01 생명체의 구성, 생명체의 구성 물질

생명체를 구성하는 물질
생명체를 구성하는 원소를 약 30여 종으로 지각의 구성 원소와 비슷하나, 구성 비율은 다르다.
(1) 지각과 생명체의 구성 원소 비교

• 지각: 산소(46.6 %) > 규소(27.7 %) > 알루미늄(8.1 %) > 철(5.0 %)
• 생명체: 산소(62 %) > 탄소(20.0 %) > 수소(10.0 %) > 질소(3.0 %)
  (2) 생명체를 구성하는 물질의 비율: 물(75 %) > 단백질(12 %) > 지질(5 %) > 핵산(3 %) > 무기염류(1.5 %) > 탄수화물(0.5 %)

 

◈ 탄소 화합물
탄소는 크고 복잡하며 다양한 분자를 형성할 수 있는 능력이 있어서 지구상에 존재하는 생물들의 다양성을 가능하게 한다. 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산은 탄소 화합물이며 탄소에 수소(H), 산소(O), 황(S), 인(P) 등이 결합한 물질들이다.

(1) 탄수화물: 탄수화물을 구성하는 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 인체 내에서 주로 에너지원(4 kcal/g)으로 사용된다. 식물 세포벽의 구성 성분이다.

• 단당류: 탄수화물을 구성하는 기본 단위가 되며, 물에 잘 녹고 단맛이 난다.
  예) 포도당, 과당, 갈락토스
• 이당류: 단당류 2개가 글리코사이드 결합으로 형성되며, 물에 잘 녹고 단맛이 난다.
  예) 엿당(포도당+포도당), 설탕(포도당+과당), 젖당(포도당+갈락토스)
• 다당류: 단당류 여러 개가 결합한 것으로, 물에 녹지 않고 단맛이 없다.
  예) 녹말(식물의 저장 다당류), 글리코젠(동물의 저장 다당류), 셀룰로스(식물의 세포벽의 성분, 구조 다당류), 키틴(절지동물의 외골격과 일부 균류의 세포벽, 구조 다당류)

 

(2) 지질: 지질을 구성하는 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 몸의 구성 성분이며, 에너지원(9kcal/g)으로 사용된다. 세포막과 일부 호르몬의 구성 성분이다.

• 중성지방: 1분자의 글리세롤에 3분자의 지방산이 결합한 화합물로 음식에 함유된 지질의 약 99%를 차지한다. 동물의 피부밑에 축적되어 에너지 저장과 체온 유지에 중요한 역할을 하지만, 지나치게 축적되면 비만의 원인이 된다.
• 인지질: 세포막과 핵막 등 생체막의 주성분으로 탄소 수소 산소 외에 인을 포함한다. 친수성인 머리 부분은 콜린과 인산, 글리세롤로 구성되며, 소수성 꼬리는 지방산 사슬로 구성된다. 중성지방에서 지방산 1분자 대신 인산기를 포함한 화합물이 결합한 것으로, 세포막, 핵막 등과 같은 생체막의 주요 구성 성분이다.
• 스테로이드: 4개의 탄소 고리로 구성되며 고리 구조에 부착된 특정 작용기에 의해 서로 다른 콜레스테롤이 존재할 수 있다. 콜레스테롤은 동물 세포막의 구성 성분이며, 콜레스테롤로부터 여러 스테로이드가 합성된다. 성호르몬, 부신겉질 호르몬의 구성 성분으로 생리 기능을 조절한다.

중성지방은 버터와 기름과 같은 식품에 많이 포함되어 있으며, 동물에서는 에너지 저장원으로 이용될 뿐만 아니라 체온 유지에도 중요한 역할을 한다.

※ 유기 용매 : 액체 상태의 유기물로 된 용매로 알코올, 아세톤, 에테르 등이 있다.

(3) 단백질: 단백질은 대부분 세포에서 건조 질량의 50 % 이상을 차지하며, 생명체를 이루는 탄수화물, 단백질, 지질, 핵산 등의 유기 화합물 중 단백질이 가장 다양한 기능을 한다.

• 단백질의 특징: 효소, 호르몬, 항체의 주성분으로 물질대사와 생리 작용을 조절하고 방어 작용에 관여한다. 열이나 pH 변화 등에 의해 단백질의 입체 구조가 쉽게 변화되는데, 이를 단백질의 변성이라고 한다. 단백질이 변성되면 원래의 기능을 상실한다.
  – 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N) 외에 황(S)을 포함하기도 한다.
  – 동물에서 영양소로 사용될 때 대사 산물로 질소 화합물(암모니아, 요산, 요소)이 생성된다.
  – 기본 단위는 아미노산이고, 20종류의 아미노산은 펩타이드 결합으로 연결된다.
  – 아미노산 종류와 수 및 결합 순서에 따라 단백질의 종류가 결정된다.

