본문내용
1. 생물학의 기초
1.1. 생물의 특징
생물은 다양한 환경에 적응하여 여러 가지 형태로 존재한다. 생물의 공통된 특징은 다음과 같다. 첫째, 생물은 구조 및 기능의 기본 단위인 세포(cell)로 되어 있다. 둘째, 생물은 단백질(protein)이나 핵산(nucleic acid) 등의 고분자 화합물로 되어 있다. 셋째, 생물은 자기 복제(reproduction)를 하여 자손을 만든다. 넷째, 생물은 발생(development)하여 성장(growth)한다. 다섯째, 생물은 환경으로부터 에너지를 얻어 활동한다(metabolism). 여섯째, 생물은 환경으로부터 자극(stimulus)을 받고 반응(response)한다. 일곱째, 생물은 일정한 상태를 유지할 수 있는 항상성(homeostasis)을 지닌다. 여덟째, 생물은 환경에 적응하고 진화한다.
생물의 진화는 크게 화학적 진화와 생물학적 진화로 구분된다. 화학적 진화는 무기물→간단한유기물→복잡한유기물→세포막을 가진 원시세포의 단계로 진행되며, 생물학적 진화는 원시세포→ 단세포, 핵막 없음 →원핵생물, 원시세포→ 단세포, 다세포, 핵막 있음 →진핵생물의 과정을 거친다.
생물은 크게 원핵생물(박테리아, 고세균), 진핵생물(원핵생물 이외 모든 것)로 구분된다. 고세균은 원핵생물이지만 박테리아와 다르게 극한환경에서 생존 가능한 단백질을 가진다. 생물을 5가지 계(계)로 나누면 원핵생물계, 원생생물계, 균계, 동물계, 식물계이다.
1.2. 생물의 화학적 구성
생명체를 구성하는 기본 성분은 원소이다. 지구상에 자연적으로 존재하는 원소 중 25종류가 생명체에 필수적이다. 이 중 수소(H), 탄소(C), 질소(N), 산소(O) 등의 대량원소와 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca) 등의 미량원소가 생명체 내에서 중요한 역할을 한다. 이들 원소는 다양한 화합물을 이루어 생명체의 구조와 기능을 담당한다.
원자는 양전하를 띠는 양성자, 전하를 띠지 않는 중성자, 음전하를 띠는 전자로 구성되며, 양성자 수가 원자번호가 된다. 동위원소는 동일한 원소이지만 중성자 수가 다른 것이다. 많은 동위원소는 불안정한 방사성을 가진다. 원자량은 한 원소에 존재하는 동위원소들의 평균 질량이 된다.
분자는 두 개 이상의 원자가 화학적으로 결합한 것이며, 화합물은 두 개 이상의 서로 다른 원소로 이루어진 분자이다. 화합물은 옥텟 규칙에 따라 전자를 공유하여 안정성을 확보한다. 물 분자(H2O)는 수소 결합으로 인해 다른 액체보다 높은 응집력과 표면 장력을 가지게 되어 자연계에서 중요한 역할을 한다.
용액 내에서 물 분자는 일부 해리되어 이온 상태로 존재한다. 이온 결합, 극성 공유 결합, 비극성 공유 결합 등 다양한 결합 유형이 존재하며, 그에 따라 물질의 특성이 달라진다. 친수성 물질과 소수성 물질은 물과의 상호작용 정도에 따라 구분된다. 생명체는 주로 탄소를 기본 골격으로 하는 유기화합물로 구성되어 있다.
1.3. 세포와 수송
세포막은 생명체의 기본 단위인 세포를 구획화하여 구조적, 기능적 특성을 갖는다. 세포막은 인지질 이중층 구조로 되어있으며, 내재단백질과 외재단백질이 존재한다. 이러한 세포막의 구조적 특성으로 인해 선택적 투과성을 가지게 되어 세포 내부와 외부 환경 간의 격리가 가능하다.
세포막은 물질 수송을 위한 주요 통로 역할을 한다. 세포막을 통해 일어나는 물질 이동은 수동적 수송과 능동적 수송의 두 가지 방식으로 이루어진다. 수동적 수송은 농도차와 전압차에 따라 에너지를 사용하지 않고 물질이 이동하는 것이다. 단순확산, 촉진확산, 삼투 등이 이에 해당한다. 반면 능동적 수송은 세포막에 존재하는 운반체 단백질이 에너지를 사용하여 물질을 농도경사와 전압경사의 반대 방향으로 이동시키는 것을 말한다. 대표적인 예로 Na+/K+ 펌프를 들 수 있다.
세포 내부로 물질을 능동적으로 수송하는 방식으로는 세포내섭취(endocytosis)와 세포외배출(exocytosis)이 있다. 세포내섭취는 세포막이 물질을 둘러싸서 세포 내부로 이동시키는 것이며, 세포외배출은 세포 내부의 물질을 세포막을 통해 세포 밖으로 내보내는 것이다.
이처럼 세포막은 세포와 환경 간의 물질 교환을 위한...
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