생물과 교재연구

제 7차 교육과정의 생물 단원의 구성

<중학교 과학>

1학년

제6과 생물의 구성

1. 세포의 관찰: 현미경의 사용법, 세포의 구조

2. 생물체의 구성: 세포의 종류와 하는 일, 생물체의 구성 단계

제8과 소화와 순환

1. 영양과 소화

2. 순환

제9과 호흡과 배설

1. 호흡: 호흡기관의 구조와 기능, 기체의 교환과 이동,

생활 에너지의 생성

2. 배설: 노폐물의 생성과 오줌의 성분,배설기관의 구조와 기능

2학년

제4과 식물의 구조와 기능: 뿌리, 줄기, 잎, 꽃과 열매

제5과 자극과 반응: 감각기관, 신경계의 구조와 기능, 약물과 건강,

호르몬의 종류와 기능

3학년

제 1단원 생식과 발생: 세포분열, 생식, 발생

제 8단원 유전과 진화: 멘델의 법칙, 사람의 유전, 생물의 진화

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<고등학교 생물 1>

1. 생명현상의 특성

2. 영양소와 소화

3. 순환

4. 호흡

5. 배설

6. 자극과 반응

7. 생식과 발생

8. 유전

9. 생명과학과 인간의 생활

<고등학교 생물 2>

1장. 세포의 특성

1. 세포의 구조와 기능

2. 세포막을 통한 물질의 출입

3. 효소

2장. 물질대사

1. 광합성

2. 호흡

3장. 생명의 연속성

1. 염색체

2. 유전자와 형질발현

3. 생물의 진화

4장. 생물의 다양성과 환경

1. 종의 개념과 계통

2. 분류의 실제

3. 생물과 환경

5장. 생물학과 인간의 미래

1. 생명공학의 원리와 기술

2. 생명공학의 이용

3. 생명과학의 문제와 미래

I.생명 현상의 특성

1. 생물과 무생물

(1) 생물(명)의 정의

1) 세포를 기본 단위로 하는 유기적이며 고도로 분화된 기능과 구조

-특수화된 세포, 조직(근육, 도관), 기관(심장), 기관계, 개체

2) 물질대사; 이화/동화 ==> 에너지 대사

-대사의 종류; 호흡(해당/TCA/ETC), 광합성, 단백질 합성, 소화 등

3) 생식과 발생; 유전

4) 반응과 항상성; 내외 환경변화에 반응; 고등동물에서의 내분비/신경계

5) 진화

(2) 생명과학의 탐구방법;

-관찰 >문제제기 >가설 >검증 >일반화

-관찰력, 실험의 시행(실험군과 대조군을 설정해야함) 이 요구됨.

?) 생물의 세포설을 검증

?) 바이러스는 생물인가

(3) Virus는 생물인가

-생물적 현상을 바이러스로부터 찾는다면 어떤 것이 있는가.

2. 세포의 구조와 기능

(1) 구조와 기능

1)세포설

-기본구조 및 기능; 각종 소기관의 특징 및 성분상의 차이

2) 현미경을 통한 세포의 관찰;

-광학(렌즈)

-전자 (SEM; 주사, TEM; 투사)

3) 광학 현미경 표본제작

-인조물 (artefacts)에 유의

-특히 전자현미경은 생세포를 볼 수 없음.

-광학현미경으로 관찰할 수 있는 한계; p54 표 3.2

?)19세기에 과학자들이 세포설을 중요하게 생각한 이유

?) 전자현미경 사용의 유리함과 불리함

?) 전자현미경의 해상력이 높은 이유

4) 미세구조 및 기능

-원핵세포/진핵세포의 식별기준

-식물세포와 동물세포의 특징

-세포벽, 세포막(원형질막), 핵(핵공, 염색질, 인), 편모와 섬모

-세포질성 소기관; 소포체, 라이보좀, 골기체, 미토콘드리아, 엽록체, 액포,

라이소좀, 미소체,내골격

?) 핵이 없는 적혈구가 진핵세포인 이유 무엇인가

?) 식물의 잎은 (기관)이며 광합성 (조직)을 포함한다

5) 세포 소기관 기능의 연구 방법을 알아보자

-세포의 분획(세포파쇄 후 원심분리); p64 표 3.4

-크로마토그라피

-방사능 표지

-방사능 현상기법

3. 생물체의 유기적 구성; 단세포 ===> 다세포

(1) 식물; 엽상(균류, 조류 선태류), 경엽(또는 유관속,

양치, 종자)식물

1) 식물의 조직; 구조와 기능이 같은 세포의 모임

-분열조직(형성층), 영구조직(표피, 유, 기계, 통도)

2) 식물의 조직계; 표피계, 관다발계, 기본조직계

?) 식물도 아품을 느낄까?

?) 식물에서의 신호전달 방법

(2) 동물의 조직; 상피, 결합, 근육, 신경

-동물의 기관계; 소화계, 호흡계, 순환계, 배설계, 감각계, 신경계, 내분비계,

생식계, 골격계, 근육계, 피부계

II. 인체의 이해-에너지의 이용과 항상성

1. 영양소와 에너지

(1) 3대 영양소; 탄수화물, 지방, 단백질와 부영양소

1) Carbohydrates; 탄수화물

- 모든 생물에 주요 에너지원, 세포막의 구조물, 곤충과 식물의 세포벽

- 탄소, 수소, 산소만 포함; 일반식은 (CH2O)n은 반복 단위임.

*단당류; 다당류의 구성단위이며 연료원; 급속 분해됨. 수송과 저장에 부적합.

=>글라이서알데하이드, 리보스; 알도스당 (CHO기  함유)

=> 과당, 포도당; 케토스 당 (C3O기(케톤) 함유)

*이당류; 세포내 삼투 조절에 관여

=> 단당류의 중합 (글라이코시딕 결합; C1-C4)

=> 포도당 + 갈락토스 => lactose (유당)

=> 포도당 + 포도당 => maltose (맥아당)

=> 포도당 + 푸럭토스(과당) => sucrose (설탕)

*다당류; 단당류가 수십-수백개가 중합하여 사슬을 형성.

=>길이의 다양성, 가지형성, 접힘(녹말, 글라이코겐),

막대 또는 코일 (세포막의 망 형성에 유효함)

=>대부분이 6탄당(hexose) 단위로 부터 형성.

?) 포도당, 녹말, 셀룰로스, 키틴의 생물학적 기능

?) 소가 셀룰로스를 분해할 수 있는 이유

2) 지방; 물(극성 용매)에 녹지 않으나 비극성 용매인 유기용매 (benzene,	trichloromethane, ether)로 추출

*지방(fats and oils)의 구성; 지방산(fatty acids)+글리세롤(glycerol) 또는 알코올

?)지방산과 물을 혼합하면 지방분자는 어떤 현상이 나타날까?

*트리글리세라이드 (Triglyceride); 자연에 가장 풍부한 지방.

=> 글리세롤 + 3x 지방산

=> 지방산의 종류가 다양한 만큼 다양하게 존재.

=> 에너지 저장이 주기능; 피하지방은 보온 기능

?) 고래의 체온을 유지하는 피하의 blubber의 구성과 기능

*포화/불포화지방산; 이중결합(불포화)은 지방의 융점을 낯춘다.

=> 올레산(oleic acid, 올리브유의 주성분); 13.4 C;

상온에서 액체이며 주로 식물성 (oils)이다. 동물의 지방 (fats)은

대부분 포화지방산으로 구성된 트리글리세라이드로 상온에 고체

*왁스(Wax); 지방산이 알코올(not glycerol)과 연결

=>표면 방수층의 형성; 식물과 곤충의 표면 광택, 벌집.

*인지질; 인산 글리서라이드(phosphoglyceride)가 가장 풍부한 형태.

-세포막 (cell membrane)

=> 트리글리세라이드의 지방산 중에 하나가 인산기(PO4)로 대체.

=> 인산기는 하전(극성화); 지방산과 달리 수용성임.

=> 양극성(amphipathic)을 띰; 왜 그럴까?

*스테로이드; 링 구조, 17번 탄소에 결합하는 사슬에 따라 특성화

-엑디손, 성호르몬

-콜레스테롤(세포막 표면의 구성물)로 부터 합성됨.

?) 지방의 생물학적 기능 4가지

?) 인지질이 물에 녹을 수 있는 까닭

?) 고등어나 청어와 같은 어류 지방의 특성과 잇점

-열보존, 물 보다 경량, 부유 증가, 액체

3) 단백질

ㄱ. 중요성;

ㄴ. 유전자 정보의 산물, 입체구조에 의한 효소 기능

ㄷ. 효소, 수송, 수축, 면역, 막, 구조, 호르몬

ㄹ. 다양한 기능성 및 중요성

- 효소; 생물학적 촉매

- 방어;

혈액응고 (thrombin, fibrinogen)

독 (venome)

면역 (antibody or immunoglobulin; A,D,E,G,M)

수용성 (receptor molecules)

- 조절 및 대사 (metabolism &Regulatory);

생장호르몬 (G-protein)

신경섬유 (neuron)

신호전달 단백질 (signal transduction)

- 수송 (transport); 순환계 (circulatory system);

haemoglobin

haemocyanin; 구리포함

albumin; 지방산 수송

lipoprotein (cholesterol, lipids)

transferrin; iron의 수송

membrane protein; Na+(import), K+(export)

- 영양

ovalbumin (egg)

casein (milk)

- 운동

muscle (actin, myosin, tubulin)

flagella (bacteria)

cilia by microtubles

flagella by microtubles

- 구조

collagen (tensile, cartilage, leather)

elastin (skin)

keratin (hair, nail)

fibroin (silk, spider web)

ㅁ. 단백질의 구조

-L-amino acids의 중합체; peptide bond에 의함.

-분자량; 5,000미만은 peptide라 부르고, 다양한 구조 형성.

-단백질; 한 개 이상의 polypeptide chain을 가지며, 상당수가 여러개의  사슬               (homo or hetero)로 됨.

ㅂ. Amino acids; 20 필수 아미노산

ㅅ. 1차 구조

-아미노산 순서 (서열, sequence)은 독특한 생물학적 특성을  단백질 부여한다.

-아미노산의 배열을 단백질의1차 구조라 부른다.

-1차구조란; 아미노말단(+NH3)--카복시말단(COO-)

또는

N-terminal ------------ lanimret-C

-Genomic DNA에 염기의 순서에 의해 특성화됨.

-세포는 복잡한 대사장치로 DNA에 저장된 정보를  RNA를 통하여 아미노산

서열화로 단백질을 합성

=>해독 (translation)

ㅇ. 2차 구조

- 규칙적으로 형성된 골격 (regulary-shaped backbone)을 말함.

- a.a.의 일반적인 형태 형성에 의한것.

- 4 가지가 있다;

1) 알파 나선

2) 베타 병풍

3) 베타 회전

4) 무작위의 코일(random coil); 일반적인 2차 구조의 특징으로

나타나지만 무질서한 구조는 아님.

=>보다 유연성이 있는 구조

-2차 구조의 안정화; 인접한 a.a.잔기들간의 수소결합

-접힘(folding)과 감기기(coiling)에 중요함.

