1.원자 및 분자 그리고 물
모든 유기체는 화학 원소로 이루어져 있다; 산소, 탄소, 수소, 질소는 모든 유기체의 96%를 차지하며, 칼슘, 인, 황, 나트륨, 염소, 마그네슘이 기본적으로 나머지를 구성한다. 다른 원소들이 결합하여 물과 같은 화합물을 형성할 수 있는데, 이것은 생명체의 기본이다.생화학은 생물의 내부 및 생물과 관련된 화학 과정을 연구하는 학문이다. 분자생물학은 분자 합성, 변형, 메커니즘, 상호 작용을 포함하여 세포와 세포 사이의 생물학적 활동의 분자적 기초를 이해하고자 하는 생물학의 한 분야이다.생명체는 약 38억년 전에 형성된 지구의 첫 번째 바다에서 생겨났다.그 이후로, 물은 계속해서 모든 유기체에서 가장 풍부한 분자가 되고 있다. 물은 나트륨, 염화 이온 또는 다른 작은 분자를 용해시켜 수용액을 형성할 수 있는 효과적인 용매이기 때문에 생명에 중요하다. 일단 물에 녹으면, 이 용질들은 서로 접촉할 가능성이 더 높기 때문에 생명을 유지하는 화학 반응에 참여할 수 있다.분자구조상 물은 두 수소(H) 원자와 하나의 산소(O) 원자(H2O)의 극성 공유 결합에 의해 형성된 구부러진 형태의 작은 극성 분자이다.O-H 결합은 극성이기 때문에 산소 원자는 약간 음전하를 띠고 두 수소 원자는 약간 양전하를 띤다.물의 극성은 물을 응집력 있게 만드는 수소 결합을 통해 다른 물 분자를 끌어당길 수 있게 한다.표면 장력은 액체 표면의 분자 간의 인력으로 인한 응집력으로 인해 발생한다.물은 또한 극성 또는 하전된 비물 분자의 표면에 부착할 수 있기 때문에 접착성이 있다.
2.유기 화합물과 고분자
유기 화합물은 수소와 같은 다른 원소와 결합된 탄소를 포함하는 분자입니다.물을 제외하고, 각 유기체를 구성하는 거의 모든 분자는 탄소를 포함한다.탄소는 최대 4개의 다른 원자와 공유 결합을 형성할 수 있으며, 다양하고 크고 복잡한 분자를 형성할 수 있다.예를 들어, 단일 탄소 원자는 메탄과 같은 4개의 단일 공유 결합, 이산화탄소(CO2)와 같은 2개의 이중 공유 결합 또는 일산화탄소(CO)와 같은 3중 공유 결합을 형성할 수 있다. 게다가, 탄소는 옥탄과 같은 탄소-탄소 결합 또는 포도당과 같은 고리 모양의 구조를 상호 연결하는 매우 긴 사슬을 형성할 수 있다.가장 간단한 형태의 유기 분자는 탄화수소인데, 탄화수소는 탄소 원자의 사슬에 결합된 수소 원자로 구성된 유기 화합물의 큰 계열이다. 탄화수소 골격은 산소(O), 수소(H), 인(P), 황(S)과 같은 다른 원소로 대체될 수 있으며, 이는 화합물의 화학적 거동을 변화시킬 수 있다.이러한 원소들(O-, H-, P-, S-)을 포함하고 중심 탄소 원자 또는 골격에 결합된 원자군을 작용기라고 한다.유기체에는 아미노기, 카르복실기, 카르보닐기, 하이드록실기, 인산기, 술프하이드릴기의 6가지 주요 작용기가 있다.1953년 밀러-우레이 실험은 초기 지구의 조건을 모방한 폐쇄된 시스템 내에서 유기 화합물이 생물적으로 합성될 수 있다는 것을 보여주었고, 따라서 복잡한 유기 분자가 초기 지구에서 자발적으로 생성되었을 수 있다는 것을 암시했다.고분자는 결합된 더 작은 분자 소단위체로 구성된 큰 분자입니다.