[2017 수능 대비 과학탐구 생명과학2] 1단원 세포와 물질대사 빈칸 넣기 문제
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생명과학2
1단원. 세포와 물질대사
1-1 세포의 특성
01 세포의 발견과 연구
세포의 발견
얀선 현미경 발견(1590) -> ( ) 최초 세포 발견 (레이우엔훅 최초 살아있는 세포 관찰)
-> 세포설 제시 ( )-식물세포설, ( )-동물세포설
-> 피르호 : 기존 세포설에 새로운 세포는 자연히 생성되는 것이 아니라 기존세포로만 생성
된다 라는 것을 덧붙임.
*현대의 세포설
- 모든 생물은 하나 또는 그 이상의 ( )로 이루어짐
- 세포는 생물의 ( )적, ( )적 단위임.
- 모든 세포는 기존의 세포로부터 만들어짐.
세포 연구방법
1. 현미경
- 광학 현미경 :최대배율1500배/ 해상력( ),세포소기관 대략적 구조/살아있는 세포 관찰
- 투과 전자 현미경 (TEM) : 최대 배율 100만배, 2차원 영상, 해상력 ( ), 세포의 내 부 구조 효과적 관찰 가능
- 주사 전자 현미경 (SEM) : 최대 배율 수십만배, 3차원 입체 영상, 해상력 ( ), 세포 의 표면, 외부형태 관찰
전자 현미경 공통 특징
-> 살아있는세포 관찰 불가, 상이 흑백이고 사진을 통해서만 관찰 가능
- 배율 : 대물렌즈 X 접안렌즈/ ( ) : 2개의 점을 구별할 수 있는 능력
- 보조기술 : ( )- 관찰하려는 특정세포소기관이나 구성성분을 염색해 다른 부분과 명
확히 구분하여 관찰할 수 있게 함
( )- 세포의 활동을 정지시켜 세포를 살아있을 때와 같은 구조와 상태로 유지
( )- 시료를 일정한 두께로 자르는 기계, 빛이나 전자가 잘 투과되도록 함.
2. 세포 분획법
- 물질의 조성, 기능등을 연구함/ 세포를 등장액에 넣고 (( )을 같게하기 위해), 균질기
로 부수어 세포 혼합물을 얻은 후 세포 혼합물을 원심분리기에 넣어 속도와 시간을 다르
게 하면서 원심분리한다.
- 세포 분획 순서
동물세포 : ( )->( )->세포막, 내부막조각(소포체 등)-> ( )
식물세포 : 세포벽->( )->( )->( )->세포막, 내부막조각-> ( )
* 저온처리 이유 : 균질기에 의한 ( )냉각, 세포파괴시 나오는 가수분해( )활동 억제
3. 자기방사법 (추적자법)
- 세포 내 물질의 위치, 이동경로 연구시 이용 / 세포에 방사성 동위원솔 표지된 화합물을
넣고 화합물의 방사성 동위 원소에서 방출되는 방사선을 검출함.
- 방사선 검출 방법 : ( )에 쪼여 생성된 이미지를 이용해 방사선 검출
4. 조직(세포)배양법
- 생물체에서 떼어낸 조직이나 세포를 배양액이나 배지에서 무균상태로 기르는 것.
- 세포분열, 세포분화과정 연구에 유용/ 세포를 살아있는 상태로 오래보존, 세포의 성분,
기능 연구/ 배양환경 조절-> 특정환경이 세포생장과 분화에 미치는 영향 알아봄
/ 하나의 세포로부터 유전적으로 동일한 개체를 대량 획득 가능=> 희귀 식물 복원이나
생물 의약품 대량 생산 등에 이용.
* 조직배양과정
- 분열조직인 ( )을 조각냄 ->세포가 분열해 ( )(절단한 식물체의 일부를 영양 배지
에서 배양할 때 형성되는 미분화 상태의 세포덩어리, 분열해 완전한개체가 될 능력 지님)
를 이룸 -> 기관 분화, 생장해서 꽃이 핌 (형성층을 제공한 당근과 유전적으로 동일)
- 세포의 크기,모양은 종류에 따라 다르고 하나의 생물체 내에서도 몸의 부위에 따라 다양함
이유 :
* 세포의 크기 측정 실험.
