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제 2 장 생명의 화학적 이해. 토마스 아이즈너와 자연계의 화학적 언어. 생태화학의 개척자 : 화학신호로서 설명 꽃가루받이를 위해 매개자를 끌어들 이기 위한 꽃의 향기 나뭇잎을 먹으면서 부화하는 나비가 알을 낳지 못하게 하기 위해 식물이 만들어 내는 화학물질 짝을 유인하는데 화학물질을 이용하 는 것 여자가 남자를 오래도록 곁에 남아 있 도록 하는 것

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Presentation Transcript
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2장생명의 화학적 이해


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토마스 아이즈너와 자연계의 화학적 언어

  • 생태화학의 개척자 : 화학신호로서 설명

  • 꽃가루받이를 위해 매개자를 끌어들

    이기 위한 꽃의 향기

  • 나뭇잎을 먹으면서 부화하는 나비가 알을 낳지 못하게 하기 위해 식물이

    만들어 내는 화학물질

  • 짝을 유인하는데 화학물질을 이용하

    는 것

  • 여자가 남자를 오래도록 곁에 남아 있

    도록 하는 것

  • 화학물질은 신호전달보다는 생명체에서 훨씬 더 많은 기능을 한다. 이는 우리의 몸이나 다른 생물의 신체를 구성하는 재료일뿐만아니라 물리적

  • 환경을 구성하는 재료이기도 하다.

토마스 아이즈너



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2.1생물의 기능은 화학원소에

서 시작된다

액틴 : 단백질 분자로서 원자들이 배

열되어 이루어져 있음

근원섬유 : 소기관으로서 액틴과 미

오신 단백질로 구성

세포와 조직

기관

가장 기초적인 화학원소의 배열에서 부터 점점 더 높은 단계로 생물체가 구성되면 생물의 낮은 단계에서 나타나지 않았던 새로운 고유 특성이

나타나게 된다.


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  • 2.2생명체는 약 25종의 화학원소가 필요하다

  • 생명체는 공간을 차지하면서 질량을 갖는 물질(matter)로 이루어져 있으며 이러한 물질은 화학원소(chemical element)로 구

    성되어 있다.

  • 원소는 통상적인 화학적 방법으로는 더 이상 쪼갤 수 없는 단위

    이다.

  • 현재까지 자연계에는 92가지의 원소가 밝혀져 있다.

  • 92종의 원소 중 약 25종은 생명체에 필수적이다.


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요오드의 경우 사람에게 1일 평균 0.15mg이 필요하지만, 부족하면 갑상샘(선)의 기능이 방해를 받아 갑상샘종이 되어 갑상샘이 비정상적으로

커진다.

그림 2.2갑상샘종을 앓고

있는 여인


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2.3원소가 모여 화합물을 만든다

2.4원자는 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있다

그림 2.A헬륨원자 그림 2.B탄소원자


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  • 원자는 ‘나눌 수 없는(indivisible)’이란 뜻을 가지 그리스어에서 유래된 것으로 특정한 원소의 특성을 갖는 물질의 가장 작은 단위이며, 각 원소는 한

    종류의 원자(atom)로 구성되어 있다.

  •  아원자 입자

  • 양성자(proton), 전자(electron), 중성자(neutron)

     원소의 차이

    원자의 고유 양성자 수가 원소의 원자번호(automic number)이다

    질량수(mass number): 그 원자의 핵에 있는 양성자 수와 중성자 수의 합

     동위원소

    한 원소의 양성자 수는 동일하지만 중성자 수가 다른 것


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그림 2.5A 양전자단층촬영 스캐너 그림 2.5B 인후암 증상 부위의 양전자 단

층을 촬영한 영상

방사성 동위원소는 핵이 붕괴되면서 입자와 에너지를 방출하기 때문에 생명체에 심각한 위험을 줄 수도 있지만, 생물학 연구나 의학에 매우 유용하게 사용되고 있

다.

 위험성

많은 양에 노출되면 세포 내의 분자, 특히 DNA가 손상받게 된다.


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2.6전자 배열에 따라 원자의 화학적 특성이 결정된다

원자와 원자가 만날 때 어떻게 행동할지는 그들을 구성하는 전자에 의해 주로 결정된다. 전자의 에너지는 전자각의 위치에 따라 크기가 다르며 핵에서부터 멀리 떨어져 있을수록 그 에너지는 크다. 최내각은 두 개, 최외각은 전자를 8 개까지 포함할 수 있으며, 최외각에 존재하는 전자 수에 따라 한 원자의 화학적

조성이 결정된다.

그림 2.6생명에 중요한 네 가지 원소


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  • 2.7이온결합은 다른 전하 사이의 당기는 힘으로 이루어진다

  • 이온 : 하나 이상의 전자를 얻거나 잃어버림으로 인해 전하를 띠게 되는 원

    자와 분자를 말한다.

  • 염 (salt) : 염은 자연 상태에서 결정으로 있는 이온결합화합물이다.

