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Life & Food SciencesLife & Food Sciences

1부 생명체의 특성

1. 생명체의 특징

- alive vs dead -> 생명체 : 무생명체 => How to differentiate?

- 생명체(organism) : 생명현상을 유지하는 구조들의 집합체

☞ 생명체의 특징

1. 구성(구조) : 조직화, 특성화된 구성

2. 에너지사용과 대사(metabolism)

3. 항상성 유지

4. 생식 및 성장

5. 자극에 대한 반응과 적응



(1) 구성

* 생명체 :

- 화학물질로 구성되어 있음

- 고도의 조직화된 구조를 유지 (S 감소)

- 구조유지를 위한 에너지 필요


☞ 구성수준의 변화

Atom(원자)

Molecule(분자)

Organelle(소기관)

Cell

Tissue

Organ

Organ system

SpeciesPopulationCommunityEcosystemBiosphere



* 생명체 :

- 구조적 구성과 조직 -> 기능과 밀접하게 연관

- 완전한 조직을 이룰 때 기능 발휘

- 기능 파괴 -> 구조 분해 -> S 증가

☞ 세포의 기능은 세포들이 특정한 방법으로응집할 때까지 나타나지 않는다

☞ 출현성질(emergent property) :생물체구조의복잡성이 증가하면서 현상적으로 나타나는기능과 작용



(2) 에너지 사용과 대사

* 생명체 :

- 일정한 형태의 조직이나 질서를 유지하기 위한 에너지 필요

- 대사과정을 통해 에너지 생성

- 대사(metabolism) : 생명체를 유지하는 세포 내의 화학반응 -> 합성(동화) + 분해(이화)

- 환경으로부터 에너지 획득

- 생산자(producer, 독립영양생물), 소비자(consumer, 종속영양생물), 분해자(decomposer)

순환구조를 형성



(3) 항상성 유지

* 항상성(homeostasis) : 세포 내 환경을 일정하게 유지하려는 능력

- 세포 내의 물의 평형 유지

- 특정물질의 결핍이나 과잉을 방지하기 위한 영양소의 흡수,

노폐물의 배설

- 환경변화의 감지와 대응



(4) 생식 및 생장

* 생식(reproduction) : 자기와 동일한 개체를 만들어 냄

- 유전물질의 전달

- 생물체의 유전적 특성 결정

- 무성생식 vs 유성생식



(5) 자극에 대한 반응, 적응과 도태

☞ 자극에 대한 반응(irritability) : 외부자극에 즉각 대응하는 능력

- 생존에 필수적

☞ 적응(adaptation) : 오랜 시간에 걸쳐 일어나는 반응 현상

- 종에 따라(사람 vs 개), 환경에 따라 다르며

- 복잡하고 특이적

☞ 자연 도태(natural selection) : 적응에서 제외된 결과



2. 생명체 구성물질의 특징

- 생물체는 자연계에 존재하는 화학물질로 구성

(1) 원소(element)

- 순수한 물질집단



(2) 원자(atom)

- 원소의 성질을 갖고 있는 원소의 가장 작은 성분

- 핵(양성자 + 중성자) + 전자로 구성

- 원자량(atomic mass) : 양성자와 중성자의 합

- 동위원소 : 중성자수가 다름



(3) 분자(molecule)

- 두 개 그 이상의 원소들로 연결된 화합물의 가장 작은 단위

- 화학반응 : 두 개 그 이상의 분자들이 서로 반응하여 다른 분자를 생성함

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

- 유기분자(organic molecule) : 탄소 및 수소를 포함하는 분자

- 고분자(macromolecule) :

- 분자량(molecular mass) : 분자 각 구성원자의 원자질량의 총합



(4) 화학결합

- 분자를 형성하기 이한 원자간의 결합

- 원자 내 전자의 수와 위치에 따라 결정

- 최외각 전자의 안정된 수를 유지하도록 결합 형성



☞ 공유결합(covalent bond)