<알파 나선: a-helix>

- 오른손 방향 회전; 1회전 3.6 a.a 포함.

- 최적의 수소결합거리의 유지를 가능케함.

=>아미노기 i의 >N-H와 i-4의 카복실기 사이;

=>수소결합은 13개 원자의 연쇄를 연결함.

- a.a.의 측기(side-group)들은 밖으로 돌출하면서 중심부를 비운다.

- 측기는 결합에는 참여하지 않으므로 모든 a.a.는 나선 형성

- 구상 및 섬유상 단백질 모두에서 관찰됨.

<베타 병풍: b-plated sheet>

- polypeptide의 길다란 연장

- >N-H와 >C=O 그룹은 반대쪽으로 향해 나열(outward)

=>두 원자 사이에 효과적인 수소결합형성을 도움.

- 두 종류; parallel and antiparallel

Parallel; 두개의 사슬이 같은 방향으로 달림

N======================>C

N======================>C

Antiparallel; 반대로 달림

N======================>C

C<======================N

- 보다 안정됨; 효과적인 수소결합 때문

- 구상, 섬유상 단백질의 형성에 관여.

- 완전한 평면이 아닌 병풍구조로 되어 있음.

- 나선과 병풍 모두는 선상(linear)구조임.

<베타 회전: b-turn>

- 일반적인 loop 구조(주로 구상 단백질에서 관찰됨);

- 다른 명칭; reverse turns or beta-bends or hairpin bends(loops)

<무작위 코일: random coil>

?) 2차구조에 관여하는 결합

?) 단백질의 아미노산 서열이 바뀐다면 어떠한 결과를 초래할까

4) 비타민

-소량 요구성 유기물, 대부분 섭식으로만 흡수

-대부분 조효소로 활동

-수용성/지용성 (A, D, E, K)

<지용성>

A; 상피세포에 탄력 유지,로돕신의 형성에 관여,간에 저장됨,

식품: 간유, 우유, 버터

결핍시; 피부 건조 영양실조증, 호흡 생식기 감염 증가, 체중 감소,                       신경쇠약, 야맹증

D; 소화기로부터 칼슘과 인산의 흡수와 활용 일광하에서 피부, 간 및 신장에서         전구체로부터 합성됨. 담낭에 저장.

식품: 간유, 난황, 우유

결핍시; rickets[구루병(곱사등)]과 골다공증, 근육소실

E; 지방산 대사 억제로 세포막 구조 유지, DNA, RNA 및 적혈구 생성에 참여.

간, 지방조직 및 근육에 저장

식품: 견과(호도류), 보리 추출액, 종유, 채소.

결핍시; 불포화 지방의 산화, 미토콘드리아, 리소좀 및 원형질막의 기능                   상실, 빈혈 및 생식기능 약화

K; 조효소, 프로트롬빈 합성과 간으로부터 다양한 혈액응고인자의 합성에 필수.

장내 공생균이 합성, 간과 지라(비장)에 저장.

식품: 상치, 컬리플라워, 배추, 간

결핍시; 혈액응고시간이 길어짐

<수용성>

B1; thiamine, 조효소(특히 대사관련), 피루브산의   대사, 아세틸콜린의 합성.

체내 저장 불가.

식품: 곡물, 달걀, 돼지고기, 견과류, 간, 효모.

결핍시; 비정상적 탄수화물 대사, 피루브산과 젖산의 축적, 신경과 근육에                  에너지 부족 유발, beriberi병(각기병); 근육 위축 및 마비

B2; riboflavin, 조효소(특히 FAD),탄수화물 및 단백질 대사관련 효소의 조효소.

대량으로 조직내 저장 불가. 소량이 장내세균에 의하여 공급됨.

식품: 효모, 간, 소고기, 양고기, 달걀, 곡류, 콩.

결핍시; 환각, 백내장, 피부 갈라짐, 장점막 점막의 손상, 빈혈

Niacin (nicotinamide); 에너지 방출관련 조효소 NAD의 필수 요소.

트립토판의 파생물. 콜레스테롤 생성 저해, 지방의 분해 보조.

식품: 효모, 육류, 간, 어류, 곡류, 콩, 견과류.

결핍시;pellagra병, 피부병, 설사, 심리적불안.

B12 (cyanobalamin); 크렙스 회로로 들어가는 a.a.의 도입관련 효소,

메티오닌 형성, 적혈구 형성에 필수 조효소.

채소류에서 발견되지 않는 유일한 B 비타민.

코발트 함유 유일의 비타민.

염산에 의존적으로 장에서 흡수됨. 점막으로부터 분비됨.

식품: 간, 신장, 우유, 달걀, 치즈, 육류.

결핍시; 척추의 신경세포 퇴화로 신경계 장애, 악성빈혈

C (ascobic acid); 철분의 흡수에 필수.대사활동 촉진(단백질 대사).

연결조직에 콜라젠 침착 촉진. 공기중에서 급속히 파괴됨.

일부가 원형질이나 내분비선에 저장. 식품: 씨트르산 함유 과일,                   토마토, 채소류.

결핍시; Scurvy(괴혈병), 안장다리, 연결조직의 발달 저하, 탈치,                           상처치유의 지연, 출혈, 발육부진

5) 무기염류

(2) 소화

-소화계를 통한 영양소의 소화; 작용의 주체는 무엇인가?

-흡수가 가지는 의미는 무엇인가?

-과식과 과음의 의미는 무엇인가?

(3) 순환 (Regulation of body Fluids in Animals; Homeostasis)

-세포의 특정기능과 조절; 좁은 한계내에서 이루어짐(온도, pH)

-혈류; 혈액 조성의 조절이 가장 좋은 사례.

-조절에는 감지기(sensor)와 효과기(effector) 사이의 상호작용이 필요하다.

1) 체온의 조절; 화학반응의 정상적인 유지에 필요; 균형이 필요

*열의 획득(세포호흡, 환경으로 부터의 전도, 복사, 복사)과 소실(물의증발,          환경으로 전도, 대류, 복사)

-화학적으로 대사의 부산물로 열이 방출된다.

=> 복사; 전자기파로 이동하는 에너지의 형태 (예; 적외선)

=> 전도; 분자의 충돌로 발생하는 열의 이동 (고온에서 높음)

->고체나 액체가 높음.

->지방층은 전도율이 극히 낮다.

=> 대류; 공기나 물의 유동에 따른 열의 이동

-> 옷의 섬유질이나 동물의 털이하는 역할은?

-> trapping air

?)  눈위의 북극 여우의 열의 획득과 소실

=> 태양의 복사에너지 흡수

=> 전도에 의해 눈에 열을 소실하고, 대류와 복사에 의해 대기의 열을

허파를 통해 물의 증발로 대기로 열을 방출

*생물이 열을 얻는 방법; 세포호흡, 주변으로 부터의 복사, 전도 대류

*생물이 열을 방출하는 방법; 수분의 증발, 주변으로의 복사, 전도, 대류

2) 열 관계에 따른 동물의 분류

- 항온 = 내온성(homoiotherms or endothermic), 비교적 안정된 체온;              포유류, 조류

- 변온=외온성(poikilotherms or exothermic), 체온이 불안정함; 어류, 양서류

?) 대부분의 동물은 어디에 속하는가

=> 현대 과학에서는 모든 동물은 실제 변온동물이다.

특히 새나 박쥐의 체온은 변화가 심하다. 도마뱀은 극히 좁은 범위이지            만 체온조절이 가능하다.

- 새로운 기준이 제시되고 있다; 체온을 획득하는 방식에 따라

=> 내열(온)성 동물 (endothermic); 자신의 체온을 대부분 스스로 유지

=> 외열(온)성 동물 (ectothermic); 체온을 환경에 대부분 의존

?) 호수 부근에 서식하는 악어의 체온 유지법

?) 창가에 고양이는 어떤 동물인가

=> 내온성이나 환경의 복사와 전도열을 흡수

* 내온동물은 동일한 체중일 경우를 가정하여 외온 동물 보다 5배의 대사율;         많이 먹어야함.

* 뱀의 행동; 아침과 저녘에 햇빛을 쬐는 방법이 다르다

?) 외온동물에는 보온장치(단열)가 없는데 그 장점은 무엇인가

?) 고래가 해변가에 상륙하여 사망하는 이유는 또한 무엇인가

?) 겨울의 호수에 빠진 사람과 여름의 호수에 빠진 사람의 생명력은 어떨까

=> 체온저하 (hypohermia)

3) 포유동물의 온도조절; 피부를 통한 체온조절

-포유류 피부의 기능; 과제

-모세혈관, 땀선, 체모

4) 포유류에 혈온의 조절; 시상하부; 열 획득/방출 센터 (과제)

(4) 호흡 ; Energy release; Respiration

*유기분자 생합성의 개시점; 당 분자 <===========from photosynthesis

- 유기분자의 산화 >>>에너지 방출 >>>ATP합성

호흡은 모든 생물이 가지는 공통의 대사과정이다.

- 호흡 동안에 ATP의 합성을 위하여 유기분자가 연료로 사용

=> 일차로 소분자화; 단백질==>아미노산, 녹말==>포도당

먼저 탄수화물인 포도당의 대사; 당은 모든 세포에 주요 연료분자

- 뇌는 포도당만을 연료로 사용; 그 이유는 무엇인가

1) 세포내 ATP의 역할; ADP + Pi(H3PO4)

*포도당의 이동 경로; 녹말섭취>> 장(포도당 화)>> 간(글라이코겐화)>> 조직

?) 왜 포도당의 분해가 곧 바로 에너지생성 반응에 사용되지 않을까

=> ATP가수분해에 의한 에너지 방출은 즉시 일어남

=> 반면 포도당의 대사에는 시간이 소요됨.

=> ATP는 적은 에너지를, 포도당은 대량의 에너지를 방출함.

?) ATP가 포도당 보다 유리한 이유(보편적 에너지 분자화한 이유)

=> 빠르고 정교하게 세포내 에너지 수준을 조절할 수 있다.

=> 포도당에 의한 조절이 이루어진다면 죽음을 유발.

=> 효소의 활용을 조절하여 경제적임.

-> one enzyme for ATP

2) 포도당의 대사

?) 세포가 포도당 산화로 부터 에너지를 획득할 수 있는 이유

=> 에너지역학적으로 탄소와 수소의 가장 안정된 분자 형태는 무엇일까

-> 이산화탄소, 물

=> 세포는 포도당이나, 지방산 및 아미노산으로부터 에너지를 획득하고,

이들로 부터 나온 탄소와 수소원자를 산소와 결합하 안정하게 한다.

-> 호기성 호흡; 연쇄 반응

- 산소는 단지 반응의 최종 단계에 참여한다.

?) 포도당을 불로 태울 때와 세포대사에서 나오는 에너지 총량

-> 같은 3,000 kj mol-1 (완전산화 시)

?)에너지 형태는 어떻게 다를까?

