생명의 분자는 유기화합물이다. 이들은 특정한 방법으로 배열된 정확한 수의 원자를 갖는다. 이들이 생명분자이며 그 구조가 각각의 기능에 관한 단서를 가지고 있다.
어떤 종류의 분자들이 생명체를 특징짓는가?
거대분자(macromolecule)는 단량체(monomer)라고 부르는 작은 분자사이의 공유결합에 의해 조립되는 중합체(polymer)이다. 살아 있는 생물의 거대분자는 탄수화물, 단백질 그리고 핵산을 포함한다. 큰 지질 구조물도 거대분자로 간주할 수 있다.
작용기(functional group)는 다양한 종류의 거대분자에서 일관되게 발견되는 원자들의 작은 집단(원단)이다. 작용기는 특정한 화학적 성질을가지며 큰 분자의 일부로서 그 성질을 제공한다.
단량체는 축합반응(condensation reaction)에 의해 연결되고, 이는 결합이 형성될 때마다 물을 방출한다. 가수분해반응(hydrolysis reaction)은물을 첨가하여 중합체를 단량체로 분해한다.
탄수화물은 당 분자로 이루어진다
탄수화물(carbohydrate)은 수소와 산소 원자에 결합된 탄소를 가진다. 단당류(monosaccharide)는 5개의 탄소를 가진 오탄당과 6개의 탄소를가진 육탄당을 포함한다.
글리코시드결합(glycosidic linkage)은 당들 사이의 공유결합이다. 설탕과 같은 이당류(disaccharide)는 2개의 단당류를 가지고, 녹말과 섬유소와 같은 다당류(polysaccharide)는 단량체의 긴 사슬을 가진다.
지질은 소수성 분자이다
지방과 기름은 글리세롤에 공유결합된 3개의 지방산으로 구성된 트리글리세리드(triglyceride)이다.
포화(saturated) 지방산은 이중결합이 없는 탄화수소 사슬을 가진다.불포화(unsaturated) 지방산의 탄화수소 사슬에 이중결합을 가진다.
인지질(phospholipid)은 글리세롤에 부착된 2개의 지방산과 친수성 인산함유 극성기를 가진다. 이들은 극성 및 비극성 끝을 가진 양친매성(amphipathic)이다. 이들을 물속에서 구조적 이중층을 형성한다.
핵산은 정보적 거대분자이다
핵산, 즉 DNA와 RNA는 정보의 저장과 발현에 주로 사용된다.
핵산은 뉴클레오티드의 중합체이다. 뉴클레오티드(nucleotide)는 인산기, 오탄당[RNA에는 리보오스(ribose), DNA에는 디옥시리보오스(deoxyribose) 그리고 질소함유 염기(base)로 구성되어 있다.
DNA에서 뉴클레오티드 염기는 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 시토신(cytosine) 그리고 티민(thymine)이다. RNA에서는 우라실(uracil)이 티민을 대체한다. 뉴클레오티드는 한쪽의 당과 그다음의 인산 사이에 인산디에스테르결합(phosphodiester linkage)에 의해 연결되다. RNA는 보통단일가닥이지만, DNA는 이중가닥이다.
A와 T, G와 C 사이의 수소결합에 기초한 상보적 염기쌍 형성(complementary base pairing)은 DNA와 RNA에서 일어난다. RNA에서 수소결합은 접혀진 분자로 이어지고, DNA에서 수소결합은 두 가닥을 이중나선으로 연결한다.
DNA는 전사(transcription)과정에서 RNA로 발현된다. 그다음에 RNA는번역(translation)과정에서 단백질의 아미노산 서열을 지정한다.
단백질은 중요한 구조적 및 대사적 역할을 가진 중합체이다.
단백질의 기능은 지지, 보호, 촉매, 수송, 방어, 조절 그리고 운동을 포함한다.
아미노산(amino acid)은 펩티드결합(peptide linkage)에 의해 단백질 중합체를 만드는 단량체이다. 단백질에는 20종류의 아미노산이 있고, 각각은 특정 성질을 부여하는 결사슬(side chain) 혹은 R(R group)에 의해구별된다.
단백질의 1차 구조(primary structure)는 사슬의 아미노산 서열이다. 이사슬은 서로 다른 부분에서 a 나선구조a helix) 또는 B 병풍구조(Bpleated sheet)을 형성하는 2차 구조(secondary structure)로 접힌다.
아미노산 사이의 이황화결합(disulfide bridge)과 비공유 상호작용은폴리펩티드 사슬이 3차원의 3차 구조(tertiary structure)로 접힘을 유발하고 다수의 사슬을 4차 구조(quaternary structure)로 상호작용하게 한다.
열, pH 변화 그리고 특정 화학물질은 단백질의 변성(denaturation)을 초래하며, 이는 생체 기능뿐만 아니라 3차 구조와/또는 2차 구조의 상실을 수반한다.