접안마이크로미터 1눈금의 길이 :
배율 확대시
-> 접안마이크로미터 눈금상 ( ), 눈금길이 ( )
-> 대물마이크로미터 눈금상 ( ), 눈금길이 ( )
-> 관찰된 상의 밝기가 ( )
대물마이크로미터로 세포의 크기 측정을 하지 않는 이유 2가지
->
02 세포의 구조와 기능
원핵세포와 진핵세포의 구분
- 원핵세포 : 세포내부에 핵과 막으로 싸인 세포소기관이 없음, 크기 작다.
진핵세포 : 세포내부에 핵과 막으로 싸인 세포소기관이 있음, 크기 비교적 크다.
핵막) 원핵세포-> 없음, DNA ( )에 존재함
진핵세포-> 있음, 유전물질 핵막으로 싸인 핵속에 존재.
염색체) 원핵세포-> 원형DNA, 소량 ( ), 히스톤단백질X-> ( )형성X 진핵세포-> 다수의 선형 DNA로 이루어짐, 히스톤단백질O . 뉴클레오솜O
막성세포 소기관) 원핵세포-> 없음, ( )에 다양한 효소 존재.
진핵세포 -> 있다 : 내막계에 많은 효소가 있어 물질대사에 관여한다.
리보솜) 원핵세포->있음. 세포질에서 DNA 유전정보가 리보솜으로 바로 전달, 유전물질 형성
진핵세포 -> 있다 : 핵속 DNA 유전정보가 핵막을 빠져나와 세포질의 리보솜으로 전달~
세포벽) 진핵세포-> 주성분 ( ), 세포벽 밖에 피막(캡슐) 있는 것도 있다.
원핵세포 -> 주성분 ( , ), 동물세포에는 세포벽 없음.
생물 예) 원핵생물-> 단세포 생물, ( )으로 번식 (세균,남세균,대장균...)
진핵생물-> 단세포or 다세포, 다양한 생식방법으로 번식
원핵생물 유전물질 양 < 진핵생물 유전물질 양
세포소기관의 종류와 기능
1.단백질 합성, 가공, 운반 -> 핵,리보솜, 소포체, 골지체
-핵 : 세포의 구조와 기능 결정, 생명활동 조절
구조 : 핵막- 2중막구조+ 핵공(핵,세포질 사이 물질이동통로) 존재
염색사(염색체) - DNA + 히스톤단백질
인 : 단백질, RNA 많이 모임, ( )을 합성함(rRNA) , 막구조 아님.
* DNA -( )-> RNA -( )-> 단백질
-리보솜 : rRNA + 단백질 2개의 단위체 (대단위체, 소단위체)
( )표면에 붙어있거나 (외부분비단백질, 막단백질 형성),
( )에 흩어져 있음 (세포질 내 이용 단백질 합성) -> 단백질을 합성하는 역할.
-소포체 : ( ) 구조, 물질 수송의 통로역할 (핵막과 연결됨)
거친면 소포체 : 단백질 이동 통로/ 매끈면 소포체 :인지질,지방, 스테로이드 등 지방합성
-골지체 : 납작한 주머니 모양 ( )가 층층히 쌓인 형태의 단일막구조 (소포체 유래)
소포체에서 운반된 단백질이나 지질을 변형, 포장해 세포밖으로 분비하거나 세포 내 다른
부위로 이동시킴.
-> 단백질의 합성과 분비가 활발한 세포에 발달.
* 단백질의 이동경로 : ( )->( )->골지체 말단 ->( )의 경로로 이동.
* 단백질의 합성과 분비과정 : 정보전달(핵)-> 합성( )-> 가공및운반(소포체, 운반소낭)
-> 포장 및 분비( )-> 세포밖 분비 ( )
2.에너지전환 (물질대사) -> 엽록체, 미토콘드리아.