-> 열과 빛 / 열과 ATP

3) 포도당의 대사; 해당, 연결반응(호기), 크렙스회로, 전자전달계

ㄱ. Glycolysis in cytosol without oxygen

-특징; 1 포도당 =====> 2 피루브 산,

4분자의 ATP가 기질수준의 인산화로 합성됨

2분자의 ATP가 해당 첫 단계에서 사용됨

-포도당에서 분리된 수소이온은 2NAD+ ==> 2NADH로 전이

ㄴ.  Link reaction in aerobic respiration; In Mt matrix

- 해당의 산물인 피루브산이 세포질에서 미토콘드리아로 도입

- Acetyl CoA를 형성함

ㄷ. Krebs cycle = TCA cycle; in mitochondrial matrix

- 옥살초 산(4C)이 acety CoA와 결합 >> 씨트르 산(6 Carbon)

- 연속해서 4차례의 산화환원 반응과  2차례의 탈탄산 반응이 일어남.

- 반응의 결과; by one cycle

-> 옥살초산의 순환 (재생), 3분자의 NADH 형성 (환원), 분자의 FADH2              형성, 2분자의 이산화탄소 방출, 기질수준 인산화로 1분자의 ATP생성

- 생화학적 중요성

ㄹ. Electron transport chain; cytochrome system

- 위의 회로로부터 NADH와 FADH2와 같은 환원조효소 생성.

=> 이들은 전자전달계를 통하여 재산화 된다.

-> 효소는 Mt의 내막에 있다.

- 한 분자의 포도당에 대한 전자전달의 결과;

=> 10 NADH + 2FADH2 + 6O2 + 10H+ ==>   /  /   +  12H2O

-> ATP가 산화적인산화로 생성됨.

?) NADH와 2FADH2에 의하여 생성되는 ATP는 각각 몇 개인가

-> 각각 3, 2개의 ATP를 생성할 수 있는 에너지를 가짐

- flavoprotein carrier(FP), coenzyme Q, cytochrome(cyt) 등이 참여

-> 각각의 환원형; FPH2, CoQ, cyt, Fe3+

?) How cyanide kills living things....

-> cytochrome oxidase와 비가역적으로 결합 cyt a의 산화를 저해

**이상적인 조건에서만 한분자의 포도당이 38분자의 ATP를 생성할 수 있다.

-> 세포가 포도당을 완전히 산화시킬 수 있는 이상적인 조건은 없다.

<Mitchell's chemiosmotic hypothesis>

-ATP는 산화환원 과정에서 어떻게 생성되는가

=> 수소 원자가 수소 이온(H+)과 전자(e-)로  분해되는 원리

->  소이온은 방출되고 전자가 수송된다.

-> 농도구배에 따른 자유확산과 전기화학적 구배

=> Mt의 내막에서는 능동수송의 역행으로 ATP가 생성됨.

=> 수소이온의 되돌림과정에 친수성 단백질 채널을 이용

-> F0 단백질; 이는 F1과 ATP 합성효소와 연합

4) 다른 연료분자의 대사

* 지  방: 지방산 + 글리세롤로 1차 가수분해

* 단백질: 아미노산으로 가수분해

-> 이들도 동일한 대사경로를 통하여 ATP 생산

ㄱ. 글리세롤

- 세포질에서 dihydroxyacetone phosphate(해당관련분자)로 변환.

ㄴ. 지방산

- 사슬은 two-carbon acetyl 분자로 바뀔 수 있음

-> 이는 Mt에서 acetyl CoA로 변환; 이 과정이 베타-산화.

-> then can be fed into the TCA cycle

ㄷ.  아미노 산

- 아미노산은 저장이 불가함 ==> 즉시 대사되어야.

=> 20가지의 아미노산은 각각의 대사경로를 가짐

-> 일반원리는 동일

- 대사경로; 먼저 간에서 아미노기의 제거

=> 남은 탄소-포함 분절은 아미노산에 따라 TCA 회로의 일정한 경로로              유입된다.

-> 아미노기가 배설.

-> 사람은 유레아, 어류는 암모니아, 새는 유레아산의 형태임.

5) 호흡률 (Respiratory Quotient; RQ)

*RQ = CO2의 방출량(부피)/사용된 O2의 부피 x 단위 시간

- 포도당의 경우; C6H12O6 + 6O2 => 6H2O + 6CO2

-> 6/6=1; a maximum value in aerobes

?) 인체 어떤 조직의 호흡률이 1로 예측될 수 있는가

-> 뇌; 포도당만을 대사함

- RQ는 생물이 호흡에 사용하는 기질(영양소)을 말해 준다

-> 포도당=1.0, 지방=0.7. 단백질=0.9

6) 혐기성 호흡; Living without oxygen

* 절대혐기성(obligate anaerobe); 파상풍균 (Clostridium tetani)

* 조건적 혐기성(facultative anaerobe); 효모 (Saccharomyces cerevisie)

=> 호기의 환경에서도 혐기적으로 포도당을 산화하여 알코올을 생산

-> 산소는 알코올의 호기호흡에 사용.

NAD+의 재생; 해당과정은 또한 계속적인 NAD+의 공급을 필요.

=> 호기 호흡시에는 전자전달계에서 산화된 후 공급이 이루어짐.

-> 즉, 산소 부재 시 한정된 양의 NAD+는 모두 환원되어 ATP합성이 중단            되고 죽고 만다.

?) 전자전달계가 없는 혐기성 생물이 전자와 양자의 순환 어떠한 방법으로            유지할까?

-> 혐기호흡에는 어떻게 공급할까?

-> 이들은 또 다른 경로로 NAD+를 재생 해당과정을 계속 운영.

-피루브산 자체 의한 NADH의 산화 경로에는 2가지가 있다.

* 식물과 균류 (fungi)에서 주로 관찰되는 에탄올과 이산화탄소 (알코올 발효;         alcohol fermentation)

-> 동물과 많은 박테리아에 의한 젖산 생성 (젖산 발효)

-> 소량의 에너지만을 생산하고 더 이상의 ATP는 생산되지 않음.

* 근육; 피루브산 => 젖산                                                              -> 혈류를 따라 간으로 이동 20%만이 산화하여 CO2, 물+에너지 생성               -> 에너지는 ATP 합성에 사용                                                    -> 남은 80%의 젖산을 글라이코겐으로 변환하는데 사용.

-> 여기에 요구되는 산소를 산소 보상(oxygen debt) 이라함.

(5) 광합성(Photosynthesis = photoautotrophic nutrition)

* 빛 에너지의 포획; 화학에너지로의 변환 (유기분자)

빛

CO2  +  H2O  ----------> CH2O  +  O2

* 광합성은 특이 효소들에 의하여 조절되는 연쇄반응.

1) 빛 의존성/빛 독립성 반응

=> 광합성은 두 단계로 나뉜다.

* 1단계; 빛을 이용, ATP와 환원된 조효소 NADPH 생성

* 2단계; 이산화탄소의 환원으로 탄수화물 합성.

명반응은 엽록소가 포획한 빛을 이용 ATP합성.

=> 광인산화 (photophosphorylation).

-> 물 분자는 산소분자, 전자 및 수소이온으로 쪼개짐                              -> 광분해 (photolysis)

=> 전자는 운반분자인 NADP와 반응 환원됨.

-> NADP+ + 2e- + 2H+==>NADPH + H+

-> 환원에는 많은 에너지가 요구됨.

* 암반응은 ATP와 NADPH를 이용 이산화탄소를 환원시킴;

=> 최초의 산물; GlycerAldehyde 3-Phosphate (3C 화합물로 GALP).

2) 명반응 (Light-dependent reactions)

* 빛의 포획과 에너지 형태의 변환

ㄱ) 빛의 본질; 전자기선(electromagnetic rediation)

* 인간의 시각은 일부인 가시광선만 감지

Gamma----X--UV------VL-------IF--MW----RW

400nm------800 nm

ㄴ) photon=quantum energy (양자 에너지)

파장 차이는 에너지와 색깔의 차이를 나타냄.

**자외선과 피부암**

ㄷ) 엽록체;

엽록소 a, b와 크산토필, 패오파이틴 및 베타-카로틴을 함유

ㄹ) 엽록소에 빛의 효과

* 빛 에너지가 한 분자의 엽록소에 포획되고, 그 에너지는 한 쌍의 전자에           의하여 흡수된다.

=> 이는 고에너지 상태인 광여기 상태로 이동.

-> 에너지화한 전자 2개가 엽록소를 이탈.

-> 양전하화 된 엽록소 이온 형성.

-> 이를 광이온화 (photoionisation).

-> 이로써 빛에너지가 화학에너지로 변환.

* 엽록체에는 전자 공여체와 전자 수용체가 있다.

=> 엽록소에서는 전자가 수용체에 수용됨.

-> 양전하화 된 엽록소는 근처의 전자 공여체(물)로 부터 전자쌍을 받아               들여 안정화.

* 에너지화한 전자는 틸라코이드 막을 통하여 이동하며 전자 전달계에 의하여        운반된다.

=> 전자전달계는 광계 1과 2로 구분된다; Z형 커브

-> Z-scheme; ATP합성

ㅁ) 광포획 (Light harvesting)

* 색소; 엽록소와 크산토필

=> 이들은 수백개의 분자가 모여 덩어리를 형성.

-> 이를 안테나 복합체라 부름; 깔때기라고 불림.

-> 모아진 에너지는 이동하여 반응의 중심 엽록소 분자로 이동.

ㅂ) The Z scheme; 비순환적 광인산화

* NADPH와 ATP 생산

* 빛의 4개 양자가 물분자의 광분해를 위해 흡수됨

=> 2H2O ===> 4H+  +  4e-  +  O2

-> 에너지화한 4개의 전자가 생산됨.

ㅅ) 화학 삼투와 ATP 합성

* Z-shceme의 구성체; 엽록소 분자, 전자수용체, 전자전달계는 엽록체의            틸라코이드 막에 위치함.

=> 막의 내부에 수소이온의 축적

-> 스트로마로 수소이온의 확산은 전기화학적 구배에 따라 ATP                       synthetase complex에 의하여 ATP 합성.

ㅇ) 순환적 광인산화 (cyclic photophosphorylation)

* Z scheme의  모든 과정은 물(저에너지)로부터 전자를 고에너지의 NADP로        통과시키는 것이다.

=> 한 쌍의 전자는 하나의 ATP를 생산하기에 충분한 에너지를 방출.

-> 그러나 암반응을 운용하기 위하여 훨씬 많은 ATP가 필요.

-> 엽록체는 순환적 광인산화로 여분의 ATP를 생산함;                              -> 제 1광계로 NADPH가 아닌 ATP만을 생산.

-> 제 1광계가 생산한 여기전자는 광계 1과 광계 2사이에                            있는 전자전달계로 운반된다.                                                 ->전자는 전자전달계를 통과 제 1광계로 되돌아가 순환을 완료        ?) 산소는 순환적광인산화로 생산 되는가

=> No. 여기서 전자는 계속순환 된다. 즉, 산소원이 되는 물의 광분해로               부터 유래한 전자에 의하여 대체 되지 않는다.

<명반응의 요약>

- 비순환적 광인산화는 물로부터 유래한 전자의 사용으로 NADP를 환원으로         상승된 에너지는 광계 1과 광계 2에 의하여 흡수된 빛에 의하여 형성된다.