아미노산의 구조와 펩타이드 결합: 아미노산은 아미노기, 카복실기, 곁사슬(R)을 가지며, 곁사슬(R)은 아미노산의 종류마다 다르다. 한 아미노산의 아미노기와 다른 아미노산의 카복실기 사이에 한 분자의 물이 빠져나가면서 펩타이드 결합이 형성된다.

– DNA 유전 정보에 따라 리보솜에서 합성된다.
– 근육, 머리카락, 손톱, 발톱 등 인체를 구성하는 주요 성분이다.
– 효소의 주성분으로 열과 pH에 따라 반응이 달라진다.
– 주로 몸을 구성하며 다양한 기능을 하고 탄수화물이나 지방이 부족할 때는 에너지원(4 kcal/g)으로 사용된다.

– 단백질의 기능에 따른 분류

분류	기능	예시
효소	생명체 내의 화학 반응의 촉매	소화 효소, 산화 환원 효소, ATP 합성 효소
방어	질병에 대한 저항	항체
저장	아미노산의 저장	우유 단백질 카제인
수송	물질의 수송	헤모글로빈, 세포막의 수송 단백질
호르몬	생명체의 활성 조절	인슐린
수용체	화학 자극에 대한 세포의 반응	신경 세포막의 수용체, 호르몬 수용체
운동	근육의 운동	액틴, 마이오신
구조	지지 작용	케라틴, 콜라젠

 

(4) 핵산

– 구성 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 인(P)으로 인산, 당, 염기가 1:1:1로 이루어진 뉴클레오타이드가 길게 연결된 고분자 물질이다.

– 뉴클레오타이드끼리는 당과 인산의 공유 결합으로 연결되는데, 이를 폴리뉴클레오타이드라고 한다.

 

– 핵산의 종류

DNA

– 구성하는 당의 종류: 디옥시리보스

– 구성 염기: 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 타이민(T)

– 구조: 이중 나선

– 존재 장소: 핵 속의 염색사(진핵세포), 세포질(원핵세포)

– 기능: 유전자의 본체, 유전 정보의 저장

RNA

– 구성하는 당의 종류: 리보스

– 구성 염기: 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 유라실(U)

– 구조: 단일 가닥

– 존재 장소: 인, 리보솜, 세포질

– 기능: 유전 정보의 전달 및 단백질 합성 과정에 관여

– DNA가 다양한 유전 정보를 저장하는 원리: 염기가 서로 다른 4종류의 뉴클레오타이드가 다양한 순서로 배열됨으로써 다양한 유전 정보를 저장한다.

 

◈ 동물과 식물의 유기적 구성

다세포 생물은 서로 다른 수많은 세포로 구성되어 있고, 서로 유기적으로 결합하여 정교한 체제를 이룬다. 동물과 식물은 모든 구성 단계에서 구조(형태)와 기능이 밀접하게 연관되어 있다.

 

◈ 동물의 구성 단계: 동물은 모양과 기능이 비슷한 세포들이 모여 조직을, 여러 조직이 모여 특정한 기능을 나타내는 기관을, 연관된 기능을 하는 여러 기관이 모여 기관계를 , 기능이 서로 다른 여러 기관계가 모여 하나의 개체를 이룬다.

세포 → 조직 → 기관 → 기관계 → 개체

(1) 세포: 상피 세포, 근육 세포, 혈구(적혈구, 백혈구), 신경 세포 등

(2) 조직: 형태와 기능이 비슷한 세포들이 모여 조직을 이룬다.

– 상피 조직: 동물의 표면이나 분비샘을 형성하는 조직으로 일반적으로 수명이 짧다. 몸 안의 기관과 내강을 덮고 있는 조직이다. 예) 피부, 입안의 상피, 망막, 분비샘 등

– 결합 조직: 조직이나 기관 사이를 결합시키며 몸을 지탱하게 하는 조직이다. 예) 연골, 뼈, 힘줄, 혈액 등

– 근육 조직: 근육 섬유(근육 세포)로 구성되어 있어서 몸과 신체 부위들을 움직이게 한다. 몸의 근육을 구성하는 조직이다. 예) 골격근, 내장근, 심장근 등

– 신경 조직: 신경 세포로 구성되며 자극을 받아들이고 신호(흥분)를 전달하는 전달하는 조직이다.