설탕, 아미노산, 뉴클레오타이드와 같은 작은 분자들은 응집이라고 불리는 화학적 과정을 통해 중합체라고 불리는 사슬 모양의 분자를 형성하기 위해 단량체라고 불리는 단일 반복 단위로 작용할 수 있다.예를 들어, 아미노산은 폴리펩타이드를 형성할 수 있는 반면 뉴클레오타이드는 핵산의 가닥을 형성할 수 있다. 중합체는 모든 유기체에서 발견되는 4개의 고분자(다당류, 지질, 단백질, 핵산) 중 3개를 구성한다.이러한 각 고분자는 주어진 세포 내에서 특수한 역할을 한다.탄수화물(또는 설탕)은 분자식(CH2O)n을 갖는 분자로, n은 탄소-수화물기의 수이다.단당류(단량체), 올리고당류(작은 중합체), 다당류(큰 중합체)를 포함한다. 단당류는 공유 결합의 일종인 글리코사이드 결합에 의해 서로 연결될 수 있다.포도당과 과당과 같은 두 개의 단당류가 서로 연결될 때, 그들은 수크로스와 같은 이당류를 형성할 수 있다.많은 단당류가 서로 연결되어 있을 때, 단당류의 수에 따라 올리고당 또는 다당류를 형성할 수 있다. 다당류는 기능이 다양할 수 있다. 포도당과 같은 단당류는 에너지원이 될 수 있으며, 일부 다당류는 세포에 당분을 공급하기 위해 가수분해될 수 있는 저장 물질 역할을 할 수 있다.지질은 고분자로 구성되지 않은 유일한 고분자 종류이다.생물학적으로 가장 중요한 지질은 스테로이드, 인지질, 지방이다.이러한 지질들은 대부분 비극성 및 소수성 유기 화합물이다.스테로이드는 4개의 융합 고리로 구성된 유기 화합물이다.인지질은 인산기와 2개의 탄화수소 사슬(또는 지방산)에 연결된 글리세롤로 구성된다.글리세롤과 인산기는 함께 분자의 극성 및 친수성(또는 머리) 영역을 구성하는 반면, 지방산은 비극성 및 소수성(또는 꼬리) 영역을 구성한다.따라서, 물 속에서 인지질은 소수성 머리가 물 분자와 상호작용하기 위해 바깥을 향하게 하는 인지질 이중층을 형성하는 경향이 있다. 반대로, 소수성 꼬리는 물과의 접촉을 피하기 위해 다른 소수성 꼬리의 안쪽을 향한다.단백질은 효소, 운반 단백질, 큰 신호 분자, 항체 및 구조 단백질을 포함하는 가장 다양한 고분자이다.단백질의 기본 단위(또는 단량체)는 아미노산으로, 중심 탄소 원자가 수소 원자, 아미노기, 카르복실기, 측쇄(또는 R-기, 잔기의 경우 "R")와 공유 결합한다.단백질의 구성 요소를 구성하는 20개의 아미노산이 있으며, 각각의 아미노산은 고유한 곁사슬을 가지고 있다.측쇄의 극성과 전하가 아미노산의 용해성에 영향을 미친다.극성 및 전기적으로 대전된 측쇄를 갖는 아미노산은 친수성이므로 용해 가능한 반면, 하전 또는 전자 음의 원자가 없는 측쇄를 갖는 아미노산은 소수성이므로 물에 용해되기보다는 합체하는 경향이 있다.단백질은 4가지 조직 수준(1차, 2차, 3차, 4차)을 가지고 있다. 1차 구조는 펩타이드 결합에 의해 공유 결합으로 연결된 고유한 아미노산 서열로 구성된다.개별 아미노산의 곁사슬은 서로 상호작용하여 단백질의 2차 구조를 생성할 수 있다.2차 구조의 두 가지 일반적인 유형은 알파 나선과 베타 시트이다.알파 나선과 베타 시트의 접힘은 단백질에 3차원 또는 3차 구조를 제공한다. 마지막으로, 다수의 3차 구조가 결합하여 단백질의 4차 구조를 형성할 수 있다.
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