다당류

다당류(多糖類, 영어: polysaccharide)는 글리코사이드 결합에 의해 결합된 단당류 단위체의 긴 사슬로 구성된 중합체 탄수화물 분자이며, 가수분해시 단당류 또는 올리고당으로 분해된다. 다당류는 선형 또는 고도로 분지된 구조를 가지고 있다. 다당류에는 녹말, 글리코젠과 같은 저장 다당류와 셀룰로스, 키틴과 같은 구조 다당류가 있다.
다당류를 구성하는 단위체는 종종 변형이 있을 수 있다. 다당류의 구조에 따라 이들 고분자는 단위체인 단당류와 별개의 특성을 가질 수 있다. 다당류는 비정질 고체이거나 물에 불용성일 수 있다. 다당류를 구성하는 모든 당당류가 한 종류인 경우는 동질다당류(homopolysaccharide) 또는 호모글리칸(homoglycan)으로 불리고, 다당류를 구성하는 단당류가 2가지 이상인 경우는 이질다당류(heteropolysaccharide) 또는 헤테로글리칸(heteroglycan)으로 불린다.
천연적인 당류들은 단순 탄수화물들로 단당류이며, 화학식이 (CH₂O)ₙ이고, 여기서 n은 3이상이다. 단당류의 예로는 포도당, 과당, 글리세르알데하이드가 있다. 다당류는 Cₓ(H₂O)y의 화학식을 가지며 여기서 x는 보통 200 내지 2500의 큰 수이다. 중합체 골격의 반복되는 단위체가 6탄당인 경우, 화학식은 (C₆H₁₀O₅)ₙ으로 단순화시켜며, 일반적으로 n은 40≤n≤3000 이다.
일반적으로 다당류는 10개 이상의 단당류를 포함하고 있는 반면, 올리고당류는 3~10개의 단당류를 포함하고 있다. 하지만 정확한 개수는 관례에 따라 다소 다를 수 있다. 다당류는 생체고분자의 중요한 종류 중 하나이다. 생물에서 다당류의 기능은 대개 저장 또는 구조적인 역할과 관련이 있다. 녹말은 식물에서 저장 다당류로 사용되며, 아밀로스와 분지형인 아밀로펙틴의 형태로 발견된다. 글리코젠은 동물에서 저장 다당류로 사용되며, 가지의 밀도가 녹말보다 높다. 글리코젠의 이러한 특성은 움직이는 동물의 활동적인 생활에 맞추어 보다 빠르게 대사될 수 있도록 한다.
셀룰로스와 키틴은 구조 다당류의 예이다. 셀룰로스는 식물과 다른 생물들의 세포벽에 사용되며, 지구상에서 가장 풍부한 유기 분자이다. 셀룰로스는 종이 및 섬유산업에서 중요한 역할을 하는 등의 다양한 용도로 사용되며, 레이온(비스코스 공정을 통해), 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로이드, 니트로셀룰로스의 생산을 위한 공급 원료로 사용된다. 키틴은 셀룰로스와 비슷한 구조를 가지고 있지만, 질소를 함유하고 있는 작용기가 있어서 강도가 증가한다. 키틴은 절지동물의 외골격과 일부 균류의 세포벽에서 발견된다. 키틴은 수술용 실을 포함한 다양한 용도로 사용된다. 이 밖에도 다당류에는 칼로스, 라미나린, 크리솔라미나린, 자일란, 아라비노자일란, 만난, 푸코이단, 갈락토만난 등이 있다.

구조

저장 다당류는 일반적인 에너지원이다. 많은 생물들은 녹말을 포도당으로 쉽게 분해할 수 있다. 그러나 대부분의 생물들은 셀룰로스, 키틴, 아라비노자일란과 같은 다당류들을 대사할 수 없다. 이러한 탄수화물들은 일부 세균과 원생생물에 의해 대사될 수 있다. 예를 들어 반추동물과 흰개미는 장에 공생하고 있는 미생물들을 이용하여 셀룰로스를 분해할 수 있다.
이러한 복합 다당류들은 소화되지 않지만, 사람에게 중요한 식이 요소들을 제공한다. 식이 섬유로 불리는 이들 탄수화물들은 소화 작용에 도움을 준다. 식이 섬유의 주요 작용은 위장관의 내용물의 성질을 변화시키고, 다른 영양소와 화합물을 흡수하는 방식을 변화시키는 것이다. 가용성 섬유는 소장에서 담즙산과 결합하기 때문에 신체 내로 들어가기가 쉽지 않다. 이것은 차례로 혈액의 콜레스테롤 수치를 낮춘다. 또한 가용성 섬유는 설탕의 흡수를 약화시키고, 식후 당에 대한 반응을 감소시키며 혈액 내의 지질의 수치를 정상화시키고, 결장에서 발효되면 광범위한 생리 활성을 갖는 부산물인 짧은 사슬 지방산을 생성한다. 불용성 섬유는 당뇨병의 위험 감소와 관련이 있지만, 이에 대한 기전은 알려져 있지 않다.
아직 필수 영양소로 공식적으로 제안되지 않은 식이 섬유는 식단에서 중요한 것으로 간주되고 있고, 많은 선진국들의 규제 당국은 식이 섬유 섭취를 증가시킬 것을 권고하고 있다.