-미토콘드리아 : 세포호흡
외막, 내막(크리스타-주름진구조 : 세포호흡 면적 증가, ATP 생성에 필요한 막단백질, 세
포호흡에 필요한 효소 존재/ 기질로 채워짐-고유의 DNA, RNA, 리보솜 존재)
-엽록체 : 광합성 작용
틸라코이드-> 그라나(틸라코이드막의 광합성색소에서 빛E흡수 , 스트로마(기질부분 :
고유의 DNA,RNA, 리보솜 존재- 스스로 복제, 증식, 단백질 합성가능)
3.물질분해와 저장 : 리소좀,액포
-리소좀(골지체로부터 유래) : 가수분해 효소 보유, 세포내 소화 담당 -> ( )에 많음.
세포내 오래된 소기관, 외부세균 끌어들여 분해, 세포자체 문제 발생시 리소좀들이
한꺼번에 터져 분해(자가분해) - 올챙이 꼬리,태아에 붙은 손가락 사이
-> 분해된물질은 세포의 생명활동에 필요한 양분으로 쓰이는 등 세포내에서 다시이용됨
-액포(중심액포) : 오래된 식물세포일수록 발달함.
물을 흡수-> 식물세포 생장도움, 세포형태 유지, 세포내 수분량과 삼투압 조절
영양소, 노폐물, 독성물질, 색소 등 저장.
4.세포지지 및 운동- 세포벽, 세포골격, 섬모와 편모
-세포벽 : 식물세포의 세포막 바깥쪽에 형성되는 두껍고 단단한벽, 세포지지,보호,형태유지
주성분 : ( )/ 전투과성막, 중층(주성분: )존재 in 한세포의 1차벽과 다른 세포
의 일차벽 : 세포가 서로 밀착됨 / 세포벽생성 순서 : 중층->1차벽->2차벽\
-세포골격 : 세포속 단백질로 이루어진 섬유들이 그물처럼 얽힘.
세포형태 유지, 세포소기관 위치 유지 및 이동에 관여
미세소관(튜블린) -> 염색체 이동 ( )구성, 세포소기관, 소낭, 섬모,편모 형성에 관여
미세섬유(액틴) -> 근섬유의 수축과 이완, 세포질 유동, 아메바의 위족 운동 등에 관여
구형 단백질이 두가닥의 나선으로 꼬여있는 모양.
중간섬유(케라틴) -> 핵과 세포 소기관의 위치 고정에 관여, 세포질 전체에 그물로 퍼짐
-섬모와 편모 : ( )구조
섬모(짚신벌레) : 길이가 ( ) 수가 많다/ 여러개 노젓듯이.
편모(정자) : 길이가 ( ) 섬모보다 적음/ 물결처럼 움직임
-중심립과 중심체
( )구조 / 중심체-직각이룸. 세포분열시 2개의 중심립이 4개가 되며 중심체도 2개됨.
5.세포 안팎으로의 물질출입 조절 – 세포막=>세포질 바깥쪽을 둘러싸는 막.
-> 세포형태 유지, 세포안팎으로의 물질출입 조절
-> 인지질 2중층(머리 : 친수성, 꼬리:소수성) + 막단백질 / 유동모자이크막 구조
-> 막단백질의 종류와 기능
당단백질(세포간인식), 수용체단백질(신호전달), 효소단백질(효소작용), 수송단백질(물질운반)
*세포 소기관의 분류
막구조 -> 2중막 구조(3가지)
단일막 구조 : 나머지전부(소포체,골지체,리소좀,액포,세포막)
막없는 구조(3가지)
핵,엽록체,미토콘드리아-> DNA,RNA,리보솜 보유 : 스스로 복제,증식, 단백질 합성 가능.
03. 세포막을 통한 물질이동
세포막(유동 모자이크막)의 선택적 투과성
인지질 2중층-> 친수성,소수성 부분 존재 : 물질 특성에 따라 다른 방식으로 이동함
-인지질 2중층 직접 통과( ) : 지용성(소수성), 비극성물질- 지용성비타민,지방산 +
크기가 작은(저분자)물질- O2,CO2,H2O(극성물질도 크기가 작으면 통과가능)
-막단백질(수송단백질)을 통해 통과( , ) : 수용성(친수성), 극성물질 – 포도 당,아미노산 (크기 큼), 전하를 띤 이온(Cl,Na,K 이온)
-세포막의 함입 또는 융합에 의해 통과( , ) :크기가 큰 고분자물질
-> 탄수화물(다당류) ,단백질
에너지를 소모하지 않는 물질이동 -> ( , )
-확산 : 분자가 스스로 운동해 고농도->저농도로 퍼져나감.
