다당류

다당류는 글리코시드결합에 의해 결합된 단당류(monosaccharide)의 긴 사슬로 구성된 고분자 탄수화물 분자이며, 가수 분해시 구성 단당류 또는 올리고당류(oligosaccharide)로 분해된다. 다당류의 구조는 선형에서 고도로 발달된 가지 구조 등으로 다양하다. 다당류는 종종 한 종류 이상의 단당류로 구성되기도 한다. 한 종류의 단당류로만 이루어진 다당류는 단순다당류, 또는 호모다당류라고 하며, 두 종류 이상의 단당류로 이루어진 다당류는 복합다당류, 또는 헤테로다당류라고 한다. 다당류는 그것을 구성하고 있는 단당류의 종류에 따라 특수한 성질을 갖게 되기도 한다.

목차

식물의 다당류는 녹말과 같은 저장성 다당류와 섬유소(cellulose), 헤미섬유소(hemicellulose), 펙틴(pectin)과 같은 구조성 다당류로 분류된다.(그림1)¹⁾

녹말은 생산기관과 저장기관에 모두 존재하는 식물의 주요 저장 화합물이며, 여러 분자의 포도당이 결합하여 아밀로오스(amylose) 및 아밀로펙틴(amylopectin)으로 이루어진 고분자화합물이다. 아밀로오스를 구성하는 다당류 사슬은 α-1-4 글루코시드결합으로 구성되어 있으며, 아밀로펙틴은 아밀로오스의 다당류 사슬에 추가적으로 α-1-6 글루코시드결합으로 연결되어 규칙적인 가지형태를 보인다.

섬유소는 수백에서 수천 개의 포도당이 β-1-4 글루코시드결합으로 연결된 선형 사슬로 구성된 다당류이다. 동일하게 포도당으로 이루어진 녹말과는 달리, 꼬임이나 분기가 일어나지 않으며, 섬유소의 분자는 포도당 잔기들로 이루어진 다소 뻣뻣한 막대 모양의 형태를 가진다. 이러한 구조적인 특징으로 인해 섬유소의 한 사슬은 다른 사슬들과 수소결합으로 이루어진 안정적이고 높은 인장강도를 가지는 미세섬유를 형성하며, 여기에 다른 다당류들이 결합하여 세포벽을 이룬다. 섬유소는 녹색 식물의 주요 세포벽의 중요한 구조적 구성 요소이며, 지구상에서 가장 흔한 유기화합물이다.²⁾

헤미섬유소에는 자일란(xylan), 글루쿠로노자일란(glucuronoxylan), 아라비노자일란(arabinoxylan), 글루코만난(glucomannan), 자일로글루칸(xyloglucan) 등이 포함된다. 헤미섬유소에는 포도당 외에도 자일로오스(xylose), 만노오스(mannose), 갈락토오스(galactose), 람노오스(rhamnose) 및 아라비노오스(arabinose) 등의 많은 다른 당 단위체가 포함되어 있으며, 그 구성성분에 따라 이름이 명명된다.

펙틴의 구조에는 갈락투론산(D-galacturonic acid)이 많이 포함되어 있으며, 여러 가지 뚜렷한 다당류가 펙틴 그룹에 속해 있다. 호모갈락투로난(homogalacturonan)은 α-1-4 글루코시드결합으로 연결된 갈락투론산으로만 이루어진 선형 사슬구조를 가진다. 람노갈락투로난1(rhamnogalacturonan I)은 반복되는 갈락토오스와 람노오스로 이루어진 중심구조를 포함하고 있으며, 람노오스 잔기로부터 다양한 중성당(neutral sugar)이 결합되어 가지를 형성한다. 중성당은 주로 갈락토오스, 아라비노오스, 자일로오스이며, 중성당의 유형 및 비율은 다양하다. 람노갈락투로난2(rhamnogalacturonan II)는 갈락투론산 중심구조에서 뻗어나가는 고도로 발달된 가지구조를 가진다.

그림 1. 세포벽을 형성하는 다양한 다당류(출처: 한국식물학회)

1. Höfte H, Voxeur A (2017) Plant cell walls. Current Biology 27: R865-R870
2. Albersheim P, Darvill A, Roberts K 등 (2012) Plant Cell Walls, From Chemistry to Biology. (New York: Garland Science).