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2. 세포의 구조와 기능
1) 세포의 연구
(1) 세포 구조의 연구
ㄱ. 현미경의 발달
- 미세구조 규명, 광학현미경 => 전자현미경
ㄴ. 마이크로톰의 사용
- 미세 절편을 만들 수 있다.
- 미세절편 : 빛이 투과할 수 있는 얇은 조각
ㄷ. 관찰방법의 발달
- 고정법 및 염색법의 창안
★ 염색 - 현미경 관찰을 위한 염색
핵의 염색
동물의 핵 : 메틸렌 블루 ( 청색 )
식물의 핵 : 아세트산 카민 ( 적색 )
미토콘드리아 : 야누스 그린 B ( 녹색 )
백혈구 : 김자
(2) 세포기관의 기능 연구
ㄱ. 원심분획법
- 많은 세포들을 분쇄하여 같은 기관들끼리 모은다.
( 무거운 것이 아래로 간다. )
ⓐ 동물 : 핵 - 미토콘드리아 - 리보솜, 소포체 - 세포기질
ⓑ 식물 :
세포벽 - 핵 - 엽록체 - 미토콘드리아 - 리보솜, 소포체 - 세포기질
ㄴ. 자기방사법
- 방사선으로 표지한 화합물을 세포나 조직에 투여한 후 추적
ㄷ. 조직배양법
- 세포를 생물체 밖에서 배양
2) 세포의 구조와 기능
(1) 핵 : 유전자를 함유, 세포생명활동의 중심
ㄱ. 핵막 - 핵과 세포질의 경계, 2중막에 핵공이 있음
ㄴ. 인 - 입자구조, 단백질과 RNA로 구성, 리보솜 형성
ㄷ. 염색사 - 단백질과 DNA로 구성,
세포분열 시 응축하여 염색체가 된다.
염색사 => 세포분열 시 => 염색체
(2) 세포질 내의 미세구조
ㄱ. 세포막 - 단백질이 지질 2중층에 떠다니는 유동 모자이크 막
물질출입 조절
경관생태학에서는 경계를 세포막에 비유하기도 했죠.
ㄴ. 미토콘드리아 - 외막과 내막으로 된 2중막구조, Fe
땅콩모양, 크리스타 구조
세포내 호흡기관
고유의 DNA를 가지고 있어서 자기 복제함
ㄷ. 엽록체 - 2중막으로 싸임, Mg
고유의 DNA를 가져서 자기 복제함
동전 모양의 틸라코이가 싸인 그라나에서 빛을 흡수
나머지의 스트로마에서 포도당을 합성
ㄹ. 소포체 - 막상구조로 세포 내 물질 이동통로.
( 핵막과 세포막에 연결 )
조면소포체 : 리보솜이 부착
활면소포체 : 리보솜이 없다. 지질합성
ㅁ. 리보솜 - 세포질에 분산되거나 소포체에 부착
단백질과 RNA로 구성되며 단백질을 합성
ㅂ. 골지체 - 소포체에서 유래한 막상구조, 시스터나구조
물질의 저장 및 포장 분비
ㅅ. 중심립 - 동물세포와 일부 식물세포에서 관찰
9+0구조로 구성, 세포분열시 방추사 형성
★ Taxsol ( 항암제 )
: 방추사에 의한 염색체 분리 방해
ㅇ. 리소좀 - 가수분해 효소를 함유한 막상 구조
세포 내 소화( 식균작용 )와 자가분해 (올챙이 꼬리분해)
(3) 후형질
ㄱ. 세포벽 - 전투과성의 두꺼운 벽, 셀룰로오스 성분,
세포의 지지와 세포의 형태유지
ㄴ. 액포 - 식물세포에 발다, 당 유기산 안토시안 등을 함유
★ 액포막은 원형질임. 액포는 후형질
★ C4 식물이 이산화탄소를 저장하는 곳
이산화탄소의 저장형태
- 바다가 탄소를 저장하는 형태와 같습니다.
탄산 H2CO3,
중탄산염 HCO3 -
탄산염 CO3 2-
ㄷ. 세포 내 함유물 - 전분립, 호분립, 지방립, 수산칼슘결정
3) 세포의 성분과 특성
(1) 세포의 구성성분
① 물
ㄱ. 원형질의 구성 성분 중 가장 많은 물질
ㄴ. 극성결합으로 되어 각종 물질의 용해도가 높아서
화학반응의 장이 되고, => 화학반응의 매개체
물질의 이동 및 흡수에 필요
ㄷ. 수소결합으로 되어 비열, 기화열이 커서
생물체의 항상성 유지에 적합
ㄹ. 중성물질로 완충작용을 한다.
