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2004-04-29 22:45:17 | Hit : 54492 | Vote : 8758

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Chapter 5. The structure and function of macromolecles

□ Macromolecule
- polymer : bond에 의해 연결된 많은 identical 하거나 비슷한 building blocks로 구성된 large molecule
- monomer : polymer의 building block으로서 제공하는 subunit
- condensation reaction (= dehydration reaction)

- Hydrolysis : polymer가 monomer로 dissociate 되는 것 ; Hydro(water) + lysis(break)

□ carbohydrates
- 생체 내 모든 탄소에는 적어도 하나의 - OH group을 가지고 있다.
- 생체 내 최소 carbon의 수는 3개이다.
① monosaccharides
cell의 major nutrients. 특히 glucose
- cellular work의 major fuel
- small organic molecules(amino acid, fatty acid)의 다른 type의 synthesis를 위한 raw material로서 carbon skeleton을 제공

- glucose linear form에서 ring form의 형성

- 가능한 두개의 glucose forms : α form of glucos and β form of glucose

② Disaccharides
두 monosaccharides 사이에 형성된 covalent bond인 glycosidic linkage에 의해 연결된 두개의 monosaccharides로 구성된 double sugar

③ polysaccharides
수 많은 monosaccharides. 서로 link되어 polymer를 형성한 macromolecule.
- 기능
㉠ storage polysaccharide
⒜ starch
- 식물의 storage polysaccharide
- glucose monomer로만 구성된 polymer (1,4 - linkage)
- helical shape
~ amylose : unbranched simplest form of starch
~ amylopectin : branched complex form polymer of starch
- plastid 라는 cellular structure 사이에 granule로서 저장

⒝ glycogen
- animal의 storage polysaccharide
- plant의 amylopectin보다 더 branched 된 glucose의 polymer
- liver와 muscle cell에 저장

㉡ structural polysaccharides
⒜ cellulose
plant cell을 감싸는 tough wall의 major component

⒝ chitin
곤충류에서 외피로 사용하는 carbohydrate에 의한 structural polysaccharide → exoskeleton을 만듬

□ Lipids
hydrophobic behavior → lipid의 molecular structure의 기본을 제공
- insoluble in water
- soluble in nonpolar solvent

① Fats
large molecule이지만 polymer는 아니다.
fat = glycerol + fatty acids

- saturated fatty acid : tail을 구성하는 carbon atom 사이에 double bond가 없는 것. melting point가 높다 (상온에서 안정화되어 고체) ← 촘촘한 구조여서 그 구조를 풀기가 힘들다.
- unsaturated fatty acid : tail을 구성하는 carbon atom 사이에 한개 이상의 double bond가 있는 것. melting point가 낮다 (상온에서 액체) ← 촘촘한 구조가 아니여서 그 구조를 풀기가 쉽다.
- animal fat : double bond가 없는 saturated fatty acid이다.
- plant fat : double bodn가 하나 이상인 unsaturated fatty acid이다. 상온에서 액체인 oil 상태 ← double bond의 kink가 molecule의 room temperature에서 solidify하기 충분하도록 가깝게 모이는 것을 막아서 그렇다.
cf. hydrogenase로 hydrogen을 추가해주면 saturated plant fat으로 변환이 가능하여 고형상태인 fat을 만들 수 있다.

- saturated fat에 의해 생기는 병
atheroclerosis라는 human cardiovascular disease를 유발한다. ← saturated fat이 plaque라는 deposits를 형성하여 blood bessels의 internal lining을 이끌어 blood flow를 가로막고 vessels의 resilience를 줄인다.

- fats의 function in life
㈎ energy storage : polysacchariede의 두배의 에너지를 낸다.
㈏ cushion 역할 : adipose tissue는 kidney 같은 vital organ의 skin위에 fat layer를 형성하여 body를 보호한다.

② Phospolipids

- micelle을 형성한다. ex. 세탁 세제에서 때를 없애는 원리제공

- cell membrane의 주요 component

③ Steroids
4개의 서로 연속적으로 연결된 carbon skeleton에 다양한 functional group이 붙는 구조
- cholesterol : animal cell의 membrane에 공통적 component. 다른 steroid의 precursor

□ Protein
- structural proteins : support
ex. silk fiber → 거미줄, collagen, elastin → animal connective tissue에서 fibrous framework, keratin → hair, horns, feater 등
- storage proteins : amino acid의 저장
ex. ovalbumin → 계란 흰자 ; embryo 성장을 위한 amino acid의 source, casein → milk, body mammal을 위한 amino acid의 major source
- transport proteins : 다른 substance의 이동
ex. Hemoglobin
- Recerptor proteins : chemical stilmuli에 대한 cell의 반응
- Contractile proteins : movement
ex. actin, myosin → muscle의 movement에 반응, contractile protein → cilla, flagella
- Defensive proteins
ex. antibody
- Enzymatic proteins : chemical reaction의 selective acceleration
ex. digetive enzyme

□ Polypeptide
- amino acids : 20 종류가 있다.