그림 2.7A이온결합으로 형성된 염화나트륨


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그림 2. 7B염화나트륨 결정체


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2.8공유결합은 전자를 공유하면서 원자가 연결되어 분자를 만든다

공유결합(covalent bond)

최외각에 존재하는 하나 또는 그 이상의 전자쌍을 두 원자가 나누어 가지는

결합


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  • 2.9물은 극성 분자이다

  • 한 개의 산소원자가 두 개의 수소 원자와 공유결합을 하고 있다.

  • 공유결합을 하고 있는 분자의 원자들은 공유결합을 하고 있는 원자를

    놓고 끊임없는 줄다리기를 하고 있다.

  • 결합에 의해 공유된 전자를 끌어 당기는 힘을 전기음성도라 한다.

  • O는 H보다 공유된 전자를 훨씬 강하게 끌어당기므로 공유된 전자들이 H보다는 O원자에 더 가깝게 존재한다. 이와 같이 물 분자 내의 산소와 수소원자 사이에 형성된 불균등한 전자의 공유를 극성공유결합이라 한

    다.

그림 2.9물분자


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2.10개요 : 물분자의 극성은 수소결합을 가능하게 하며 물에 독특

한 특성을 부여한다

그림 2.10A물분자 그림 2.10B물의 고체(얼음), 액체(물), 기체

형성된 수소결합 (수증기) 상태


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2.11수소결합으로 물이 응집력을 갖는다

응집력(cohesion) : 분자 사이에 서로 얽매이게 되는 경향을 으집력이라 하며 물은 대부분의 다른 액체보다 응집력이 강하다.

나무의 경우 뿌리에서 잎으로 물이 운반되는 것은 응집력에 의해 가능하다.

표면장력(surface tension) : 수소결합 때문에 물은 마치 투명 필름에 덮여 있는 것처럼 보이는 매우 큰 표면장력을 갖고 있다.

그림 2.11표면장력을 이용해 물 위를 걷고 있는 소금쟁이


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2.12물의 수소결합으로 온도의 변화가 완화된다

물이 금속보다 훨씬 천천히 뜨거워진다. 이러한 특성으로 물이 지구의 온도 변화를 완화시켜 준다.

열(heat) : 물질을 이루고 있는 원자와 분자의 운동에 의해 생긴 에너지의 양

온도(temperature) : 열의 세기, 즉 물질이 가지고 있는 열에너지에 의한 분자운동의 평균속도

물에 열을 가하면 수소결합이 끊어지고 수소결합이 끊어질 때 열을 흡수하여 물은 많은 양의 열을 함유하고 있게 되지만 조금밖에 데워지지 않는다.

반대로 물이 식으면 더 많은 수소결합이 형성된다. 수소결합이 형성될 때 열에너지가 방출되고 서서히 냉각된다.

더운 계절에는 태양으로부터 오는 많은 열이 물에 저장될 수 있으며, 서늘한 계절이 되면 점차 식어가면서 물에서 방출된 열이 공기를 덥히게 된다. 수소결합은 물의 증발을 억제하여 준다(끊는 점이 매우 높다)

그림 2.12수분증발로 시원함을 느낀다


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2.13물이 얼면 액체일 때보다 밀도가 낮아진다

물의 수소결합은 액체 상태일 때보다 얼었을 때 매우 안정하다.

동일한 부피의 물보다 동일한 부피의 얼음에는 물분자 수가 더 적기 때문에 얼음은 액체인 물보다 밀도가 낮다. 그래서 얼음 조각은 연못이나 호수의 바닥으로 가라앉지 않고 뜨는 것이다.

만약 얼음이 가라앉는다면?

그림 2.13고체와 액체 상태의 물분자 배열의 차이


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2.14물은 다양한 용질을 녹일 수 있는 용매이다

용액(solution) : 두 가지 이상의 물질이 균일하게 섞여 있는 혼합물로 구성된 액체

용매(solvent) :녹이는 물질, 용질(solute) : 녹는 물질

수용액(aqueous solution) : 물이 용매일 때

그림 2.14물에 녹아 있는 소금 결정체


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2.15생명현상에 관계된 화학반응은 산과 염기에 민감하다

산(acid) : 용액 내에 H+를 제공하는 화합물

염기(base) : H+과 결합하는 화합물, 이는 용액에서 H+농도를 낮춘다

그림 2.15 pH척도


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2.16산성비에 의해 환경이 위협 받고 있다

그림 2. 16A

그림 2.16A산성비로 황폐되어가고 있는 공원


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그림 2.16B독일에 있는 60년 사이에 손상을 입은 조각상

왼쪽 : 1908년, 오른쪽 : 1968년


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2.17화학반응에 의해 물질의 구조가 바뀐다

반응물(reactant) 생성물(product)

화학반응 (chemical reaction)

그림 2.17A화학반응으로 결합이 깨지거나 만들어 진다


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그림 2.17B화학반응으로 베타카로틴에서 비타민 A로 전환된다


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