- 비순한적 광인산화의 산물은 NADPH, ATP 및 산소.

- 순환적 광인산화는 광계 1만을 포함하며 ATP만을 생산한다.

- ATP는 암반응을 운용하기 위하여 제공되고, NADPH는 이산화탄소를 탄수화물      로 전환(고정)하는데 필요한 환원력이 된다.

3) 암반응 (The Light-Independent reactions); 탄소고정 (carbon             assimilation)

ㄱ) C3 경로; 3-carbon compounds

- Calvin cycle

- 첫번째 반응;

RuBP carboxylase**

5-carbon sugar RuBP + CO2 ===============>                                                    2 x glycerate 3-phosphate (GP, 3C)

** rubisco; ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase

=> 불안정한 6 carbon 화합물이 형성되나 즉시 2개의 GP로 분리.

=> ATP는 GP의 인산화에 사용되고 glycerate diphosphate (GdP, 3C)형성.

-> GdP는 NADPH에 의하여 환원되어 두 분자의 glyceraldehyde                     3-phosphate (GALP or PGAL)를 생성함.

-> GALP 중 하나는 일련의 반응으로 RuBP로 변환되고,                          -> 남은 하나가 광합성의 생성물인 최초의 탄수화물 합성에 사용.

-> 즉, GALP는 포도당 (hexose phosphate = fructose 6-phosphate),                 다양한 탄수화물, 아미노산 또는 지방으로 변환.

-> GP에서 F 6-P로의 환원은 역해당과 유사하다.

ㄴ) 광독립적 반응의 종합

- 한분자의 hexose를 생산하기 위하여(RuBP의 카복실화                            => RuBP의 재생 까지) Calvin 회로는 6회전.

- 3 분자의 F 6-P가 생산되면 하나만이 보존되고, 남은 두 분자는 RuBP의           재생을 위하여 재활용된다.

- 전체를 요약

6 RuBP + 6CO2 + 11 H2O + 18 ATP + 12 NADPH ===>                                6 RuBP + F 6-P + 18 ADP + 17 Pi + 12 NADP+

?) 어떻게 GALP로 부터 포도당이 만들어 지는가

=> by joining together of two GALP molecules

?) C3 식물의 예; 상치, 귀리, 벼, 오이, 애기장대 등

?) C3 식물에서 최초의 이산화탄소 수용체는 무엇인가

=> RuBP (ribulose 1,5-bisphosphate)

?) rubisco가 식물에 과다할 만큼 풍부한 이유는 무엇인가

=> 이 효소의 촉매 활성이 매우 낮다

-> 한 분자의 RuBPcarboxylase는 매초 3-4분자의 RuBP를 카복실화.

?) rubisco의 분자적 구성은...?

=> 촉매 단위체 (분자량 55,000) x 8, from chloroplast genome                    조절 단위체 (분자량 16,000) x 8, from nuclear

4) C4 (Hatch-Slack) pathway

* C3 회로는 비효율적인 탄소고정의 과정이다.

=> 대기 중의 이산화탄소의 농도가 낮을 때 반응의 속도가 매우 느려진다.

-> 또한 반응을 조절하는 효소의 활성부위에 이산화탄소 대신 산소가 결합            할 수 있다.

=> 산소와의 결합은 glycolate를 생산                                               (glycolate는 이산화탄소의 방출로 분해됨)

-> 이것이 광호흡이다; 탄소고정을 역류.

* 광호흡 (photorespiration)이란?

-Rubisco는 oxygenase의 활성을 가진다. 이것이 광호흡을 유도한다.               즉, 산소와 반응하므로 RuBP를 분해하여 GP와 2-phosphoglycollate를 생산.

-이산화탄소는 산소와 경쟁관계에 놓인다.

-이 과정은 엽록체, 미소체 및 미토콘드리아를 경유.

- 2-PG는 glycollate로 되어 미소체로 이동 후 glyoxylate로 된다.

-> 여기서 부산물로 H2O2가 생산된다.

- Glyoxylate는 serine 및 glutamate와 반응하여 glycine 등을 생산한다.

-> 글라이신은 미토콘드리아로 이동하여 산화적으로 탈탄소화하고 암모니아          와 이산화탄소를 생산한다.

-결과; 에너지 낭비임=>고정탄소의 20%를 소모

?) 이산화탄소의 농도를 높이면 효율을 높일 수 있을까

=> 온실에서는 1%까지 이산화탄소의 농도를 높일 수 있다.

-> 제한된 이산화탄소를 극복할 수 있다.

=> 대기 중의 이산화탄소가 4C compound의 합성에 사용되고 포획된다.            -> 옥살초산

=> 이러한 식물로는 옥수수와 많은 열대성 잡초에서 발견됨.

PEPC

* 첫번째 반응은 CO2 + PEP =======> oxaloacetate + Pi

=> 옥살초산은 다른 형태의 C4 화합물로 전환됨 (말산)

-> 여기까지의 반응은 mesophyll cells 에서 진행됨.

* C4 화합물은 bundle sheath cells로 이동한다.

=> 여기서 말산은 CO2를 방출하고 피루브산으로 된다.                             -> CO2는C3회로로 도입                                                        -> 피루브산은 엽육세포로 되돌아가 PEP로 전환.

-> PEP와 CO2의 반응은 낮은 농도의 CO2와 고온에서 빠르게 진행.

=> C4 식물의 유관속초는 grana의 발달이 미약한 엽록체로 발달된다.                 -> Krantz structure

5) 환경요인과 광합성 효율

- 광량과 광질, 이산화탄소 농도, 수분의 유용성, 온도, 무기이온의 농도 등

ㄱ) 보상점

- 광합성은 맑고 포근한 주간에 호흡을 초과.

- 밤에는 호흡이 더 큼.

- 그러나 온화한 빛에서는 호흡과 광합성이 평형을 이룸.

=> 이 평형(동일점)에 해당하는 광도가 보상점.

ㄴ) 빛

-광도; 광도의 증가는 광합성을 증가시킴.

=> 저광도 내성 식물 (음지식물)

-파장; 적색 및 청색이 가장 유효하다.

-광주기; 광합성은 빛과 물이 있다면 항상 일어날 수 있다

=> 무관함

ㄷ) 이산화탄소 농도

- 대기중의 분압; 0.04 kPa

=> 농도는 광합성에 직접적 영향을 준다.

->1.0 kPa 이상의 농도는 식물에 손상을 줄 수 있다.

ㅁ) 수분

- 광합성에서 전자의 공여자이나 효과는 의문.

=>수분의 결핍 시에도 광합성은 어느 정도 가능함.

ㅂ) 온도

- C3 식물에서는 25도씨가 최적.

- C4 식물에서는 35도씨가 최적.

=> 고온은 효소의 불활성을 일으킴.

ㅅ) 무기이온

- 질소, 마그네슘, 철

=> 결핍 시 잎의 황백화 현상을 일으킴.

ㅇ) 저해제

- 산소, 이산화황, 제초제 등

6) CAM (Crassulacean acid metabolism) 식물이란

- C4 식물은 이산화탄소 포획과 고정이 공간적으로 분리 되어 있다.              - CAM 식물은 시간적으로 분리되어 있다.

- 효소계의 구성은 C4식물이 가지는 것과 매우 유사하다.

ㄱ) 밤(dark)에 CO2는 세포질에서 oxaloacetate로 고정된다.

=> 기공이 열린 상태에서 옥살초산은 malate로 환원.                               -> 말산은 vacuole로 이동하여 낮이 될 때 까지 머문다.

ㄴ) 아침이 되면 광합성은 대기의 CO2를 이용한다.                                  => CO2는 PEPC에 의해 malate로, rubisco에 의해 GP로 된다.                     -> 일광이 지속되고 온도가 상승하면 기공을 닫아 증산을 방지.

ㄷ) Malate가 액포로 나오면서 PEPC의 활성이 최저로 낮아짐.                       => 말산의 신속한 decarboxylation은 내부에 고농도의 이산화탄소 농축.             -> 대기농도로 볼 때 약 1% (Carbon concentrating mechanism)

-> CO2는 rubisco에 의하여 고정.

** 대부분의 CAM 식물은 열대나 건조지대에 산다.

=> 열대식물인 파인애플과 열대성 다육식물인 선인장, 알로에 등이 있다.

(6) 배설

2. 항상성의 유지

(1) 자극의 전달과 반응; 신경과 신경계

** 자극 수용(수용기)  >>> 신호전이(신경계)  >>> 선(Glands, 활동 수행            => 내분비, 외분비, 근육

1) 신경 (Nerve cells = Neurons)

-신경의 충격을 전달하는 특수 세포

* 연장관의 수에 따른 분류

- 극성(unipolar);  효과기 (effector)=운동 뉴런

- 양극성(bipolar); 수용기 (receptor)=감각 뉴런

- 다극성(multipolar); 연결기 (relay)=연합 뉴런

* 기능에 따른 분류

- 감각 뉴런(receptor neuron); sensory, 수용기로 부터 중추신경계                                                      (뇌와 척수)로 신경 충격을 전달

- 운동 뉴런(effector neoron); motor, 중추신경계로부터 신경충격을                                                     근육과 내분비계로 전달

- 연합뉴런 (relay neuron); link, 중추신경계 내에 존재

* 구조;

- 세포 몸체(cell body); 세포질, Mt 핵 등을 포함, 세포대사 조절.

- 수상돌기(dendron한개/dendrite 여러개); 신경충격이 세포몸체로 전달되는

연장관, 가는 세포질 가닥, 수용체로부터 들어온 자극을 수용하여 전기            신호로 전환함.

- 축색(axon) 또는 연장관(extension); 신호의 충격이 운반되는 세포질의            연장관; 덴드론 보다 가늘고  길이가 수 미터에 달하기도 함.

- 축색 말단(synaptic knobs); 미세한 전구형태, 목적 세포로 화학적 신경           전달 물질의 방출

* 위성 세포 (Satellite cells)

- 충격을 전달하지는 못함

- 신경조직 내 신경세포를 싸고 있음.

- 뇌와 척주에 있는 세포를 neuroglia라 부르며 신경세포보다 많다.

- 막을 형성하기도 하며, 포식기능과 기억에 관련됨.

- 충추신경계외에서 가장 흔한 것이 슈반 세포이다.

=> 액손과 덴드론을 감싼다.

-> 주로 지질(myelin)로 구성되어 있다. (단백질의 채널이 없음)

-> 신경 충격의 전달에 필수 요소임.

-> 누전을 막아주는 역할을 함

-> 슈반 세포 간격을 두고 랑비에 결절이 있다.

2) 단순신경계 (원시 신경계)

* 무조건 반사 (Unconditioned reflex)

- 본능적(천부적)이며 학습없이 반사

- 특정한 자극에 대한 고정 반응(무조건 반응); 무릎, 눈, 침샘 등

- 신경의 경로를 반사궁 (reflex arc)이라함; 가장 단순한 경로

=> 두 종류 또는 세 종류의 신경이 참여; 감각, 운동, 연합

-> 연합 뉴론의 참여와 무관하게 중추신경계가 참여

->무릎의 반사는 척추 반사 (spinal reflex)

->눈과 침샘은 뇌 반사 (cranial reflex)

* 조건 반사(Conditioned reflex)

- 학습을 통해서만 가능함; 뇌의 연합령 (association areas)을 필요

- 새로운 자극이 무조건 자극과 동시에 주어질 때 나타남.