② 단백질
ㄱ. 구성원소 : C H O N ( 촌 ) 및 약간의 S성분
ㄴ. 기본물질 - 아미노산(Amino Acid)
아미노기와 카르복시기가 C에 부착
C에 부착된 R기에 의하여 종류가 결정 ( 약 20 종 )
★ 필수아미노산
체내에서 합성되지 않아 외부에서 흡수해야 함
성인의 경우 8가지 정도
아미노산은 펩티드결합(탈수결합)으로 여러개가 연결
=> 폴리펩티드
ㄷ. 단백질의 구조
ⓐ 1차구조 : 아미노산의 펩티드 결합=> 선상구조 ( 인슐린 )
ⓑ 2차구조 : 1차구조가 나선형 ( 알파구조, 머리카락 ) 또는
병풍구조 ( 베타구조, 명주실 ) 로 된 것
[ 수소결합 ]
ⓒ 3차 구조 : 2차 구조가 다시 꼬이고 접혀서
공모양의 입체구조를 가진 것 ( 미오글로빈 )
[ S-S 결합 ]
ⓓ 4차 구조 : 여러개의 3차 구조가 모여있을 때
( 헤모그로빈- 3차구조 4개 )
★ 단백질의 기능은 3차 구조 이상에서
수소결합이 끊어지면서 나타난다.
고온에서는 3차 구조가 변성 됨
★ 단백질의 구조
1차 : 공유결합 - 강한 결합, aㆍa-aㆍa-aㆍa
2차 : 수소결합 - 고온에서 파괴, 변성
알파구조 나선형 머리카락
베타구조 병풍형 명주실
3차 : S-S결합
4차 :
ㄹ. 단백질의 검출
ⓐ 뷰렛반응 : 단백질에 NaOH와 CuSO4용액을 떨어 뜨리면
보라색이 된다.
ⓑ 크산토프로테인반응 : 단백질에 HNO3를 떨어뜨리면
황색이 된다.
ⓒ 밀론반응 : 밀론시약을 가하면 희게 흐려지고,
가열하면 등갈색이 된다.
ㅁ. 단백질의 종류
ⓐ 단순단백질 : 아미노산만으로 구성된 것
ⓑ 복합단백질 : 인단백질, 색소단백질 등
다른 물질이 첨가된 것
③ 지질 - 물에는 녹지 않고 유기용매에 용해되는 물질
유기용매 : 에테르, 알콜, 아세톤, 벤젠
ㄱ. 구성원소 - C H O ( O의 성분이 탄수화물 보다 훨씬 적다. )
ㄴ. 기본물질 - 지방산(3)과 글리세롤(1)이고,
에스테르결합(탈수결합)을 한다.
ㄷ. 지질의 종류
ⓐ 중성지방 - 지방산(3)과 글리세롤(1)로 되어있고,
동물세포에 풍부함
포화지방산 - 지방산의 R기에 탄소와 탄소와 탄소사이에
이중 결합이 없다. ( 동물성, 상온에서 고체 )
불포화지방산 - 탄소사이에 2중 3중 결합이 있다.
( 식물성, 상온에서 액체 )
※ 불포화지방산은 고리가 끊어져서 활성화 되기 쉽기 때문에
포화지방산이나 중성지방보다 사용하기 쉽다.
불포화지방산이 많은 음식을 섭취하여야 한다.
ⓑ 인지질 - 지방산 1개가 인산으로 치환된 것
지방산(2) + 인산(1) + 글리세롤(1), 세포막성분
ⓒ 스테로이드 - 4개의 탄소고리가 결합
세포막 성분 또는 성호르몬의 성분이 된다.
★ 콜레스테롤 - 성호르몬의 전구체
- 비타민 D의 전구체
- 부신피질호르몬의 전구체
( 무기질 코로트코이드 )
- 생체막의 구성성분
- 스테로이드 포함
★ 스테로이드 - 4개의 고리구조
- 스테로이드 호르몬은
체내에서 길항 작용
④ 탄수화물
ㄱ. 작용 - 생물체의 1차 에너지 공급원
몸의 구성 성분
ㄴ. 구조와 특성 - CHO에 세가지 원소가 1 : 2 : 1 의 비율로 결합
Cm(H2O)n으로 표시함
ㄷ. 기본물질 - 포도당 ( C6H12O6, glucose )
여러 개의 포도당이 클리코시드 결합(탈수결합)을
하고, 분해될 때는 가수분해된다.
