이가다양하다탄소골격은다양한위치에서이중결합을가질수있다탄소골격은가지를갖기도갖지않기도한다탄소골격이고리모양의배열도할수있다이중결합  탄소화학 # 유기분자는 저마다의 고유한 3차원 모양을 가진다 . -유기분자의 모양은 그들의 기능과 연관되어 있음 # 가장 간단한 탄화수소는 하나의 탄소원자에 네 개의 수소원자가 결합해 있는 된 메탄 구조식 공-막대 모델 공간채움 모델  유기분자들 : 탄소화학 # 유기분자들의 성질은 탄소 골격뿐만 아니라 탄소골격에 붙어있는 작용기 (functional group) 에 의해 특징지어진다 . # 화학반응에 통상 참여하는 원자단을 작용기라 부른다 . -수산기 -카르복실기 -카르보닐기 -아미노기  작은 분자로부터 거대분자 합성 # 생명의 분자 (탄수화물, 지질, 단백질, 핵산)들은 크기가 거대해서 고분자 (macromolecule) 라 불린다. 하지만, 이들의 구조는 의외로 간단하다 . -단량체라 불리는 작은 분자들이 반복적으로 엮여서 중합체를 만든다 . 짧은 중합체 단량체 탈수반응 가수분해 긴 중합체 .a. 중합체 사슬 만들기 .b. 중합체 사슬 분해하기 # 탈수합성(dehydration synthesis) 과 가수분해 (hydrolysis) -탈수반응(dehydration reaction) 으로 단량체가 연결되며 물 한 분자가 제거된다 . -가수분해(hydrolysis) 는 단량체 사이의 결합을 끊는데 물 한 분자가 첨가되며 탈수반응의 역과정이기도 하다 .  포도당과당C6H12O6 C6H12O6 포도당과당C6H12O6 C6H12O6 생물 분자들 : 탄수화물 # 탄수화물은 일반적으로 탄소 , 수소, 산소의 세 원소로 이루어져 있는 화합물이며 거의 대부분의 탄수화물들은 그들의 표면에 물을 부착시키는 , 즉 물을 좋아하는 친수성 (hydrophilic) 이다. # 탄수화물은 단당류가 기본이 되는 당의 중합체다 . # 단당류(monosaccharide) 는가수분해에의해 더 이상 작은 당으로분해될 수 없는 당의 최소 기본 단위다 . # 대표적인 단당류인 포도당과 과당은 작용기의 배열 차 이에의해 과당이 포도당보다더 단 맛이 나는 특성을 갖는다. -포도당과 과당은 분자식은 같지만 구조는 다른 분자 , 즉 이성질체 (isomer) 이다. 이성질체  탄수화물 # 이당류(disaccharide) 는 두 개의 단당류로가 탈수반응을 통해 합성되어 만들어진다 . # 이당류에는 우유에 있는 젖당과 맥주와 맥아 밀크셰이크와 맥아 우유사탕에 있는 맥아당 과 설탕이 있다 포도당과당젖당 추출과정분해감미료로전환고과당옥수수시럽을식품에첨가녹말포도당과당첨가물: 탄산수, 고과당옥수수시럽, 캐러멜색, 인산, 천연향료  탄수화물 # 다당류(polysaccharide) 는 복합 탄수화물이며 단위당의 긴 사슬로 단당류의 중합체이다 . # 녹말(starch), 글리코겐(glycogen), 셀룰로오스(cellulose) -녹말은 식물에서 에너지 저장고 -글리코겐은 동물에서 에너지를 저장할 때 사용되며 에너지가 필요할 때 포도당으로 전환된 다 -셀룰로오스는 지구에서 가장 풍부한 유기화합물이며 식물을 감싸고 있는 딱딱한 벽에 있는 전기선처럼 생긴 섬유다발이고 대부분의 동물은 그 결합을 끊지 못하기 때문에 셀룰로오스를 소화시키는 생물은 드물다 .  지질 # 지질(lipid) 은 물과 섞이지 않는 , 즉 소수성 (hydrophobic) 이다 # 지방, 스테로이드, 인지질로 구분된다 . -지방은 인체를 구성하여 외부의 충격으로부터 몸을 보호 -스테로이드는 성 호르몬의 주 성분 -인지질은 단백질과 함께 세포막의 주 성분  지질 # 지방은 글리세롤 1분자와 세개의 지방산 분자가 탈수합성에 의해 만들어진다 . # 포화와 불포화 ?-지방산 중 탄소골격의 이중결합 유무에 따라 결정된다 .  단백질 # 단백질의 단량체는 아미노산이다 . 20개의 아 미노산들은 측쇄만 다른데 이 차이가 독특한 성질을 부여한다 . 아미노산들은 탈수합성에 의해 펩티드 결합을 하며 , 단백질은 보통 100개 이상의 아미노산이 결합하고 있다 .  # 단백질의 20개 아미노산  단백질 형태 # 기능적인 단백질은 폴리펩티드 사슬 자체 (1차 구조 )가 아니라 2,3, 4 차 구조적 형 태를 갖춰야 비로소 단백질로서 기능한다 . # 단백질의 모양은 온도와 산도에 따라 변형되는데 이를 단백질의 변성이라고 한다 .  