유기 화합물의 성분 원소로는 탄소와 수소가 주를 이루지만 산소, 질소 및 황이 더해져 화합물의 성격이 결정된다. 이 중에서도 특히 질소는 생명의 모체인 단백질의 구성 원소로서 중요한 의미를 지닌다. 단백질이 없으면 생명 물질은 존재할 수 없다. 생물 가운데 사람의 몸은 대부분 단백질로 이루어져 있으며 셀룰로오스 등 탄수화물이 주체인 것처럼 보이는 식물도 탄수화물은 몸을 지지하는 골격 물질과 에너지원으로의 의미를 지니며 생물이라는 것을 결정하고 생명 작용을 영위하도록 하는 것은 그 속에 존재하는 단백질이다.
대부분의 단백질은 생물체에 의하여 만들어지므로 과거에는 단백질을 생명의 본체라고 생각하였다. 따라서 단백질을 합성하면 생명체를 합성할 수 있다고 하는 주장도 있었으나 특정한 단백질을 합성할 수 있게 된 현재도 생명체를 인공적으로 합성하지는 못한다. 생물체 특히 동물의 몸은 대부분 단백질로 이루어져 있다. 근육, 피부, 신경, 모발, 손톱과 혈액의 헤모글로빈, 생화학 반응을 지배하는 효소와 호르몬도 단백질에 속한다. 그러나 동물은 단백질을 몸 속에서 합성할 수 없으므로 음식물을 통하여 단백질을 얻는다.
식물은 무기 질소 화합물을 이용하여 단백질을 만들 수 있으며 질소 고정 박테리아는 공기 중의 질소를 동화하여 단백질을 합성한다. 사람은 육류, 달걀, 치즈, 곡물 등에서 단백질을 얻고 있다. 식물성 단백질인 콩 단백질과 밀의 글루텐 등도 중요한 단백질 공급원이다.
단백질은 500만 이상의 거대한 분자량을 가진 유기 화합물인 아미노산이 다수 결합하여 만든 유기 폴리머다. 아미노산은 카드복시기와 아미노기로 만들어진 화합물이다. 가장 간단한 아미노산인 글리신의 알킬기는 수소 원자로 되어있다. 알킬기가 메틸기가 되면 알라닌이라는 아미노산이 된다. 아미노산의 종류는 다양하지만 우리의 몸이 이루고 있는 단백질은 단 21종류의 아미노산으로 구성되어 있다. 이러한 21종류의 아미노산은 아미노기가 카르복시기와 결합하고 있는 탄소 원자와 결합하고 있다는 공통점이 있다.
그리고 이 탄소 원자는 카르복시기에 대하여 앞에서 알아본 것처럼 α의 위치에 있으므로 이러한 아미노산을 α아미노산이라고 한다. 아미노산의 이름은 단백질의 구조를 나타내는 경우에는 간단하게 3문자 기호로 나타내며 21종의 아미노산은 사람의 몸을 이루고 있는 단백질의 구성에 필요한 것으로 음식물을 통하여 섭취하여야 하는 특별한 아미노산을 제외하고 는 몸 속에서 합성할 수 있다.
사람의 몸 속에서 합성할 수 없는 8종류의 아미노산은 트레오닌, 발린, 류신, 이소류신, 메티오닌, 리신, 페닐알라닌 및 트립토판이다. 이 8종의 아미노산은 음식물을 통하여 섭취하여야 하므로 필수 아미노산이라고 한다. 이러한 아미노산은 아미드 작용기에 의하여 서로 결합하여 단백질을 구성하며 이 아미드 결합을 펩티드 결합이라고 한다. 전형적인 단백질 100~300개의 아미노산으로 이루어져 있으며 이러한 아미노산은 독특한 방법으로 결합하고 있다. 리조튬이라는 효소 단백질이 중합한 아미노산의 결합이 나와 있는데 그 단백질 분자 속에는 129개의 아미노산 단위가 존재하고 있다.
단백질이 음식물을 통하여 섭취되어 소화되면 가수 분해에 의하여 아미노산이 된다. 이러한 아미노산은 α아미노산으로 혈액에 흡수된 다음 몸의 각 부분으로 운반되어 근육, 기관의 조직, 효소, 호르몬 및 핵산의 단백질 합성에 이용된다. 우리의 몸은 이와 같이 유리된 아미노산이 지나치게 많은 경우 몸 속에 축적할 수 있는 능력이 없다. 글루코오스는 글리코겐으로 또한 지질은 지방 조직으로 저장할 수 있지만 아미노산은 저장할 수 없으므로 항상 균형잡힌 식사를 통하여 단백질을 공급하여야 한다.
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