 (3) 기관: 두 종류 이상의 조직이 모여 특정한 기능을 가진 기관을 구성한다. 예) 위, 간, 폐, 심장, 콩팥, 뇌, 이자 등

(4) 기관계- 서로 비슷한 기능을 하는 여러 기관이 모여 기관계를 형성한다.- 기관계의 기능에 따른 분류

구분	기능	구성 기관
소화계	영양소의 소화와 흡수	입, 식도, 위, 소장, 대장, 간
호흡계	산소와 이산화 탄소의 교환	코, 기관, 기관지, 폐
순환계	양분, 노폐물, 기체의 운반	심장, 혈관
배설계	노폐물의 배설	콩팥, 오줌관, 방광, 요도
신경계	흥분의 전달 및 기관의 작용 조절	뇌, 척수, 감각 기관
내분비계	호르몬의 생성과 분비 및 항상성 유지	뇌하수체, 갑상샘, 부갑상샘, 부신
면역계	질병으로부터 인체의 방어	골수, 림프관, 가슴샘

– 하나의 기관이 여러 기관계에 속할 수 있다.

예) 간, 이자 – 소화계, 내분비계, 콩팥 – 배설계, 내분비계

(5) 개체: 서로 다른 역할을 하는 다양한 기관계가 모여 하나의 개체를 이룬다. 예) 사람, 고양이, 금붕어, 개미 등

 

◈ 식물의 구성 단계: 식물의 모양과 기능이 비슷한 세포들이 모여 조직을, 조직이 모여 조직계를, 조직계가 모여 기관을, 기관이 모여 하나의 개체를 이룬다. 세포 → 조직 → 조직계 → 기관 → 개체

(1) 세포: 표피 세포, 물관 세포, 체관 세포, 유세포 등

(2) 조직: 세포 분열이 일어나는 분열 조직과 생성 후 더 이상 세포 분열이 일어나지 않는 영구 조직이 있다.

– 분열 조직

세포 분열이 일어나는 조직이다.

–생장점: 식물의 줄기 또는 뿌리 끝에 위치하며, 길이 생장에 관여한다.

–형성층: 식물의 줄기나 뿌리의 부피 생장에 관여한다.

– 영구 조직

분열 조직에서 분화되어 생성된다.

세포 분열을 하지 않고 특수한 모양과 기능을 가진다.

표피 조직: 식물의 표면을 덮는 조직이다. 예) 표피, 뿌리털, 공변세포 등

유조직: 식물을 구성하는 기본 조직으로 광합성, 호흡, 물질 저장, 분비 작용이 일어난다. 예) 울타리 조직, 해면 조직 등

기계 조직: 식물을 지탱하는 조직으로 세포벽이 두껍고 단단한 세포로 구성, 후벽 세포와 후각 세포 등으로 구성된다.

통도 조직: 물과 양분의 이동 통로이다. 예) 물관, 체관 등

(3) 조직계: 비슷한 역할을 하는 조직으로 구성된다.

– 표피 조직계

식물의 바깥 표면을 덮어 내부를 보호하고 수분 출입을 조절한다.표피 조직으로 구성되며 기체 교환 조절과 수분 증발을 방지한다. 표피, 공변세포, 규티클층, 뿌리털 등으로 구성된다.

– 관다발 조직계

식물에서 양분과 물을 운반하는 통로의 역할을 한다.

물과 무기염류의 이동 통로인 물관부와 당분의 이동 통로인 체관부로 구성된다. 형성층이 포함되는 경우도 있다.

– 기본 조직계

표피 조직계와 관다발 조직계를 제외한 나머지 부분이다.

대부분이 유조직으로 구성되며 광합성, 호흡, 물과 양분의 저장, 물질 분비에 관여한다. 울타리 조직 해면 조직 등으로 구성된다.

 

(4) 기관: 영양 기관과 생식 기관으로 구성된다.

– 영양 기관: 양분의 합성과 저장을 담당하는 기관이다. 예) 뿌리, 줄기, 잎

– 생식 기관: 씨를 만들어서 자손을 퍼뜨리는 기관이다. 예) 꽃, 열매

(5) 개체: 서로 다른 기관이 모여 독립적인 하나의 개체를 이룬다. 예) 장미, 민들레, 소나무 등

※ 모든 구성 단계에서 한 단계 올라갈 때 새롭게 나타나는 특성이 존재한다. 즉, 생명체는 구성하는 요소들의 단순한 합이 아니라 요소들 간의 유기적 관계에 의해 각 단계별로 특징적인 생명의 특성이 나타난다.

참고자료: 지학사 교과서 생명과학1, 고등 하이탑 생명과학1, EBS 수능특강 생명과학2