ㄹ. 탄수화물의 종류
ⓐ 단당류 - 리보오스, 디옥시리보오스(5탄당),
포도당, 과당, 갈락토오스(6탄당)
ⓑ 이당류 - 단당류 2개가 클리코시드 결합
설탕 = 포도당 + 과당, 엿당 = 포도당 + 포도당
젖당 = 포도당 + 갈락토오스
ⓒ 다당류 - 녹말 ( 포도당이 나선결합 ),
이눌린( 과당복합체 ),
셀룰로오스 ( 포도당이 직선결합 ), 클리코겐
⑤ 핵산 - 유전과 단백질 합성의 주역
ㄱ. 핵산의 구성 - C H O N P,
뉴클레오티드( 염기1 +당1+인산1 )가
축합된 고분자물질
ⓐ 염기 - 퓨린계( 아데닌, 구아닌 ) A, G
피리미딘계(시토신, 시민, 우라실 ) C, T, U
★ DNA : A - G 와 C - T의 이중 나선 결합
RNA : A - G 와 C - U의 1줄 결합
염기서열 : 염기의 결합이 나열된 순서
ⓑ 당 - 5탄당으로서 리보오스와 디옥시리보오스의 2가지
ⓒ 인산 - 당과 직접 결합되고
다른 뉴클레오티드와 결합하게 됨
ㄴ. 핵산의 종류
ⓐ DNA (deoxyribonucleic acid) ATGC로 구성, 이중나선형
핵속에 주로 존재, 디옥시리보오스당을 함유
ⓑ RNA (ribonucleic acid) AUGC로 구성, 1줄
⑥ 무기염류 - 여러 금속이 염의 상태로 존재하여 몸을 구성하나,
에너지원은 아님
(2) 세포 구성물질의 물리화학적 성질
① 원형질의 상태
ㄱ. 물이 주성분이고 고분자물질과 무기염류가 녹아있다.
ㄴ. 분자량이 작은 것은 용액을 이룸
ㄷ. 단백질과 같은 고분자물질은 분산되어 colloid 상태를 이룸
※ 콜로이드 용액 : 지름 1-100nm의 입자들이
분산되어 있는 용액
용액 ( 참용액 ) : 용매 + 용질 => 용액
콜로이드 용액 : 분산매 + 분산질 => 분산상
현탁액
????????? - ???????????
② 원형질의 특성
ㄱ. 콜로이드 상태로 sol과 gel이 가역반응을 보인다.
ㄴ. 수분, 온도, pH 등의 영향으로 원형질 상태 변화를 일으킨다.
ㅇ 수분 다량, 높은 온도, 산성(+), 알칼리(-) ===> sol
ㅇ 수분 소량, 낮은 온도, 중성 ===> gel
③ 원형질 유동
- 원형질 성분이 세포 내에서 일정방향으로
끊임없이 이동하는 현상
ㄱ. 원형질 유동은 에너지를 이용한 생명현상
- 살아있는 세포에서만 일어남
ㄴ. 원형질 유동의 관찰
- 액포가 발달한 성숙한 세포
양달개비 수술털 ( 순환운동 )
검정말 잎세포 ( 회전운동 )
4) 생명의 기본단위인 세포
(1) 세포의 물질출입
① 확산 : 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상
예) 물에 떨어뜨린 잉크, 향수 냄새, 담배 연기 등 용질
② 삼투
ㄱ. 막의 투과성 불투과성막
전투과성막 : 세포벽
반투과성막 : 셀포판막, 방광막, 달걀 속껍질막
페로시안화 구리 침전막
ㄴ. 삼투 - 반투막을 사이에 두고, 저장액에서 고장액으로
용매가 이동하는 현상
ㄷ. 용액의 종류 저장액 : 생체농도보다 낮은 농도
등장액 : 생리적 식염수, 링거액
고장액 : 농도가 진한 용액
ㄹ. 삼투압은 용액의 몰농도와 온도에 비례한다.
몰농도 - C
기체상수 - R P = C R T 또는 P = i C R T
절대온도 - T
ㅁ. 식물세포의 삼투
원형질분리 - 식물세포를 고장액에 넣을 때
세포막과 세포벽이 떨어지는 현상
원형질복귀 - 원형질 분리된 세포를 다시 저장액에 넣으면
원래상태로 회복되는 것
용혈현상 - 적혈구를 저장액에 넣으면 파괴되어
Hb가 나오는 현상
팽압 - 세포막이 세포벽을 밀어내는 압력 ( 팽윤상태 )
③ 선택적 투과성 - 용액 중의 특정물질을 선택적으로 투과시킨다.
ㄱ. 능동수송 : ATP에너지를 이용하여
물질, 이온을 흡수, 배출하는 것
ㄴ. 식세포 작용 : 아메바, 백혈구
ㄷ. 음세포 작용 : 세포막에 흠이 생기고
액체상의 먹이가 들어가면
흠의 위가 말리어 먹이가 싸이는 것
(2) 물질대사
물질대사 = 동화작용 + 이화작용
① 동화 : 물질의 합성과정, 흡열반응
엽록체에서 일어나는 광합성이 대표적인 동화작용
② 이화 : 물질의 분해과정, 발열반응
미토콘드리아에서 일어나는 호흡이 대표적인 이화작용