핵산(DNA & RNA) # 핵산은 DNA(deoxyribonucleic acid) 와 RNA(ribonucleic acid) 로 핵 내에 있으며 DNA 에는 유전자들이 암호화되어 있다 . # 유전자(gene) 는 특정 폴리펩티드의 아미노산 서열이 프로그램 되어있는 DNA 상의 특정 부 위 # DNA 의 화학암호는 “핵산 언어”에서 “단백질 언어”로 해독해야만 함 유전자DNA RNA 단백질아미노산핵산  고분자의 입체구조를 결정하는 비공유 결합들 # 고분자 화합물의 생물학적 성질은 3차원적인 입체 구조를 만드는 비공유 결합에 의해 결정된 다. # 비공유 결합은 공유결합에 비해 매우 약한 결합이며 주로 물 (H2O)에 의해 영향을 받는다 . # 생물계에서 중요한 약한 결합들에는 아래와 같다 . 1) 이온결합: 서로 반대전하를 갖는 두 이온 사이의 정전기적 인력에 의한 결합 . 서로 떨어진분 자들은 이온결합을 통해 가까운 위치로 이동하여 모이게 된다 . 이때, 동일전하를 띠는 분자끼리 는 서로 근접하지 못한다 . Ex) 아스파르트산이나 글루탐산은 카르복실기 (coo-)를 지니고 , 리신, 아르기닌, 히스티딘은 아미노기 (NH3+)를 지니기 때문에 이들 사이에 이온결합이 생겨서 서로 가까이 존재하게 된다 .  이온결합 # 원자는 화학반응을 통해 전자를 잃거나 얻어서 최외각을 완전히 채울 수 있다 . 염화나트륨 (소금)과 같이 나트륨 원자의 최외각 전자를 염소원자에 전이하면 양쪽 원자 모두 최외각이 꽉 찬다 # 전자전이로 전자를 얻거나 잃은 결과 전기적 특성을 갖는 이온이 된다 . 최외각에1개의전자를가진다. 최외각에7개의전자를가진다최외각전자가나트륨으로부터떨어져나오고염소원자의최외각은완성된다. Na 나트륨원자Cl 염소원자완전한최외각이온간인력인이온결합은이둘을결합시킨다. Na. 나트륨이온Cl. 염소이온염화나트륨(NaCl) 이러한전기적특성으로인해나트륨이온과염소이온은이온결합으로묶이게된다.  고분자의 입체구조를 결정하는 비공유 결합들 2) 수소결합: 전기음성도가 작아 약한 양전하를 띠는 수소원자와 전기음성도가 커서 약한 음전 하를 띠는 산소원자나 질소원자간의 미약한 정전기적 인력에 의한 결합 . 이온결합보다 훨씬 약 한 결합이지만 생체 환경 (물)에서 고분자의 입체구조를 유지하는데 아주 중요하다 .  고분자의 입체구조를 결정하는 비공유 결합들 3) 소수성 상호작용 : 비극성을 띠는 두 분자 사이 또는 분자 내에서의 상호인력에 의해 서로 결합 하는 힘 . 비극성을 띠는 분자끼리 모이는 현상인데 이는 비극성 분자간의 상호작용이 유리하기 때문이 아니라 극성과 비극성 분자간의 상호작용이 열역학적으로 불리하기 때문에 일어나는 현상이다. Ex) 소수성 측쇄를 가진 아미노산 (알라닌, 발린, 루신, 트립토판, 티로신)이 포함된 단백질이 물과 접하게 되면 이들 아미노산은 내부쪽으로 숨어서 물 분자와의 접촉을 피한다 . 이로써, 소수성 아미노산끼리 모이게 된다 . -비극성기들 사이에 형성되는 결합은 반데르발스 힘 때문이다 .  고분자의 입체구조를 결정하는 비공유 결합들 -반데르 발스 인력 : 반데르 발스 인력은 모든 분자간에 존재하는데 , 분자들이 매우 근접해 있 을 때 분자를 구성하는 원자들 사이에서 일시적인 정전기적 상호작용에 의해 이루어진다 . 이러 한힘은 분자를 이루는원자의 핵 주위를돌고 있는 전자의운동에 의해 모든 원자에 생길 수 있는 쌍극자 사이의 힘으로서 , 그 인력은 매우 약하며 , 두 핵 사이의 거리가 아주 가까울 때에만 효과가 있다 . -옴스트롱: 0.1nm(10-10m) -반데르발스 인력 vs 반발력  강의 내용 제1부 고분자의 구조 제 2강 핵산 제 3강 고분자들간의 상호 작용 제2부 유전체의 발현 제 4강 DNA 복제 제 5강 돌연변이 발생과 DNA 수선 제 6강 전사 제 7강 스플라이싱 (RNA 이어맞추기) 제 8강 해독 제3부 조절 제 9강 원핵 세포의 유전자 활동 조절 제 10강 진핵 세포에서의 유전자 활동의 조절 제4부 고분자의 실험적 조작 제 11강 모델 생물체 제 12강 분자생물학적 연구기법