=> 때로 동물의 경우 조건적 자극을 가하더라도 무조건 반응을 함.

-> 조건 반응 한다.

- 개에게 먹이를 주면서 종소리를 동시에 울려서 학습하게 한다.

=> 이때 개는 음식을 보는 것(무조건 자극)으로 침을 흘림(무조건 반응)

-> 그러나 이후에 음식 없이 종만 울려도 침을 흘림.

-> 이는 종소리에 의한 조건 자극에 대한 조건 반응임.

-> 조건/무조건 자극이 뇌가 연합.

- 식중독 반응(구토는 무조건적); 이후  음식을 보고 구토증세(조건적)

3) 신경 충격의 전기적 특성

* 전기화학적 특성을 나타냄; 세포막과 긴밀한 관계가 있다; Na+ pump

=> 신경충격의 전달; 활동전위의 변화; 그림 참고

- 충격 도달 시 세포막의 투과성이 증가함.

=> sodium이 액손 내로 급속히 유입되며 활동전위가 발생함.

- K+이 밖으로 확산되면 재분극; 다음의 충격에 대비함.

- 이후 본래의 이온 평형을 이룸; Na+은 다시 방출/K+ 유입.

* 슈반 세포(myelinated)를 가진 액손에서의 충격 전달

- 랑비에 결절을 따라 도약 전도가 가능하다.

- 불응기 (refractory period)

-> 절대적 불응기; 활동 전위의 이동이 완료되지 않은 상태에서 주어지는                            자극에 대한 무감각.

-> 상대적 불응기; 이는 충격이 한 방향으로만 흐르고 액손을 따라 흐르고                            시간적으로 허용 한도를 초과하지 못하여 나타남.

4) 시냅스 (synapse)

* 시냅스란 두개의 뉴런 사이의 연결부위를 말한다.

- 뇌 신경세포는 수백 개의 시냅스를 형성할 수 있다.

- Gap; 20 nm, called cleft(간극)

- 신경간의 연락은 호르몬 성 신경전달물질에 의하여 이루어짐.

acetylcholine esterase

acetylcholine----------------------> Acetic acid + choline

- 신경전달물질 (neurotransmitters)

ㄱ. Ach

ㄴ. 아미노산; glutamate, glycine, gamma amino butyric acid (GABA)

ㄷ. monoamines; dopamine, noradrenaline, serotonine, histamine

ㄹ. peptides; angiotensin II, cholecystokinin, GnRH, substance P etc.,

5) 중추 신경계 (Central nervous system, CNS)

* 뇌와 척추로 구성; 이들은 meninges라 불리는 3겹의 보호막으로 싸임.

-내부의 두 막 사이는 뇌 척수액(cerebrospinal fluid, CSF)으로 채워짐;

=>이는 섬모세포의 운동으로 순환하며 CNS내 수송체계로 활동함

* 척수 (Spinal cord); 뇌척수 액 (뇌척수관을 채움),

- 회백질; 안쪽의 numyelinated fiber와 synapes로 구성

- 백질; 바깥쪽의 myelinated axon

- 등 쪽; 감각 신경

- 배 쪽; 운동 신경

* 뇌 (Brain); 백질과 회백질로 구성됨

- 회백질; 뇌의 외부에 위치하여 신경세포의 몸체와 시냅스로 구성

=>중추라 부름, 다양한 자극에 반응함

- 백  질; 뇌의 내부에 위치함, 마이엘린 함유 신경섬유로 구성

=>신경축(nerve tracts)이라 부름, 중추와의 사이 충격 운반

- 뇌 발달 초기에 척추가 부푸는 것과 같이 성장하고 세 부분으로 분화

- 전뇌(fore-), 중뇌(mid-), 후뇌(hind-)

=>시각적으로 분명한 구분은 없다.

* 연수(medulla oblongata);다양한 내부 활동 통제

- 5가지의 뇌신경이 나옴; 자율신경을 조절

=> 심장 박동, 혈압, 내장 운동, 호흡, 기침 등..

* 소뇌(cerebellum); 후뇌에 해당, 두개의 반구로 구성.

- 근육의 운동을 조절, 유아기에는 대뇌가 소뇌를 조절

- 유연성과 반사를 조절

- 걸음걸이, 악기 다루기, 운전기술의 습득에 관계.

* 대뇌피질(cortex of the cerebrum); 3 mm 두께에 불과

- 자각능력의 대부분을 통제; 결정, 지각, 기억, 지능, 언어, 학습 등

?) 뇌의 깊은 주름이 주는 이점: 표면적의 증가로 많은 시냅스 형성.

6) 말초신경계(The peripheral nervous system, PNS)

* 구성; 체성(somatic, 수의), 자율(autoamtic, 불수의)

- CNS와 연결; 체성신경계는 수의적 활동에, 자율신경계는 불수의적 활동.

* 신경(nerve); 이는 신경세포(neurons)와는 다르다.

?) 신경이란 무엇인가

=> 신경세포들로 구성된 대 단위체

* 모든 신경은 중추신경과 연결되어 있다.

- 뇌신경은 뇌와, 척추 신경은 척추와 연결되어 있다.

=> 이들은 수많은 가지를 형성하고 작은 신경을 구성한다.

-> 이들은체내 각각의 장기나 조직과 연결되어 있다.

* 3가지 형태의 신경을 보자

-혼합신경 (mixed); 수용기와 효과기를 모두 가지는 신경세포로 구성.                  (예) 모든 척수신경과 뇌신경

-수용기 신경(receptor or sensory); 수용기 신경 세포로 만 구성.                      (예) 일부의 뇌신경

-효과기 신경(effector or motor); 효과기 신경세포로만 구성.                          (예) 일부의 뇌신경

* 시신경 (optic nerve)은 수용기 신경; 망막 ====> 뇌

* 설하신경(hypoglossal)은 효과기 신경; 뇌 ====> 혀 운동

* 안면근 신경(facial nerves)은 혼합신경임; 표정, 침 분비 담당; 뇌 <==> 안면

* 자율신경계; 말초신경계의 한부분; 신체의 내부를 통제

-땀 샘, 내장 근육, 혈관 및 생식선 등

* 두 부분으로 나누어 볼 수 있다; 둘 다 효과기 신경만을 포함.

-교감(sympathetic)신경계

-부교감(parasympathetic)신경계

=>중추신경계에서 효과기 기관으로 연결되어 있음.

* 내장기관에서 중추신경계로 연결된 수용기 신경세포는 자율신경계가 아니다.

=> 두 신경계의 가지에서 unmyelinated 절전섬유(preganglionic) 신경세포는

중추신경에서 나와 신경절(ganglion)내에서 한 개 이상의 unmyelinated

절후신경세포(postganglionic)와 시냅스를 형성한다.

=> 절후신경세포는 효과기에 분포한다.

* 교감신경계내 절전/절후 신경세포사이 시냅스는 중추신경계 인접함.

* 부교감신경계에서의 시냅스는 효과기내 또는 인접함.

=> 두 신경계는 상호 길항적으로 작용한다.

-> 이는 절후신경세포에 의해서 다른 신경전달물질이 분비되기 때문이다.

-> 부교감신경계는 아세틸콜린을 분비, 교감신경계 절후신경세포는 노르               아드레날린을 분비.                                                         -> 즉, 자율신경계의 교감신경분지에 의한 자극은 아드레날린과 유사한               효과를 나타냄.

(2) 자극의 수용: 자극 수용기

(3) 호르몬의 조절; 내분비계

(4) 방어기능 (The defence against disease: Immunology)

- 우리의 몸은 미생물의 생장에 최상의 배양기이다.

- 피부, 흙속의 미생물은 과연 얼마나 될까?

- 모든 세균은 병원균(pathgens)일까?

1) 인체의 방어선(defence lines); 피부, 점막, 항체

* Skin;  건조하고 강인한 비소화성 keratin으로 채워진 세포로 구성.

-피지선 (sebum from sebaceous glands; 지방산을 포함).

=> 그외 눈물, 타액, 땀은 lysozyme을 함유.

* Mucous membranes; 호흡기, 소화기, 비뇨생식기; 미생물 포획

- 공생 박테리아도 중요한 방어 작용                                               => gut flora는 대장 내 중요 생태적 지위(niche)를 점유.

- 공생균은 피부와 여성의 생식기 (질, vagina)에도 서식.

=> 질강내 탄수화물 (영양소) 분비                                                -> 공생균의 영양소로 활용                                                       -> 젖산 분비 (산성 환경 조성, pH 4 내외).

* Non-specific inflammatory response; 상처에서의 반응.

* 포식세포(phagocytes)에 의한 소화; 백혈구내 lysosome으로 파괴.

=> neutrolphil이 가장 빨리 도착; 큰 상처에는 macrophages

-> 박테리아와 세포 부스러기를 포식                                            -> 액포로 유인, lysosome이 액포와 융합하d여 효소로 소화시킴.

* 히스타민 (Histamine)방출; basophil 세포와 mast 세포에서 나옴.

=> 상처부위에 소동맥의 이완으로 혈류 증가

-> 상처부위를 부풀게하고 온도 상승 유발

-> 감각 뉴우런의 감도를 증가시킴

=> prostaglandin과 bradykinin방출을 증가시킴                                    -> 상처부위에 통증과 모세혈관의 투과성을 증가시킴.

-> 진통제 aspirin 등은 prostaglandin의 분비를 저해함.

* 포식세포 보조 보체 단백질; 자신의 몸체세포의 포식을 제한

=> 간과 포식세포에 의해 생산되는 9가지 보체 단백질이 보조                      -> 순환 중 세균을 만나면 항체와 함께 활성화

=> 4가지 방법으로 미생물을 파괴함.

ㄱ) 외래 세포의 막 표면에 거대 복합체로 부착;                                     -> 막에 구멍을 만들고 외래 세포의 파괴를 유도.

ㄴ) 백혈구에 히스타민 방출을 촉진하여 염증을 촉진.

ㄷ) 감염 부위에 포식세포를 유인

ㄹ) 포식세포에 수용자와 상호작용 포식작용 촉진; 포식유도

* 거대 병원균이나 기생충의 제거;                                                 => 세 가지의 granulocytes (baso-, eosino-와 mast 세포가 관여

-> 입자 방출 또는 eosino-는 기생충의 표면 단백질에 결합하는 수용체를             가짐                                                                        -> major basic protein을 방출 ->기생충을 소화.

* 염증은 감염이 국소적이고, 병원균 생식이 느리며, 조직을 손상시킬 때 유효.

-> 이를 통과하여 세균이 침입하면 2차 특이적 면역반응으로 대응.

* 특이적 면역 반응 (Specific immune response); 항원-항체 반응, 그림

- 항원(antigen); 면역반응을 유발하는 물질

?) 당, 지방산, 아미노산, 작은 단백질은 항원이 될 수 있는가

- 항원은 복잡한 단백질, 다당류, 당지질 등이 된다.

