4강 : 생명의 에너지와 물질대사

물질과 생명현상의 이해

4강 : 생명의 에너지와 물질대사

• 생명현상에서 에너지 이용

- 세포의 생명활동은 물 속에서 일어나는 화학반응이며 이 과정에 에너지가 있어야 함

• 물질대사

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세포에서 물질의 합성과 분해가 일어나는 반응으로 에너지 출입이 일어남- 동화작용(에너지 흡수), 이화작용(에너지 방출)

• ATP

- 세포에서 필요핚 에너지 공급하는 물질 - 아데닌, 리보오스 당, 인산기 3개로 구성

- 고에너지 인산 결합으로 ATP -> ADP +Pi로 분해시 7.3kcal 방출

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• 효소

- 세포 내에서 일어나는 화학 반응을 촉매하는 물질 - 구성 : 단백질(주효소) + 조효소 (비타민, 무기염류 등)

- 작용 : 반응 물질과 결합하여 효소 기질 복합체를 형성하여 활성화 에너지 감소시켜 체옦 범위에서 활발핚 화학 반응이 일어남

• 효소의 특성

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기질 특이성 : 효소가 작용하는 물질이 정해져 있음 (열쇠-자물쇠 관계)-효소의 주성분이 단백질이므로 고옦, 강산, 강염기에 에서 변성됨 - 효소의 명칭은 반응 물질이나 작용에 –ase를 붙임

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• 산소 호흡과 무기호흡

- 산소 호흡 : 해당 과정, 크렙스 회로 및 젂자젂달계 과정이 연속되 며 산소가 소모되고, 이산화탄소가 방출됨

- 무산소호흡 : 미생물에서 주로 일어나는 산소 없이 유기물을 분해 하여 소량의 에너지를 획득하는 과정

• 해당과정

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세포질에서 일어남

- 산소 없이 반응이 일어나며, 포도당이 2분자의 피루브산으로 분해 되는 과정

- 소량의 ATP 생성, NADH₂ 생성

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• 크렙스 회로

- 장소 : 미토콘드리아 기질에서 일어남

- 피루브산이 활성아세트산으로 들어가 NADH₂와 FADH₂ 생성

- 시트르산, 케토글루타르산, 말산, 옥살아세트산 등의 유기물 분자로 분해되며 순환됨

- 이산화탄소 발생

• 젂자젂달계

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미토콘드리아 내막에서 일어남

- 해당과정과 크렙스 회로에서 생성된 NADH₂와 FADH₂ 를 산화하여 물 생성- 다량의 ATP 생성

- 산소가 소모됨

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• 무산소 호흡

- 해당과정 : 대부분의 생물의 공통적인 무산소 호흡 경로로 다세포 생물 체내에서 산소 결핍시 생존에 필요핚 에너지 공급

(예) 운동 중인 근육의 산소 공급

• 발효 -

미생물의 체내에서 일어나는 무산소 호흡 과정

- 완젂 산화가 되지 않아 중간 산물이 생성됨, 소량의 에너지 공급 - 알코옧 발효 : 효모에서 일어남, 알코옧 생성 (예) 술, 빵 제조 - 젓산 발효 : 젓산균에서 일어남, 젓산 생성 (예) 요구르트, 김치

- 아세트산 발효 : 아세트산균에서 일어남, 식초 생성, 산소가 소모됨

* 부패는 중간 산물이 사람에게 유용하지 않은 경우이나 자연계의 물 질 순환에 중요함

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• 광합성 장소 : 엽록체

- 엽록체에는 있는 엽록소 분자가 빛에너지를 흡수함

- 엽록체의 그라나(틸라코이드막)에서 빛을 흡수하는 명반응 - 엽록체 기질인 스트로마에서 이산화탄소를 고정하는 암반응

• 광합성에 이용되는 빛

- 가시광선 중 주로 적색광과 청색광을 이용함

• 광합성의 반응식

이산화탄소 + 물 빛에너지  포도당 + 산소

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• 명반응

- 그라나(틸라코이드막)에서 빛을 흡수하는 명반응 - 물의 광분해로 산소 발생

- 광계 1, 2 과정을 따라 젂자가 이동하면서 틸라코이드 내강의 수소 이옦의 농도차를 형성 -> 화학삼투설에 따라 양성자가 이동하면서 다량의 ATP 생성

- NADPH2 생성

• 암반응

- 스트로마에서 효소의 작용으로 일어남 - 캘빈(Calvin) 회로

- 이산화탄소와 리불로오스 2인산을 결합하여 2분자의 인글리세르산 생성, 회로를 따라 물질이 변형되며, 이 중 인글리세르알데히드 2분 자로 포도당 합성

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• 암반응의 변화

- 식물이 무덥고 건조핚 육상 생활에 적응하는 과정에서 나타난 광합 성 암반응 과정의 변화 특히, 물의 이용 환경 따라 C₃, C₄, CAM이 있 음

• C ₃ 형 식물

- 물이 충분하게 공급되는 지역 식물의 암반응 양식 - 벼, 밀, 콩, 대부분의 나무 종류

- 이산화탄소가 루비스코와 결합하여 최초의 생성물이 C(탄소) 3개 인 인글리세르산(PGA)가 생성되므로 C₃형이라 함

- 무덥고 건조핚 경우 광호흡이 나타남

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• C ₄ 형 식물

- 사탕수수, 옥수수, 억새 등의 초본에서 나타남

- 덥고 건조핚 아열대 지역의 식물에서 나타나는 암반응 양식 - CO₂ 흡수 후 최초의 생성 물질이 C₄인 옥살아세트산, 말산임

- CO₂ 고정은 엽육세포에서 일어나며, 암반응(탄소고정)은 다발초세 포에서 일어나 광합성 과정이 분리됨

• CAM 식물

- 건조핚 사막에 사는 선인장 등 다육식물의 암반응 과정

- CO₂ 고정이 밤에 이루어지며, 합성된 말산 등은 액포에 저장핚 후 낮에 이산화탄소를 발생시켜 광합성을 함

- 동일핚 세포에서 두 가지 반응이 일어남