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1. 유전자 조절과 세포분화
1.1. 유전자 조절의 특성
생물체의 모든 세포에는 동일한 유전자의 세트가 있지만, 각 세포는 구조와 기능이 특성화되어 있다. 이러한 세포분화 과정에서 특정 유전자는 발현되고 다른 유전자는 발현되지 않는다. 이를 통해 세포는 특화된 역할을 수행할 수 있게 된다. 이와 같이 유전자의 발현을 조절하는 과정을 "유전자 조절"이라고 한다.
유전자 조절은 여러 단계에서 이루어지는데, 전사 수준에서부터 전사 후 수준, 번역 수준, 번역 후 수준에 이르기까지 다양한 기작이 관여한다. 전사 수준에서는 전사 인자나 에피제네틱 기작을 통해 유전자 발현이 조절되며, 전사 후 수준에서는 mRNA의 안정성이나 번역 효율 등이 조절된다. 번역 수준에서는 번역 개시나 종결 등이 관여하고, 번역 후 수준에서는 단백질의 세포 내 이동, 접힘, 수식 등이 조절된다. 이렇듯 복잡한 조절 기전을 통해 생물체는 필요에 따라 유전자 발현을 정교하게 조절할 수 있다.""
유전자 발현 조절은 세포분화와도 밀접한 관련이 있다. 각 세포가 특성화된 기능을 수행하려면 세포분화 과정에서 필요한 유전자들이 선택적으로 발현되어야 한다. 따라서 유전자 발현 조절은 세포의 구조와 기능을 결정하는 데 핵심적인 역할을 한다.""
1.2. 근육조직의 구조와 기능
근육조직은 근섬유라고 하는 가늘고 긴 원주형 세포들로 구성되어 있으며, 자극에 반응하고 수축하는 수축작용을 통해 몸의 이동을 담당한다"" 근육조직은 모두 미토콘드리아가 많은데, 이는 수축작용에 필요한 많은 에너지를 생산하기 위함이다""
근육조직에는 크게 세 가지 종류가 있다"" 골격근, 심근, 평활근이 그것이다"" 골격근은 가로무늬가 있는 수의근으로, 우리가 의식적으로 움직일 수 있는 근육이다"" 심근은 심장을 구성하는 근육으로, 가로무늬가 있지만 불수의적으로 움직인다"" 평활근은 내장기관의 벽을 구성하며 민무늬이고 불수의적이다""
골격근은 근섬유가 가로무늬를 보이는데, 이는 근섬유 내부에 있는 수많은 근원섬유가 규칙적으로 배열되어 있기 때문이다"" 근원섬유는 다시 액틴 필라멘트와 미오신 필라멘트로 구성된다"" 신경 자극이 가해지면 이들 필라멘트가 미끄러져 들어가면서 근섬유가 수축하게 된다""
심근의 경우, 심장의 수축과 이완을 담당하여 혈액을 순환시키는 역할을 한다"" 심근 세포 또한 가로무늬를 가지고 있지만, 그 배열이 불규칙하고 단일핵이며 불수의적으로 움직인다""
평활근은 내장기관의 벽을 이루며, 민무늬 구조를 가진다"" 평활근은 길쭉한 방추형 세포로, 신경이나 호르몬의 자극에 의해 수축하여 내장기관의 이동이나 수축을 조절한다""
이처럼 근육조직은 다양한 구조와 기능을 가지고 있어, 우리 몸의 다양한 운동과 활동을 가능하게 한다""
1.3. 소화기계의 소화 및 흡수
소장에서의 소화와 흡수는 매우 중요한 과정이다. 소장은 영양분을 흡수하는 주요 장기로, 소화효소와 소화액이 모여들어 각종 영양분을 분해하고 체내로 흡수한다.
먼저, 십이지장에는 췌장, 간, 담낭에서 나오는 소화액이 유입되는데 이 소화액들이 각각의 역할을 수행한다. 십이지장의 췌장액에는 주로 탄수화물, 단백질, 지방 등을 분해하는 효소들이 포함되어 있어 영양분을 작은 분자로 분해한다. 간에서 분비되는 담즙은 지방 분해를 돕고 지용성 비타민의 흡수를 촉진한다. 소장 말단부에 도달할 때 대부분의 소화과정이 완료된다.
소장에서는 이러한 소화 과정을 거친 영양분이 장벽을 통해 체내로 흡수된다. 소장 점막에는 융모와 소와가 있어 표면적을 크게 늘려 흡수율을 높인다. 단당류, 아미노산, 지방산, 무기질 등은 주로 직접 흡수되지만, 일부 화합물은 간에서 대사되어 다른 형태로 변환된 후 흡수된다. 이렇게 흡수된 영양분은 문맥을 통해 간으로 운반되고, 필요에 따라 저장되거나 바로 이용된다.
따라서 소화기계의 소화와 흡수 과정은 영양분을 효과적으로 체내로 공급하는 데 매우 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다.
1.4. 호흡계의 구조와 기능
호흡계는 세포와 외부 환경 사이의 기체 교환에 관여하는 기관들의 집단이다. 사람의 호흡계는 기도(코, 기관, 기관지, 폐포)와 흉곽(늑골, 횡격막)으로 구성된다. 공기는 호흡계를 통해 들어와 폐에서 산소와 이산화탄소 교환이 일어난다.
흡기 시에는 갈비뼈 사이의 근육과 횡격막의 수축으로 흉강의 부피가 증가하고 폐 내의 압력이 낮아져 공기가 흡입된다. 호기 시에는 이들 근육이 이완되어 호흡근육의 이완으로 흉강의 부피가 줄어들어 공기가 내쉬어진다. 이 과정에서 호흡의 움직임이 일어난다.
호흡 시에는 폐포와 모세혈관 사이에서 기체 교환이 일어난다. 즉, 산소는 폐포에서 모세혈관으로 확산되고, 이산화탄소는 모세혈관에서 폐포로 확산된다. 이 과정에서 농도 기울기와 분압 차이에 의해 기체 교환이 일어난다.
폐의 기능을 돕는 호흡색소인 헤모글로빈은 적혈구 내부에 존재한다. 헤모글로빈은 산소와 가역적으로 결합하여 산소를 운반하는 역할을 한다. 이처럼 호흡계는 세포와 외부 환경 사이의 기체 교환을 담당하여 세포 호흡에 필요한 산소를 공급하고 노폐물인 이산화탄소를 배출하는 중요한 기능을 수행한다."
1.5. 배설과 내부 환경의 조절
내부 환경은 외부 환경의 변화에 신체는 내부 환경을 비교적 일정한 상태로 유지하려고 한다. 노폐물이 생성되는데 탄수화물, 지방, 단백질, 핵산의 차이점은 질소로 인해 암모니아가 형성된다. 이러한 노폐물을 제거하고 체액의 항상성을 유지하는 것이 배설의 의의이다.
신체의 내부 환경 유지를 위해 필요한 노폐물 제거와 항상성 조절은 크게 다음과 같이 이루어진다. 첫째, 신장은 혈액을 여과하여 노폐물과 과량의 수분을 제거...
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