1.세포의 구조
세포이론은 세포가 생명의 기본 단위이며, 모든 생물은 하나 이상의 세포로 구성되어 있으며, 모든 세포는 세포분열을 통해 기존의 세포에서 발생한다고 말한다.대부분의 세포는 지름이 1~100 마이크로미터로 매우 작기 때문에 빛이나 전자 현미경 아래에서만 볼 수 있다.세포에는 일반적으로 두 가지 유형이 있다: 핵을 포함하는 진핵 세포와 그렇지 않은 원핵 세포. 원핵생물은 박테리아와 같은 단세포 생물인 반면, 진핵생물은 단세포 또는 다세포일 수 있다. 다세포 유기체에서, 유기체의 모든 세포는 궁극적으로 수정란의 단일 세포로부터 파생된다.모든 세포는 세포질과 세포외 공간을 분리하는 세포막 안에 둘러싸여 있다.세포막은 다양한 온도에서 유동성을 유지하기 위해 인지질 사이에 위치하는 콜레스테롤을 포함한 지질 이중층으로 구성된다. 세포막은 반투과성이어서 산소, 이산화탄소, 물과 같은 작은 분자가 통과할 수 있게 하면서 더 큰 분자와 이온과 같은 하전 입자의 이동을 제한한다.세포막은 또한 막 전달체 역할을 하는 막을 가로지르는 일체형 막 단백질과 세포막의 바깥쪽에 느슨하게 달라붙어 세포를 형성하는 효소 역할을 하는 말초 단백질을 포함한다.세포막은 세포 접착, 전기 에너지 저장, 세포 신호 전달과 같은 다양한 세포 과정에 관여하며, 세포벽, 글리코칼릭스, 세포골격과 같은 여러 세포 외 구조의 부착 표면 역할을 한다.세포의 세포질 안에는 단백질과 핵산과 같은 많은 생체분자가 있다.진핵세포는 생체분자 외에도 고유의 지질 이중층을 가지고 있거나 공간적으로 단위인 기관지라고 불리는 특수한 구조를 가지고 있다.이러한 세포기관은 세포의 DNA의 대부분을 포함하는 세포핵 또는 세포 과정에 동력을 공급하기 위해 아데노신 삼인산(ATP)을 생성하는 미토콘드리아를 포함한다. 소포체와 골지기와 같은 다른 세포는 각각 단백질의 합성 및 포장에 역할을 한다. 단백질과 같은 생체 분자는 또 다른 특수 기관인 리소좀에 의해 집어삼킬 수 있다. 식물 세포는 식물 세포에 대한 지지를 제공하는 세포벽, 당을 생산하기 위해 햇빛 에너지를 수확하는 엽록체, 식물 씨앗의 생식 및 분해에 관여할 뿐만 아니라 저장 및 구조적 지원을 제공하는 액포와 같은 동물 세포와 구별되는 추가적인 세포가 있다.진핵세포는 또한 미세소관, 중간 필라멘트, 미세 필라멘트로 구성된 세포골격을 가지고 있으며, 이 모든 것들은 세포에 대한 지지를 제공하고 세포와 그 기관의 움직임에 관여한다.미세소관은 튜브린으로 구성되며, 중간 필라멘트는 섬유형 단백질로 구성된다.미세 필라멘트는 다른 단백질 가닥과 상호작용하는 액틴 분자로 구성된다.