- 자기항원(self antigens); 신체에 있는 세포막 표면에 나타남.

-> 일련의 유전자로 부터 유래; major histocompatibility complex로써             -> MHC 단백질이라 불린다.

?) MHC의 항체는 생기는가

-병원균, 다른 생물 유래한 세포 등에 대한 항원이 세포막 표면에 생성.

* B와 T 세포; 임파구(lymphocytes); 골수의 줄기세포(stem cells)

- B세포는 골수에서 성숙하지만 T세포는 흉선에서 성숙됨.

=> 감염에 대한 반응이 다르다; B세포는 분체세포 분열을 거듭하여 형질세포         (plasma cells)를 형성하고 항체인 면역글로불린 (immunoglobulins)을 혈액         속에 방출한다.

-> 이것이 체액성 면역 (humoral immunity)

-> T세포는 특이 단백질은 막 표면에 부착한 상태로 세포성 면역                    (cellular immunity)를 담당한다.

* 비자기 항원의 인식; B/T세포 표면의 항원인식 특이 단백질(수용체)

- 수용체는 특정 항원과 결합할 수 있음. (효소-기질의 반응과 유사

- 항원과 결합했던 B세포는 그 반응으로 항체(antibody)를 생산.

=> Ig로 표기; 구조는 그림을 참조 (Y자형); 4개의 사슬

-> 불변부, 변이부로 구성되며 5가지.

- 사람은 수백만 분자의 다른 항체를 생산할 수 있다.

=> by two mechanisms; 변이부는 많은 유전자에 의해 생산

-> 또한 면역반응이 이루어지면서 세포가 분열하고 유전자 교차와 유전적            재조합이 일어난다. 돌연변이와 함께 면역세포는 자신의 특이적                   항체유전자를 가지고 다른 형태의 항체를 생산.

-> 따라서 신체에는 다양한 형태의 면역세포를 가지며, 각각은 다른

표면항체로 표지되고 단지 일부의 세포만으로 대표된다.

- T세포 표면 수용체 (surface recpt.); 화학적으로 Ig와 유사하다.

=> 이들은 두개의 polypeptide사슬을 가지며 혈액으로 방출되는 일은 없다.           또한 B세포와 같이 수용체는 무한한 변이가 가능하고 특정 항원과 결합.

* 체액성 면역 (Humoral immunity);  B-림프구(세포)의 활성으로  시작된다.

-세균의 침입-톡신 ===> 혈액중 B세포와 대면

=> 소수 항원인식 B세포와 결합

-> T세포로 부터의 경계신호를 받음

-> B세포의 급속한 분열로 대량의 딸세포군 형성

-> 유전적으로 동일한 B세포 생산(Clone)

-> 일부 형질세포(plasma cells)로 발달

-> 초당 2000개 가량의 특정 항체 생산 및 방출

-> 일부는 기억 세포로 남아 2차 감염에 대비(면역능력보유)

- 항체; 무거운 사슬의 a.a. seq.에 따라 4 부류로 나눔.

=> 항원에 대하여 다르게 반응하고 몸의 다른 부위에서 기능.

-> 이들의 효과는 다음으로 정리할 수 있다

ㄱ) 중화(neutralisation)

=>항체+톡신의 활성부=체세포 표면에 결합을 저해

=>바이러스의 침입도 유사하게 중화시킴.

ㄴ) 침전(precipitation)

=>항원과의 복합체 형성으로 침전유도; 식균작용을 쉽게함.

ㄷ) 응집(agglutination); 침전과 유사

=>하나 항체가 두개의 다른 항원에 결합; 식균작용을 보조

ㄹ) 보체반응 보조(complement reactions); 연쇄반응 유도

=>병원균 표면에 항원-항체 복합체가 보체계를 촉발

=>이들 중 효소는 직접 균을 소화하거나 포식세포를 유인함.

* 세포성 면역(Cellular Immunity); T세포의 활동으로 시작된다.

- T세포는 항원에 대하여 대단히 특이적인 수용체를 가진다.

=> MHC proteins; 두가지로 존재함; I, II형

=> I형은 모든 세포의 막 표면에서, II형은 B세포와 항원 표지

세포(antigen presenting cells, APC)에서만 발견됨.

- T세포는 단독으로 항원을 인식하지 못한다; MHC단백질을 요함.

=> 결합 후 세포분열을 하여 클론을 형성; 4가지로 존재

-> 세포독성(cytotoxic), 억제 (supressor), 보조 (helper),                           기억 (memory) 세포로 존재

ㄱ. 세포독성 (Tc); 목표되는 세포를 파괴

=> 주요 목표는 virus에 감염된 세포로 확산 전에 초기에 파괴.

-> 바이러스 파편과 I형의 MHC로 동시에 인식되어야함.

-> perforin을 분비하여 5~10nm의 구멍 형성.

-> 목표세포의 파괴; 새로운 바이러스 생산 중단

=> 암 세포의 파괴에도 관여함.

=> 극소수의 항체만이 바이러스에 대항할 수 있다.

ㄴ. 억제성 (Ts); 항체의 생성을 억제

ㄷ. 보조 (Th); Tc cell의 활동을 자극하여 B cell의 세포분열과 형질세포로              전환을 유도                                                                   => II형의 MHC로 표지된 B cell이나 APC의 항원과 결합

ㄹ. 기억 (Tm); 동일한 항원의 2차 감염에 대비하여 혈액 내 극미량 잔존.

* Cytokines; B cell, sensitized T cell 등이 방출하는 단백질로                       => chemical messengers이며 다양함.                                            -> colony stimulating factor, interleukins, tumor necrosis factor,                   interferons                                                                  -> Highly sensitive messenger:                                                 -> 1 pico gram의 알파 인터페론은 1천만 개의 바이러스 입자의                    확산에 따른 1백만 개의 세포를 방어할 수 있다.

* 수동면역 (passive immunity); snake venome => neurotoxins <= Ab             antivenin injection

* 능동면역 (active immunity); vaccine injection                                   => vaccine; killed, attenuated, toxoids etc

* Flu (독감)

* 조류 독감 (AI), AIDS, 바이러스성 간염

* 광우병 (Mad Cow Desease); by prion (protein)

III. 행동 (Behavior)

IV.  생명의 연속성 (Inheritance=Heredity)

1. 세포분열

2. 사람의 생식세포와 발생; 생식전략

=>노화와 노쇠화; 죽음의 프로그램 (programmed cell death, PCD)

Bitrh -> Growth -> Senescence -> Death --->???

1) 생식전략; 유성생식 (sexual; 암수)과 무성생식 (asexual                              reproduction)

?) 유성생식이 자연에서 생존하기에 유리하다고 생각되는가? => 접합자의             융합으로 형질의 다양화

2) Asexual Reproduction: Require only one side of parent

ㄱ. 분체생식 (binary division, fission) : 원핵생물, 원생생물

ㄴ. 포자형성 (sporulation) : 무성포자 형성=>대부분의 균(fungi),                     일부의 식물

ㄷ. 출아 (budding) : 제빵 효모 (Saccharomyces cerevisie)

ㄹ. 재분화 (regeneration) : Star fish, 도마뱀, 게, 가재, 곰팡이, 섬유상               조류, 해면동물, 말미잘, 해파리 등은 몸의 일부를 잘리내는 분절생식              (frgamentation) 식물은 배양 조직으로부터 체세포 배발생을 일컬음               (totipotency)

ㅁ. 영양번식 (vegetative propagation) : 현화식물에서 주로 관찰됨.                   - 다세포 생물의 출아 형태임 ; 줄기, 뿌리, 잎, 눈, 뿌리 .             - 구경 (bulb); 양파, 수선화                                                    - 괴경 (tuber); 저장성 줄기 감자와 다알리아의 무성생식.                        - 땅속 줄기 (rhizome); 잔디의 기는 줄기에서 나오는 새싹

3. 유 전 (Genetics)

1) 세포유전학의 초기발전 과정

-1665; 후크, 처음으로 세포를 관찰

-1700; 로이벤호익, 핵을 관찰

-1839; 슈반과 슐라이덴, 세포설을 제안

-1840; 호프마이스터, 세포분열을 보다

-1850; 호프마이스터, "염색체"를 처음 사용

-1859; Charles Darwin 종의 기원 (Origin of species)

-1866; 멘델의 실험 발표

-1875; 헤르쯔비히, 정자와 난자의 수정을 규명

-1882; 플레밍, 체세포 분열(균등분할) 규명

-1887; 바이스만, 감수분열을 규명하다

-1900; 재발견, Hugo de Vries(네), Carl Correns (독),                                  Erich von Tschermak(오)

-1907; 베이츠슨,‘유전학’용어를 처음 사용

-1913; Alfred Sturtevant, 최초의 유전자지도 작성; 초파리

-1927; Stadler와 Muller (1927), Mutation of genes

-1943; Luria와 Delbruck, 박테리아 유전체제연구;

-1943; Fisher, Wright, Haldane, 진화과정의 수학적 접근

2) 현대 유전학의 시대

- DNA가 유전물질; Avery 등 (1944)

- DNA의 화학적 구조 규명; Watson, Crick (1953)

- 제한효소의 발견; Arber, Smith, Nathans (1968)

- 재조합 DNA분자의 제작; Paul Berg (1972)

- 유전자 조작 식물 상용화; Calgene Co. (1990)

3) 신유전학의 발전 (New Genetics)

- Dr Ian Willmut (1997), World first 복제 양 Dolly                                (Edinburgh University + Roslin Institute, Scotland)

- 인체지놈 프로젝트 (Human Genome Project)의 완료 (2002)                   - Stem cell reproduction technology (2005)

***유전학의 연구 분야; Three general areas

-Classical genetics; 염색체 수준의 연구

-Molecular genetics; 유전자 수준의 발현/조절

=>유전자 재조합 기술의 이용,

-Evolutionary genetics; 집단 유전학적 접근

4) Mendel’s Principles

-유전학:  transmission, expression, evolution of genes, 기능조절 분자,

발달, 표현형질 등을 다루는 학문.

-멘델의 유전 법칙을 다룸; 1866년에 발표

-이후 30년간 가려진 이유;

ㄱ. 다른 과학자들은 연속적인 변이를 기대함

ㄴ. 변이에 작은 변이(색깔의 조그마한 변화)를 기대

=>다윈의 진화론에 압도됨.

ㄷ.멘델의 발표는 불연속을 강조함.

=>불연속 변이는 진화론자에게 무관심을 유발.

ㄹ. 물리적인 인자가 발견되지 않음.

ㅁ. 수학적 빈곤

ㅂ. 멘델 자신의 무지 등

◎ 멘델의 실험

-Brno, 현재는 체코슬로바키아 내에 위치함

-교배 실험; 분리와 비교차 및 유전

-완두; Pisum sativum

-선택의 이유:

ㄱ. 재배 용이, 짧은 생활사

ㄴ. 꽃 색깔 및 종피 형태 등의 불연속적 특징

ㄷ. 간단한 해부적 특징; 다른 식물체와 수분이 불가

=>교배가 인위적으로 이루어질 수 있음.