녹말

녹말은 글루코피라노스 단위체들이 α-글리코사이드 결합에 의해 연결된 포도당의 중합체이다. 녹말은 아밀로스(15~20%)와 아밀로펙틴(80~85%)의 혼합물로 구성된다. 아밀로스는 수백 개의 포도당 분자의 선형 사슬로 구성되어 있으며, 아밀로펙틴은 수천 개의 포도당 단위체로 이루어진 분지형 분자이다(24~30개의 잔기마다 분지점이 있음). 녹말은 물에 녹지 않는다. 녹말은 α-글리코사이드 결합을 분해함으로써 소화될 수 있다. 사람과 동물에는 아밀레이스가 있어서 녹말을 소화할 수 있다. 감자, 쌀, 밀, 옥수수는 사람의 식단에서 녹말의 주공급원이다. 식물은 포도당을 녹말의 형태로 저장한다.

아라비노자일란

아라비노자일란은 아라비노스와 자일로스로 구성된 중합체로, 식물의 1차 세포벽과 2차 세포벽 모두에서 발견된다. 또한 아라비노자일란은 사람의 건강에 유익한 효과를 줄 수 있다.

셀룰로스

식물의 구조적인 성분은 주로 셀룰로스로 형성된다. 목재는 주로 셀룰로스와 리그닌이며, 종이와 면화는 거의 순수한 셀룰로스이다. 셀룰로스는 반복적인 포도당 단위체가 β-글리코사이드 결합으로 연결된 중합체이다. 사람과 많은 동물들은 β-글리코사이드 결합을 분해하는 효소가 없기 때문에 셀룰로스를 소화할 수 없다. 흰개미와 같은 특정 동물들은 내방에 분해효소를 가지고 있는 세균이 존재하기 때문에 셀룰로스를 소화할 수 있다. 셀룰로스는 물에 녹지 않는다. 셀룰로스를 아이오딘과 혼합하면 색이 변하지 않는다. 셀룰로스를 가수분해하면 포도당이 생성된다. 셀룰로스는 자연에서 가장 풍부한 탄수화물이다.

키틴

키틴은 자연적으로 생성되는 많은 중합체들 중 하나이다. 키틴은 절지동물의 외골격과 같이 많은 동물들의 구조적인 구성요소를 형성한다. 키틴은 시간이 지남에 따라 자연 환경에서 생분해될 수 있다. 세균과 균류와 같은 미생물에 의해 분비되고, 일부 식물에 의해 형성되는 키티네이스라고 불리는 효소에 의해 키틴이 분해될 수 있다. 이러한 미생물들 중 일부는 키틴의 분해로부터 생성되는 단당류에 대한 수용체를 가지고 있다. 만약 키틴이 검출되면 이들 미생물은 글리코사이드 결합을 분해하여 단당류 및 암모니아로 전환시키는 효소를 생산한다.
화학적으로 키틴은 키토산(키틴의 수용성 유도체)와 밀접한 관련이 있다. 또한 키틴은 포도당 유도체의 가지가 없는 긴 사슬인 점에서 셀룰로스와 밀접한 관련이 있다. 키틴은 구조와 강도에 기여하여 생물을 보호하는 역할을 한다.

펙틴

펙틴은 α-D-갈락토실 우론산 잔기가 1,4-글리코사이드 결합으로 연결된 복합 다당류의 일종이다. 펙틴은 육상 식물의 1차 세포벽과 비목재 부분에 존재한다.

산성 다당류

산성 다당류는 카복실기, 인산기 또는 황산 에스터의 작용기를 가지고 있는 다당류이다.

과이이오딘산-쉬프 염색 (PAS 염색)

보호되지 않은 인접한 다이올 또는 아미노당(일부 -OH기가 아민으로 대체됨)을 갖는 다당류는 과이오딘산-쉬프 염색(PAS 염색)에서 양성을 나타낸다. PAS 염색이 되는 다당류들의 종류는 많다. 상피조직 기원의 뮤신은 PAS 염색이 되지만, 결합조직 기원의 뮤신에는 PAS 염색이 되기에 충분한 글리콜 또는 아미노-알코올 작용기가 없는 많은 산성 치환체들이 있다.