당생물학(糖生物學, 영어: glycobiology)은 생물학의 한 분야로, 생화학과 분자생물학을 바탕으로 글리칸(당사슬, glycan)의 구조, 생합성, 생물학적 기능에 대해 연구하는 학문이다. 생물체에서 당은 필수적인 구성 요소이며, 이들이 수행하는 다양한 기능과 역할을 연구 대상으로 삼는다.
옥스퍼드 영어사전에 따르면 당생물학은 탄수화물의 화학과 생화학의 결합된 학문으로 서술되어 있으며(1988년, Raymond Dwek), 이러한 결합은 글리칸의 세포생물학과 분자생물학에 대한 더 큰 이해의 결과물이다.
당생물학의 주요 연구 대상은 당포합체(glycoconjugate)이다. 당은 다른 유형의 생물학적 분자와 연결되어 당포합체를 형성할 수 있으며, 글리코실화(glycosylation)의 효소 과정을 통해 글리코사이드 결합에 의해 당 또는 당류가 연결되어 글리칸이 생성된다. 당단백질(glycoprotein), 프로테오글리칸(proteoglycan), 당지질(glycolipid)은 포유류의 세포에서 발견되는 가장 풍부한 당포합체이며, 주로 외부 세포막과 분비된 액체에서 발견된다. 당포합체는 세포 표면에 존재하여 세포-세포 상호작용에서 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 단백질 접힘 및 세포 부착 기능 외에도 단백질의 N-결합 글리칸은 단백질의 기능을 조절할 수 있으며 경우에 따라 스위치 역할을 한다.
당생물학의 하위 분야로 당쇄체학(glycomics)이 있다. 당쇄체학은 유전체학(genomics), 단백체학(proteomics)과 마찬가지로 특정 세포 유형 또는 유기체의 모든 글리칸 구조를 체계적으로 연구하는 학문이다.
당 구조 연구에는 고유한 과제가 존재한다. 당 구조에서 관찰되는 가변성은 단당류 단위가 단백질의 아미노산이나 DNA의 뉴클레오타이드와는 달리 여러 가지 방식으로 서로 결합될 수 있기 때문에 발생한다. 또한 당사슬 구조는 아미노산 서열이 유전자에 의해 결정되는 단백질과 달리 생합성을 위한 직접적인 주형이 없어 연구가 복잡하다. 글리칸은 2차 유전자 산물로서 많은 효소의 작용에 의해 생성되며, 구조는 다양한 생합성 효소의 발현, 활성 및 접근성에 따라 달라질 수 있다.
글리칸의 구조 분석을 위한 기술로는 액체 크로마토그래피(LC), 모세관 전기영동(CE), 질량 분석(MS), 핵자기 공명(NMR), 렉틴 어레이(Lectin Array) 등이 사용된다. 가장 널리 사용되는 기술 중 하나는 질량 분석이며, 다중 반응 모니터링(MRM)은 위치 특이적 글리코실화 프로파일링에 사용된다.
의학 분야에서 당생물학은 중요한 응용 가치를 지닌다. 헤파린, 에리트로포이에틴 및 일부 항독감 약물과 같이 이미 시장에 출시된 약물들은 글리칸의 중요성을 입증하고 있다. 또한 새로운 항암제, 항염증제, 항감염제 등이 임상 시험 중에 있으며, 당생물학은 새로운 약물 개발의 가능성을 열어주는 분야로 주목받고 있다.