- condensation of amino acid for forming polypeptide

□ protein의 specific conformation
- functional protein은 단지 polypeptide chain이 아니다. 하나나 그 이상의 polypeptidies가 정밀하게 twisted, folded, coiled되어 unique shape의 molecule이 된다.
- polypeptide의 amino acid sequence에 그 최종 protein의 모양에 대한 정보가 들어있으며, 이 정보로 protein이 취할 3차원의 구조가 결정된다.
- protein의 specific conformation은 protein이 어떤 일을 할지 결정한다.

□ Protein structure
polypeptide가 synthesize되면 chain이 자연스럽게 fold되어 그 protein의 functional confromation을 이룬다.
→ protein의 structure는 chain의 각 부분사이의 다양한 chemical bonds에 의해 유지된다.

① Primary structure (일차구조)
- amino acids의 unigue sequence (peptide bond로만 형성된 상태의 구조)
- protein의 precise primary structure는 amino acid의 random linking이 아닌 genetic information의 inheritance에 의해 결정된다.

- sickle-cell disease → one point mutation ; amino acid 하나만 바뀌면 전체의 hemoglobin의 구조가 바뀌어 sickle-cell의 모양을 나타나게 되어 정상적인 hemoglobin 기능을 못하게 된다.

② Secondary structure (이차구조)
대부분의 protein은 protein의 overall conformation에 기여하는 pattern에서 반복적으로 coiled되거나 folded된 polypeptide의 segment를 가진다.
→ 이 coils와 folds를 secondary structure라고 한다.
backbone의 weak negative charge인 nitrogen, oxygen atom인데, nitrogen atom에 붙어있는 weakly hydrogen atom이 peptide bond 근처의 oxygen atom에 affinity를 가지므로 polypeptide backbone을 따라 일정한 intervals의 hydrogen bond를 형성하게 된다.

- α helix : 4개의 peptide bond마다 hydrogen bonding에 의해 함께 coiled됨 (n번째 amino acid와 N+1번째 amino acid 사이에 형성된다.)
- β sheet ( = pleated sheet) : polypeptide chain의 앞 뒤로 접힌 모습. chain의 두 region이 서로 평행하다. 그 사이에 많은 hydrogen bonds가 형성된다. → 많은 globular protein의 dense core를 만듬

③ Tertiary structure
- secondary structure의 superimposed한 pattern
- 다양한 amino acid의 side chain 사이의 bonding에서 irregular contortions로 구성됨. → hydrophobic attraction에 의해 구조가 형성된다.
- hydrophobic side chain : 물과의 mutual exclusion은 hydrophobic side chains를 localized clusters로 유지하게 하고 protein의 core에 모이게 함
- hydrogen bond가 hydrophilic molecule과 water 사이에서와 어떤 amino acids 사이에서 형성이 된다.
- inonic bond가 charged side chains 사이에서 생성된다.
∴ cumulative effect가 protein이 specific shape를 갖도록 도와준다.
- disulfide bond : strong covalent bond (--- SH HS ---), 두 cysteine monomers에서 형성되는 disulfide bridge
→ protein folding에서 더욱 가깝게 접근하도록 그리고 단단하게 고정시키는 역할을 함.

∴ protein의 3차원 구조를 지탱하는 요소 : hydrogen bond, disulfide bond, ionic bond, hydrophobic attraction, Van der waals force

④ Qeaternery structure
두 개 이상의 독립된 polypeptide chains가 모여 하나의 functional macromolecule을 형성한다. → polypeptide subunits의 aggregation의 결과인 overall protein structure

□ Protein conformation의 요건
protein's enviroment의 physical and conditions (pH, salt consentration, temperature)에 의존한다.

- denaturation : protein이 unravel 되고 그것의 native conformation을 잃는 것. denatured protein = biological inactive

- chaperone proteins : 다른 proteins의 folding을 assist하는 temporary braces 같은 functional molecule

□ Nucleic Acids
- central dogma
핵안의 chromosome에 있는 DNA sequence에서 gene이 RNA polymerase에 의해 transcription되어 RNA가 만들어지고 그 중 mRNA가 핵의 pore를 통해 cytoplasm으로 나와서 libosome과 결합하여 mRNA sequence의 sense codon과 amino acid를 가지고 있는 t-RNA anti sense codon의 결합을 libosome의 중개로 amin acids의 chain인 polypeptide를 형성하게 되는 것을 의미한다.

- nucleic acids : polymer DNA를 구성하는 monomer
- nucleotide : nucleic acids 구성하는 monomer

- DNA double strand : DNA는 A-T base끼리 G-C base끼리 hydrogen bond를 이루면서 helix 구조를 가진 double stranded DNA의 구조를 가진다.