-8 년간 실험; 꽃

-7 가지 형질을 선택;

-monohybrid; 한개의 특징(대립형질)에 대해서 만 교배

=>우성, 열성: 대립형질 또는 대립 유전자 (alleles)

-F; filial generations

◎ 분리의 법칙

-멘델의 가정: 식물은 두 가지의 형질 결정인자가 있을 것.

=>genes; 1909년 네델란드 식물학자 Wilhelm Johannsen이 처음 사용.

=>키의 경우 큰 것과 작은 것; 각각 우성/열성

-gamete; two kinds; form a zygote

=>열성인 경우 키가 작음

=>접합자에서 하나의 우성인자가 제 1세대에서 나타나지 않음.

=>제 2 세대에서는 열성인자의 중복이 있으면 표현.

-genes; discrete trait determinants

=>유전자의 운반(이전)에 관한 첫 번째 설명임.

-한 쌍의 형질 중 배우체(gamete)가 하나의 형질을 받을 때

=>접합자에서 하나가 회복됨.

=>염색체는 쌍으로 존재하기 때문임; 2n

=>인자들의 위치가 존재함; loci/locus

=>배우자의 형질에 따라 자손의 우열이 결정

-genotype; 인자형;

=> 두 가지로 존재; homo(동형)/heterozygote(이형)로 부터 기인 by William                          Bateson (1901)

-Phenotype; 표현형

◎ 우성만이 지배하지는 않는다.                                                  -이형접합자의 교배시 우열은 항상 3:1.

-그러나 1:2:1인 경우도 나타남.

=>부분우성/불완전우성이라함.

-꽃잎의 색깔에서 관찰 가능

=> F1의 색깔이 중간인 이유: 각각의 색깔인자가 한개씩의 유전자를 가져            효소 기능이 반감된 때문.

-Tay-Sachs 병;

-동형의 열성인자를 가진 아이는 3세 이전에 신경세포의 쇠퇴로 고통 받으며        사망에 이름.

=> hexoseaminidase-A의 결손이 원인; =>지방의 대사가 요구됨.

=> 이형접합자를 가진 부부는 자식 중 25% 확률로 위험

◎ 공동우성; ABO식 혈액형이 대표적인 예임.                                      - 1900, Karl Landsteiner가 발견함.

- 3 가지의 형질에 의하여 4가지의 표현형이 나타남.

- 형질 (A, B); 적혈구 표면 항원의 생산에 관여함.

- 표현형에 따라 대응하는 항체가 혈청에 존재.

- A형; A형 항원을 적혈구에, B 항체를 혈청에 가짐.

- B형; B        “          A     “        “

- 0형; no antigen, but 항 A, B 항체를 가짐.

- AB형; A, B항원 모두를 가짐, but no A, B-antibody.

- multiple allelism과 공동우성의 대표적 실례.

◎ 선천성 대사이상                                                               -효소관련 유전자 생화학

-대부분 우성형질이 대사과정의 생화학적 촉매작용을 조절

-최초의 주장; 영) 의사 Garrod경, 1909

-by homozygosity of recessive alleles

-백자증, 알캅톤 뇨 증상 등을 언급.

◎ One-gene-one-enzyme hypothesis                                             -죠지 비들 + 에드워드 타툼; 1941

-분홍색 빵 곰팡이; Neurospora crassa

-비타민 niacin합성 경로 관련 연구

-효소 하나의 불완전은 다양한 영향을줌; pleiotropy (다면발현)

-예; 겸상 적혈구증; 헤모글로빈 베타 사슬에 돌연변이로 때로는 치명적.

ㄱ. 겸상 적혈구가 간에서 파괴됨; 빈혈 유발

=>발육부진, 쇠약

ㄴ. 혈류 장애 유발; 기관의 손상 유발

=>통증, 심장병, 신경통 등

=> 하나의 돌연변이가 표현형에 다양한 변화를 유발함; 다면발현

5) 성의 결정

◎ 성 결정의 형태

-발달단계에 따른 유전적, 호르몬적 조절에 의해 결정

-성결정 유전자가 존재하기도함; 성염색체

-이형적 형태의 쌍염색체로 존재

-또는 배수성에 따라 결정됨; ploidy level; 벌, 개비, 나나니벌 들

-수컷은 반수체, 암컷은 배수체임; 형질기작에 의함.

=>하나 또는 여러개의 형질에 의함.

=>도마뱀붙이는 온도에 의해 성이 결정됨.

◎ 성 염색체

-4가지 형태가 있음.

-XY, ZW, XO, compound chromosome에 의한 방법

-XX/XY형; 사람, 초파리

-ZW/ZZ; ZZ은 수컷, ZW는 암컷

-XO; 하나의 성염색체만을 가짐; 베짱이, 딱정벌레

(암컷은 XX, 수컷은 XO)

-복합염색체에 의한 경우 여러 개의 성염색체가 관여                                   (빈대, 일군의 딱정벌레)

-성염색체 자체가 아니라 그것이 운반하는 유전자에 의함

-인자형에 의하여 생식소의 형태를 결정하고 호르몬이 조절함.

◎ XY 방식

-감수분열시 동형(자성)/이형(웅성)의 배우체 형성

-초파리에서는 Y가 20% 정도 큼

-Y의 존재나 X의 부재시에는 어떤가 ????

-polyploidy/aneuploids는 대개 치사; 감수분열 시에 비분리에 의하여 발생

-이들의 관찰로 확인이 가능할 수 있음.

-X염색체의 개수인가? /Y염색체의 존재 유무인가?

-실제 XO의 경우 초파리에서는 웅성(수컷)으로, 사람에서는 자성(여성).

◎ 사람의 성 결정

ㄱ. XO; F, Tuner 증후군

-Y염색체가 성을 결정하는듯

-XXY, XXXY, XXXXY; 남성, Klinefelter증후군

-여러개의 X를 가진경우; 모두 여성

ㄴ.TDF (testis-determining factor)가 Y염색체에서 발견됨.

-남성의 발달을 개시하는 성결정 스위치로 작용.

-발생 1개월 까지는 성기의 발달이 불분명함.

-발생 6주 이후에나 생식선(gonad)이 난소와 정소로됨.

◎ 다른 염색체에 의한 성결정

ㄱ. XO system; also called as an XO-XX system

-곤충에서 주로 발견되며 XY기작과 유사

-M; X하나로 결정됨

-수컷은 X와 X없는 접합자 형성; 홀수의 염색체 소유

-F는 모두 X를 가진는 접합자 형성; 짝수의 동형 염색체쌍을 가짐

ㄴ. ZW system

-XY와 유사; M이 동형염색체쌍을 가짐

-새, 어류 및 나방류에서 관찰됨.

ㄷ. Compound chromosomal system; complex

-Ascaria (지렁이)는 8개의 X와 하나의 Y염색체를 가짐.

=>26의 상염색체를 가짐

=>Male; 26A+8X+Y

=>Female; 26A+16X

=>감수분열과정에서 X염색체는 하나처럼 연결되어 행동.

◎ 조성 보정 (Dosage compensation)

ㄱ. XY system에서 하나의 X를 가진 M은 XX인 F와 어떻게 다른 가?

-남성은 여성보다 절반의 유전자를 가지게 된다.

-여기에 조성의 보정이 필요하다.

-여성의 XX중 하나가 불활성화 됨.

=>따라서 남녀에서 단 하나의 기능성 X염색체 소유.

-Found condensed region in the nucleus (not nucleolus) by Barr

and Bertram in 1949

=> F cat은 하나를, M-cat은 none; called Barr body (바 소체)

-Mary Lyon; Barr 소체가 불활성화 된 X염색체임을 제안.

=>여분의 X염색체가 심하게 꼬여 이질염색질화

ㄴ. 바 소체의 존재 가설

-XXY-Male; one Barr body

-XO-Female; no Barr body

-XXX; two Barr bodies

-XXXX; 3 Barr bodies

ㄷ. Lyon 가설의 증명

-by cytogenetics and genetic evidence;

-발생 20일을 전후로 X염색체는 불활성화함; in female

6) 성연관; 반성유전(sex-linked; X염색체의 유전자가 원인)

-성염색체에 있는 형질들은 성과 관련하여 후손에게 유전.

-부계의 X는 딸에게는 전해지나 아들에게는 전해지지않음.

=>아들의 X염색체는 어머니에게서 받음.

-혈우병(hemophilia)의 경우 X-염색체에 있는 형질로 유전.

=>남자에게서만 표현됨.

-3가지 형태의 유전이 가능함.

=> X-염색체, Y-염색체, both-chromosomes

-일반적으로 성연관 유전은 X염색체상에 있는 형질만 표현.

-Y-linked; loci found only on the Y chromosome

=> control holandric traits (M에서만 발견되는 형질)

-Pseudoautosomal; X, Y에서 모두 발견되는 loci.

=> 사람의 경우 900개의 loci가 X에 있고, Y에는 소수 (45여개 정도).

7) 한성 유전 (sex-limited), 종성 유전 (sex-influenced);

◎ 한성형질; expressed only one sex (유전자는 양쪽의 성에 다 있음)

=> 한쪽의 성 염색체 (X or Y)의 발현에 의한 결과                              -여성의 가슴과 난소형성                                                       -남성의 수염과 정자 생성                                                      -새들의 깃털 색깔; 수컷이 보다 밝고 화려한 경향.                              -수컷의 뿔; Male only                                                         -우유와 모유; Female only

◎ 성의 영향을 받는 형질 (종성 유전); sex-influenced                             -관련 유전자가 상염색체에 있다.                                               -양쪽성에서 가능하지만 한쪽에 만 주로 나타남.                                 -pattern, premature, baldness in human beings                                    => 남성에게 우성 (대머리)                                                        -> 남성 호르몬인 testosteron의 완전한 발현이 요구.

◎ 가계도(Family Tree = Pedigree)

-간단하기도 하지만 복잡

-불확실성, 애매모호함

-유전자의 침투도와 발현도 차이로 인하여 인간에게 적용하기가 쉽지 않음.

8) Cytogenetics

1)염색체 구조의 변이

-염색체의 분절화; 방사선, 물리적 억압, 화학약품

-염색사와 염색체 수준에서 발생.

-DNA복제 이전에 발생하면 분절도 복제됨.

-점착성(sticky)말단; 염색사의 분절 양끝에서 형성.

=>이는 손상되지 않은 말단과 결합이 불가.

=>정상의 염색체는 telomere로 봉해지기 때문.

-분절이 접합되지 않으면 그대로 남는다.

-염색사 분절의 재결합;

ㄱ. 단순 재결합; 동일 염색분체간의 재결합으로 회복

ㄴ. 다른 분절화 된 염색사와의 재결합; 염색물질의 교환으로 재조합

ㄷ. 다분절; 다양한 형질의 조합

=>염색체 부조화가 유전, 진화 및 질병의 원인

◎ 동원체와 무관한 분절화

A. 단일 분절(염색분체)

1. 복원

2. 결실

B. 단일 분절(염색체간); 이가 동원체

C. 이중 분절(동일염색체)

1. 결실

2. 역위

D. 이중 분절(비상동염색체 사이)

◎ 동원체를 포함하는 분절화

A. 분할

B. 융합

2) 염색체 수의 변이

-Aneuploidy (이수성)

-Mosaicism (모자이크)

-Aneuploidy in Human beings

9) 동일한 염색체상의 loci들은 서로 연관되었다고함; 연관군을 형성(Genome).