2.물질대사
모든 세포는 세포 과정을 유지하기 위해 에너지를 필요로 한다.에너지는 일을 할 수 있는 능력으로, 열역학에서 기브스 자유 에너지를 사용하여 계산할 수 있다. 열역학 제1법칙에 따르면, 에너지는 보존된다.즉, 생성되거나 파괴될 수 없다. 따라서, 세포 내의 화학 반응은 새로운 에너지를 생성하지 않고 대신 에너지의 변환과 전달에 관여한다.그럼에도 불구하고,모든 에너지 전달은 열역학 제2법칙에 따라 엔트로피(또는 무질서 상태)를 증가시키는 사용 가능한 에너지의 손실을 초래한다.결과적으로, 유기체는 낮은 엔트로피 상태를 유지하기 위해 지속적인 에너지 투입을 필요로 한다. 세포에서 에너지는 산화환원 반응 동안 전자로 전달될 수 있고, 공유 결합에 저장되며, 막에서 이온(예를 들어 수소, 나트륨, 칼륨)의 이동에 의해 생성될 수 있다.물질대사는 유기체에서 생명을 유지하는 화학 반응의 집합이다. 대사의 세 가지 주요 목적은 음식물을 에너지로 전환하여 세포 과정을 운영하는 것, 음식/연료를 단백질, 지질, 핵산 및 일부 탄수화물을 위한 구성 요소로 전환하는 것, 그리고 대사 노폐물의 제거이다. 이러한 효소 촉매 반응은 유기체가 성장하고 번식하며 구조를 유지하고 환경에 반응할 수 있게 한다. 대사 반응은 이화작용(예를 들어 포도당이 세포 호흡에 의해 피루브산으로 분해됨) 또는 동화작용(단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 등)으로 분류할 수 있다. 보통 이화작용은 에너지를 방출하고, 이화작용은 에너지를 소비한다.대사의 화학 반응은 대사 경로로 구성되는데, 대사 경로에서는 한 화학 물질이 일련의 단계를 거쳐 다른 화학 물질로 전환되고, 각 단계는 특정 효소에 의해 촉진된다. 효소는 에너지를 방출하는 자발적 반응에 결합하여 유기체가 스스로 발생하지 않을 에너지를 필요로 하는 바람직한 반응을 유도할 수 있도록 하기 때문에 신진대사에 매우 중요하다. 효소는 반응물을 생성물로 변환하는 데 필요한 활성화 에너지의 양을 줄임으로써 촉매 역할을 한다. 효소는 또한 예를 들어 세포의 환경 변화나 다른 세포로부터의 신호에 반응하여 대사 반응 속도를 조절할 수 있게 한다.세포 호흡은 생물의 세포에서 일어나는 일련의 대사 반응과 과정으로 영양소의 화학 에너지를 아데노신 삼인산(ATP)으로 전환한 다음 노폐물을 배출한다.호흡과 관련된 반응은 큰 분자를 작은 분자로 분해하여 에너지를 방출하는 이화 반응이다. 호흡은 세포가 세포 활동을 촉진하기 위해 화학 에너지를 방출하는 주요 방법 중 하나이다. 전반적인 반응은 일련의 생화학적 단계에서 발생하며, 그 중 일부는 산화환원 반응이다. 세포 호흡은 엄밀히 말하면 연소 반응이지만, 일련의 반응에서 에너지가 천천히 방출되기 때문에 세포에서 일어날 때 호흡은 분명히 그것과 닮지 않았다.포도당 형태의 당은 동물과 식물 세포가 호흡에 사용하는 주요 영양소이다. 산소를 포함하는 세포 호흡은 해당과정, 시트르산 회로(또는 크렙스 회로), 전자전달계, 산화적 인산화의 4단계로 구성된다.해당과정은 포도당이 2개의 피루브산으로 전환되고, 동시에 2개의 순 ATP 분자가 생성되는 세포질에서 일어나는 대사 과정이다.각 피루브산은 피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 아세틸-CoA로 산화되며, NADH와 이산화탄소를 생성한다. 아세틸-Coa는 시트르산 회로로 들어가며, 시트르산 회로는 미토콘드리아 기질 내부에서 일어난다. 사이클이 끝날 때, 1개의 포도당(또는 2개의 피루브산)으로부터의 총 생산량은 6개의 NADH, 2개의 FADH2, 2개의 ATP 분자이다. 마지막으로, 다음 단계는 산화적 인산화로, 진핵생물에서 미토콘드리아 기질에서 발생한다.산화적 인산화는 한 복합체로부터 다른 복합체들로 전자를 전달하는 일련의 4개의 단백질 복합체인 전자전달계를 구성하며, 이에 따라 NADH와 FADH2로부터 에너지를 방출하여 양성자 모를 생성하는 미토콘드리아 내막을 가로질러 양성자(수소 이온)의 펌핑(화학삼투)과 결합한다.강압 양성자 동력의 에너지는 ATP 생성효소를 ADP를 인산화하여 더 많은 ATP를 합성하도록 유도한다. 전자의 전달은 분자 산소가 최종 전자 수용체가 되면서 끝난다.
댓글