BEYOND REASON
임상의학 탐구를 깊이하면서 오랫동안 깊은 이해를 못했던 개념이 바로 물, 가수분해였다
오늘에서야 진정으로 가수분해의 의미를 알게 되었다
기쁜 날!!
4. 생체용매로서의 물
1) 물의 생물학적 역할
생명을 구성하는 세포내-외의 환경은 바로 '물'임. 물은 생물학적 용매로서 세포내의 대사반응의 매체를 제공하고 영양분을 공급하거나 노폐물 제거의 역할을 하며 수소이온의 농도를 알려주는 지표인 pH와 생체내 온도를 조절하는 필수적 완충제로 작용함. 물은 탄수화물, 단백질, 지방 등 영양소의 화학결합을 가수분해하는 소화과정과 같은 여러가지 생화학적 반응에 참여함
참고) 가수분해(Hydrolysis)
화합물이 물과 반응해서 일어나는 분해임. 대개의 경우 물분자 H2O가 H와 OH로 나뉘어져 반응에서 생기는 화합물속으로 들어감. 강산과 강염기에서 생기는 염(탄산수소나트륨 NaHCO3), 또는 강산과 약염기에서 생기는 염(염화암모늄 NH4Cl)을 물에 녹이면 가수분해가 일어남. 용액은 염기성 또는 산성이 됨.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99EB243A5E66B9FD0E)
유기화합물에서는 단백질, 녹말, 지방, 에스테르 등이 물과 반응하여 분해되는 것을 가수분해라 함. ATP가 분해되어 생명체가 사용하는 에너지를 제공하는 과정. 탄수화물, 단백질의 소화에서 각각의 글리코시드 결합과 펩티드 결합을 깨 이당류/단당류 및 아미노산으로 쪼개서 장에서의 흡수를 돕는 과정이 가수분해 반응임.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/9939A23B5E66BB150F)
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/995BAE3F5E66BEDE0F)
아밀라아제는 녹말의 가수분해효소
아밀라아제는 작용방식에 따라 알파 아밀라아제, 베타 아밀라아제, 글르코 아밀라아제 3종류가 있음. 알파 아밀라아제는 글루코스(포도당)을 주로 생성하는 효소, 베타 아밀라아제는 녹말분자의 비환원 말단의2번째 글루코시드 결합을 절단하여 말토오스만을 형성함. 아밀라아제는 베타 1-4로 결합된 셀룰로오스를 분해할 수 없음. 그래서 인간은 식이섬유를 소화하지 못함.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99E2DA3D5E66C14E22)
락토오스 - 락타아제(가수분해 효소) --> 갈락토스와 글루코스로 가수분해
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/9952023F5E66C1C511)
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99AA9D505E66C20E0F)
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99CA80495E66C2E310)
가수분해 효소
가수분해 효소(Hydrolase)는 생화학에서 화학결합의 가수분해를 촉매하는 효소임. nuclease는 핵산을 자르는 가수분해 효소임.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99547A3F5E66BC5D0F)
2) 물의 구조 및 수소결합의 중요성
물분자에서 수소와 산소원자의 배열은 H-O-H의 공유결합구조로서 결합각은 산소에 존재하는 2개의 비공유전자쌍으로 인해 104.5도인 비직선을 나타냄. 산소의 전기 음성도값(3.5)은 수소(2.1)의 1.5배로 두 공유결합의 전자들이 동등하게 공유되지 않으며 산소원자가 전자를 더 강하게 잡아당겨서 H-O간에 전기쌍극자(dipole)가 만들어져 산소는 부분적으로 음전하를 띠고 수소는 양전하를 띰.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/997BCF495E68BFE403)
이로 인해 물분자의 산소원자와 이웃한 물분자의 수소원자 사이에 정전기적 인력이 형성되며 이를 '수소결합'이라고 함. 이러한 수소결합의 형성 및 물의 쌍극자는 물이 생체의 용매로서 작용할 수 있는 특징을 부여함. 전하를 갖지 않으나 극성을 갖는 생체분자는 쌍극자-쌍극자 상호작용을 유발하는 많은 극성 작용기를 갖고 있어서 물에서 잘 녹을 수 있음.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/9927993F5E68C0621E)
비극성 화합물은 물과 쉽게 상호작용이 가능한 이온이나 극성작용기를 가지고 있지 않기 때문에 수화될 수 없고 이온 화합물은 각각의 이온이 극성 물분자에 의해 수화될 수 있음. 극성영역과 비극성 영역을 동시에 가진 양친매성 화합물은 물과 반응하면 극성의 친수성 영역은 물(용매)과 상호작용을 최대로 되도록 배치되며 비극성의 소수성 영역은 물과의 상호작용을 최소화하기 위해 서로 뭉치게 되어 미셀구조를 형성함. 미셸이란 물속에서 양극성을 띤 화합물의 안정적 구조를 뜻하며 모든 소수성을 띠는 부위들은 물로부터 격리되고 물분자로 정렬된 껍질은 최소화됨.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99C9573C5E68C45B2F)
3) 산과 염기
가. 아레니우스(Arrhenius)의 정의
산은 수용액에서 이온화하여 수소이온을 방출하고 수욕액 내에서 물과 결합하여 H3O+로 존재함. 염기(base)는 수용액에서 이온화하여 수산화이옴(OH-)을 방출함.
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99D820335E68C84B15)
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/990BE4335E68C84B29)
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/999F35335E68C84C26)
나. 브뢴스테드-로우리(Bronsted & Lowry)의 정의
산은 다른 화합물에 H+ proton을 제공할 수 있는 화합물을 말하며 염기는 다른 화합물로부터 H+를 받을수 있는 화합물.
H3O+ <-->H+ + H2O
H20 <--> OH-(염기) + H+
다. 물의 이온화와 pH
물 한분자가 해리되면 물분자의 두개의 극성결합(H-O) 중 하나가 끊어지며 이로부터 방출되는 수소이온은 주변 물분자와 결합하여 히드로늄 이온(H3O+)과 히드록시 이온((OH-)이 형성되는 가역적 자기해리반응 즉 이온화반응을 거치게 됨. 수용액에서의 히드로늄 이온의 농도(H3O+)는 쉽게 표기하기 위해 수소이온 농도(H+)로 나타냄.
H2O + H2O <---> H3O+ + OH-
H2O <--> H+ + OH-
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/9968AB335E68C84D2C)
![](https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/993234335E68C84D28)
혈액의 pH는 대략 7.4를 유지하며 약간의 변화에도 혼수상태 또는 죽음에 이르는 심각한 상황을 초래할수 있음. 적절한 pH를 유지하는 것은 생체내 거대분자의 구조와 활성에 큰 영향을 미침. pH변화는 생체내 여러 화합물의 구조와 상호작용에 영향을 미치는 여러가지 약한 결합들 즉 이온결합 혹은 수소결합 등의 정전기적 인력에 많은 영향을 미치며 이러한 구조 및 상호작용의 변화는 여러반응을 촉매하는 효소등의 기능과 활성에도 변화를 일으킬 수 있음.
라. 산의 이온화 : pH와 pKa
....