- 두 원자가 전자를 공유함으로 형성

- 생체물질 대부분이 공유결합에 의해 형성



☞ 비극성 공유결합 vs 극성공유결합

- 비극성공유결합 : 결합원자간의 전자공유가 동등함

- 극성공유결합 : 결합원자의 전기음성도 차이에 의해 전자분포가 불균형적으로 형성

=> 수소결합(hydrogen bond) : 전기음성도가 큰 원자를 가진 분자간의 수소를 매개로 한

약한 결합



☞ 이온 결합

- 한 원자의 전기음성도가 매우 크면 -> 다른 원자로부터 전자를 받음 -> 이온화

- 상반된 전하를 가진 원자간의 정전기적 인력에 의한 결합 형성 -> 이온 결합



☞ 약한 화학결합

- 수소결합(hydrogen bond)

- van der Waars attraction : 두 화학그룹이 매우 근접할 때 형성되는 분자사이의 인력

- 친수성(hydrophilic) vs 소수성(hydrophobic)



3. 생명체와 물

- 물 : 대부분의 생화학반응에 필수요소이고 생명체의 배지임

(1) 용매로서의 물

- 용매 : 용질을 용해시키는 화합물

(2) 물의 응집력

- 표면장력 형성 -> 식물체 수분 이동

(3) 산과 염기 성질 결정

- 완충능력

(4) 물과 온도

- 높은 열용량 : 급격한 온도 변화에 대응



4. 생명체에 중요한 유기분자들

- 생명현상 유지를 위한 구조적 지지, 에너지 생성, 보호, 유전적 정보 제공

- 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산

(1) 탄수화물(carbohydrate)

- 탄소:수소:산소 = 1:2:1 유지

- 에너지 저장

- 구조적 지지

- 세포막의 일부



- 탄수화물의 다양한 기능

A : celluloseB : chitin



(2) 지질 (lipid)

- 탄수화물에 비해 산소가 매우 적음

- 소수성분자

- 생장 및 비타민 이용에 필요

- 에너지원 : 탄수화물, 단백질의 두 배 열량 제공

- 중성지방(triglyceride) vs 지방산(fatty acid)

- 포화지방산(saturated fatty acid) : 모든 탄소가 단일 결합으로 연결

- 불포화지방산(unsaturated fatty acid) : 지방산 내에 하나의 이중결합을 가짐

- 다중 불포화지방산(polyunsaturated fatty acid) : 2 개 이상의 이중결합 포함

- 식물성 지질 : 불포화도 높음 -> 액체

- 동물성 지질 : 포화도 높음 -> 고체

☞ 인지질(phospholipid)- 두 개의 지방산 외에 인을 포함- 양친매성(amphiphilic) 분자 -> 대표적 세포막 구성분자

☞ 스테롤 (sterol)- 콜레스테롤(cholesterol) : 동물세포막의 중요한 성분



☞ 인지질과 콜레스테롤



(3) 단백질(protein)

- peptide 결합으로 연결된 amino acid의 단위체

- 하나 그 이상의 polypeptide chain으로 구성

- 필수 아미노산 : 20 개

- 다양한 생물학적 성질



☞ polypeptide 구조형성



☞ 효소(enzyme)

- 생물체 분자 중 가장 중요한 단백질 분자

- 세포 내에서 일어나는 특정의 화학반응을 촉매

- 기질과 결합하여 활성화 에너지를 낮춤으로서 촉매반응 촉진

- 특정 기질에 대한 특이성 -> active site에서 결정

- 효소-기질 복합체 형성


☞ 구조단백질(케라틴)



(4) 핵산(nucleic acid)

- DNA(deoxyribonucleic acid) vs RNA(ribonucleic acid)

- nucleotide의 중합체

- nucleotide : 오탄당 + 염기(base) + 인

- adenine, guanine, cytosine, thymine, urasil

- genetic code : 3 nucleotide


☞ DNA 구조


☞ 생물학적 분자들

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