-linkage group; 반수체 세트와 성염색체

=>초파리(2n=8); n=3 상 염색체 + X + Y

=>사람; n=22개의 상 염색체 + X + Y

4. 분자유전학

(1) 유전물질로서의 DNA; 유전자란 무엇인가

=> 분자유전학의 중심 원리

(2) DNA의 분자적 구성 및 구조

(3) DNA의 복제; DNA===>DNA

(4) 전사; DNA===>RNA

(5) 해독; RNA===>polypeptide(protein)

5. 생명공학                                                (1) 발달과정                                                                  (2) 원리; 제한효소, 플라스미드, 형질전환, 생물복제                              (3) 적용; 미생물, 동물, 식물 및 인체                                           (4) 문제점 및 대책; 생명공학의 사회-윤리적 문제

V. 진화: 계통과 분류

1. Kingdom Prokaryotae (Bacteria) & Protoctista

(1) Kingdom Prokaryotae (Bacteria)

◎ 지구 최초의 생물 (34억년전 발생), 최다 (1그램의 토양에는 108 세균과           구강 점막 1cm2에는 109의 박테리아가 살고 있다!!!

◎ 영양소로 이용할 수 있는 범위가 매우 넓다: 각종 화합물

◎ 최대의 서식지를 점유: 사해로부터 항공기 연료 탱크, 살아 있는 생물..            =>하지만 항상 특정 niche에서만 살아간다.

◎ 항생제 내성균의 확산이 빠르게 진행 되고 있다: 가금류에 서식하는 살모          넬라 티피뮤리움 (Salmonella typhimurium)은 이미 6종의 모든 항생제에           대하여 내성을 띠고 있어 사실상 치료 불가!!!

1) 섭생 형태에 따른 분류                                                        =========================================================                         자가영양	타가영양                            (CO2를 탄소원으로)	(유기분자를 탄소원으로)         ---------------------------------------------------------           주광성       A.광자가 영양	C. 광타가 영양                  (빛이 에너지원)   Chloroxybacteria	혐기성 광합성박테리아                            Cyanobacteria               보라색-비황화 세균                               대부분의 혐기적 주광성 세균                                 ---------------------------------------------------------           주화성       B. 화학적 자가 영양           D. 화학적 타가 영양             (화합물 에너지원)  화학독립영양세균             나머지 모든 세균문                               Methanocreatrices            Actinobacteria                                                                Micrococci                                                                    Myxobacteria                                                                  Omnibacteria                                                                  Spirochaetae                 =========================================================

A) 광자가 영양 (광합성 세균)                                                     -빛을 이용, 물이 전자 공영자, 산소를 최종 생성물로 방출                       -호기성의 경우 산소가 있을 때만 광합성을 하며, 이들은 수소, 황화수소,            젖산, 피루브산이나 에탄올을 전자 제공원 사용하며 황과 황 이온을               방출한다.                                                                 B) 화학적 자가 영양 (화학 독립영양 세균)                                         -무기 분자나 이온의 산화로 에너지 확보                                        -이들은 화화물과 질화물의 방출로 무기이온의 순환에 크게 기여               C) 광화학적 타가영양 (광타가영양)                                             D) 화학적 타가영양                                                             -환경의 유기물을 분해 할 수 있는 효소 분비; 생물이 생산한 대부분의             유기물질을 분해할 수 있다.

2) 호흡 형태에 따른 분류 : 호기성 또는 혐기성                                   A) 호기성 세균; 2가지 유형                                                       -전자전달계에서의 최종 전자 수용체에 따라서 질화세균은 질산 (NO3-)             을 질소 가스로 전환                                                          -전자전달계를 포함하지 않는 발효                                           B) 혐기성 세균; 2가지 유형                                                       -절대혐기성; Clostridium 속은 산소가 이들 효소활성을 저해함                    =>그러나 산소에 내성을 가진 젖산균(우유의 발효에 작용)은 산소를                 호흡에 사용하지는 않으나 내성을 가진다.                                    -조건적 혐기성; 산소도 활용하며 혐기시 발효로 생존                             => (효모)

3) 형태에 따른 분류;                                                             -구균 (spheres, cocci), 간균 (rods, bacilli), 나선균 (spirals, spirilla)               =>세포벽에 의하여 유지 된다.

Kingdom                          원핵생물계

SubK           진정세균(Eub-)                     고세균(Archaeb-)

Gracilicutes     Firmicutes    Tenericutes          Mendosicutes                (Gram-)       (Gram+)    (Gm-, No cell wall)     (Gm-/+)                   남조류         Micrococci   Aphragmabacteria   메탄균    호(열-산)염균       슈도모나스     발효세균     (조류/포유류 병원성) (b/s/c)   (b/c/ 불규칙형)     Rhizobium     Clostridium                                                     호기광합성     Bacillus                                                        나선균(매독)   Actinobacteria                                                  Omnibacteria(Vibrio)                                                           화학자가영양                                                                  Salmonella(장티프스)                                                          Yeshinia(페스트)                                                               Neiseria(임질)                                                                 대장균

(2) Kingdom Proctotista: 원생생물계                         ◎ 혼합형: 단세포성, 선형, 군체 및 다세포성; 동물 및 식물 유사성, 점균류                  포함                                                                 1) Phylum Dinoflagellata (Pyrrophyta) ; 와편모조류                                -프랑크톤, 단세포, 세포벽소유, 광합성, 무성생식, 단편모 운동                2) Phylum Bacillariophyta (Diatoms) ; 규조류                                     -플랑크톤, 단세포, 필라멘트, 실리카 껍질, 세포벽 없음, 광합성, 비운동             성, 유성 또는 무성 생식                                                   3) Phylum Euglenophyta (유글레나) ; 단세포 녹조류                              -수생, 단세포 또는 군집, 세포벽 없음, 광합성 및 타가영양, 단편모,               무성 생식

◎ Protozoa: First animals=타가영양성 단세포 생물류                              4) Phylum Zoomastigina (Flagellates) ; 편모충류                                  -수생 도는 기생, 단세포 또는 군집, 세포벽 없음, 타가영양, 단편모,               유무성 생식                                                               5) Phylum Apicomplexa (Sporozoans) ; 포자충문                                  -동물에 기생, 단세포, 세포벽 없음, 타가영양, 성체는 비운동성,                   유무성 생식                                                               6) Phylum Rhizopodia (Rhizopods) ; 위족충문                                     -수생 또는 기생, 단세포, 세포벽 없음, 타가영양 (식균작용), 위족운동,             유무성생식                                                                7) Phylum Ciliophora (Ciliophorans) ; 섬모충문                                    -수생, 단세포 또는 군집, 세포벽 없음, 타가영양 (식균작용), 섬모운동,             유무성 생식

◎ Algae: 조류= 최대 원생생물군을 형성, 식물성                                   8) Phylum Chlorophyta (chlorophytes); 녹조류                                     -수생, 단세포성, 세포벽, 광합성, 성체는 비운동성, 유무성생식                    엽상(thallus) [Chlamydomonas]                                               -식물의 직계 조상일 증거; 4가지                                                   => 엽록소 및 부수색소의 유사성                                               => 다른 조류와 달리 녹말을 저장                                              => 세포벽의 성분이 셀룰로스와 펙틴으로 유사                                  => 온도 변화와 습도 변화(건기)에 견딜 수 있다                          9) Phylum Rhodophyta (Rhodophytes); 홍조류                                     -해양성, 다세포성, 세포벽, 광합성, 성체는 비운동성, 유무성 생식                -홍조소인 phycobiliproteins (심해에서도 태양 빛을 효과적으로 흡수)             -Calcium carbonate 형성으로 산호 형성의 주체                                 -Agar 원료 제공                                                          10) Phylum Phaeophyta (Phaeophytes); 갈조류                                     -해양성, 다세포성, 세포벽, 광합성, 성체는 비운동성, 유무성 생식                -Xanthophyll 함유                                                             -해변에 사는 주류를 이루는 조류, 하루 15cm 생장으로 100m에 달함.            -Laminaria                                                                11) Phylum Gamophyta (Gamophytes); 녹조류의 일종으로 접합조류                 -민물, 선형구조, 세포벽, 광합성, 성체는 비운동성, 유무성 생식                  -Spirogyra                                                                12) Phylum Charophyta (Charophytes); 차축조

(3) Kingdom Fungi
1) Phylum Zygomycota (접합균)                                     -무격막 균사                                                      -유성생식: 교배 균사(mating hyphae)의 접합으로 두꺼운             벽의 접합포자 (zygospore) 형성(쌍으로 접합포자들이 융합           으로 다핵 형성=>감수분열로 반수체 포자 형성)                     -무성생식: 수직 균사(sporangiophores, 포자낭병)에서                sporangia(포자낭) 내부에 반수체 낭포자(sporangiospores)           가 운반 된다.                                                  2) Phylum Ascomycota (자낭균류)                                   -격막 균사                                                        -유성생식: 교배 균사의 접합으로 주머니 모양의 자낭(ascus)           을 만들어 4개의 자낭포자(ascospore)를 형성                       -무성생식: 균사의 분절로 분생자(conidiospore)형성               3) Phylum Basidiomycota (담자균류)                                 -두 가지 유형; 무격막 1차 균사체 (mycelium)형성과 2차             격막 균사체                                                      -유성생식; 단핵 분절의 접합으로 2핵 2차 균사체 형성하고            핵의 접합 후 club 모양의 담자기(basidia)내부에 반수체의            담자포자(basidiospore)를 형성                                  4) Phylum Deuteromycota (불완전균류)                               -격막 균사                                                        -무성생식: 분생자(conidiospore) 형성                            5) Phylum Mycophycophyta (Lichens, 지의류)                        -격막 균사                                                        -유성생식: 접합으로 자낭포자(ascospore) 형성                      -무성생식: 곰팡이 균사에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 조류           세포 (agal cell)와 작은 분아(soredia) 형성

(4) Kingdom Plantae                                        ◎ 은화식물 (Seedless Plants)                                    1) Division Hepatophyta (태류) ; 우산이끼, 붕어마름                2) Division Bryophyta (선류); 솔이끼                               3) Division Psilophyta (솔잎란문); 대부분 멸종                      4) Division Microphyllophyta (석송)                                 5) Division Arthrophyta (속새)                                      6) Division Pteridophyta (양치류)                                                                                                  ◎ 현화식물 (Seed Plants)                                       7) Division Cycadophyta (소철문)                                  8) Division Ginkgophyta (은행문); 1속 1종                          9) Division Coniferophyta (송백문)                                10) Division Gnetophyta (마황문)                                  11) Division Anthrophyta (피자식물문); 약 30만종으로 추정               Class Dicotyledonae (쌍떡잎식물강) ; 약 17만 종                   Class Monocotyledonae (외덕잎식물강); 약 6만 5천 종