특징- 세포안팎 농도의 ( )까지 고농도에서 저농도로 물질이 이동함
각물질은 자체의 농도 기울기에 따라 독립적으로 확산됨.
->( ) : 물질이 인지질 2중층을 직접 통과하여 확산하는 방식.
확산속도 – 분자 크기 ( ), 온도 ( ), 물질의 농도차 ( )
,지질에 대한 용해도 ( ) 빠르게 확산됨.
->( ) : 물질이 수송단백질(통로단백질, 운반체단백질)을 통해 세포막을 통과해
확산하는 방식/ 각 수송단백질은 특정 물질만 이동한다.
확산속도 – 물질의 농도차가 클수록 빠르게 확산되지만 일정농도차 이상에서는 확산
속도가 더 이상 증가하지 않는다- 수송단백질 수가 정해져있어 ( )상태가 되기 때문
수용성물질(포도당,아미노산), 전하를 띤 이온(Ca,Cl,Na이온), 물 등이 이동하는 경우임
*촉진확산이 단순확산보다 물질의 초기이동속도가 빠르다
*물의 촉진확산 : 인지질이중층을 직접 통과할수도 있지만 소수성 막내부를 통과해야 하
므로 이동속도가 매우느림 : 물이 다량으로 확산되는 특정세포에서는 ( )이라는
수송단백질의 도움을 받음.
-삼투 : 반투과성 막을 사이에 두고있는 두용액의 농도가 서로 다를 때 ( )->( )로
( )( )가 이동하는 현상
삼투압( 라고 생각) : 삼투에 의해 반투과성이 받는 압력 : P=( ) 용액의
온도와 농도가 높을수록 크다
* 동물세포의 삼투
-저장액(용액농도 : 세포>바깥) : ( )현상 발생 (목욕탕에 오래있으면 손에 주름생김)
-고장액(용액농도 : 세포<바깥) : 쭈그러듬, 생선을 소금에 절여 보관-> 수분x 미생물x
* 식물세포의 삼투
-저장액 : ( )상태-> 세포벽 덕분에 터지지는 않는다
-등장액 : 한계 ( ), 동적평형상태 – 외관상 이동x
-고장액 : ( )-세포벽으로부터 세포막이 분리되어 쪼그라짐
->식물세포에서는 ( )이 있어 세포가 최대팽윤상태 이상으로 커지지 않고,
적혈구처럼 용혈현상이 일어나지도 않는다.
흡수력 = ( )- ( )
( ): 세포안으로 물이 들어오려는 힘/ ( ):세포내부에서 세포 벽쪽으로 미는힘.
에너지를 소모하는 물질이동 -> ( ,내포.외포 작용)
-능동수송 : 물질이 E를 소모하며 ( )을 통해 농도기울기를 거슬러 세포막 통과
세포호흡 멈추면 E생성X->능동수송X / 막에있는 ( )(펌프) 작용- 수가 한정되어
일정속도이상 물질이동속도가 빨라지지 않는다.
ex. 나트륨-칼륨 펌프 : ATP가 ADP가 되어 E가 발생하고 인산기가 나트륨-칼륨 펌프에
붙음(인산화) -> 운반체 단백질의 구조가 변함. (적혈구 안팎의 이온분포유지)
ex-> 소장 융털 영양소흡수, 콩팥 재흡수, 식물뿌리털 무기양분흡수, 해조류아이오딘흡수
* 촉진확산과 능동수송- 공통점: 세포막의 ( )을 통해 물질이 이동한다.
차이점: ( )은 에너지를 소모하지 않고 ( )은 ATP를 소모한다.
-세포내 섭취( 작용)와 세포외 배출( 작용)
세포막 자체가 변형되어 단백질과 같은 고분자 물질을 세포 안팎으로 이동시킴.
-> 세포내섭취 ( 작용)
세포 밖 물질을 세포막으로 감싸 소낭으로 만들어 세포안으로 끌임- 세포막표면적감소
( )작용 : 미생물,세포조각 등 크기 큰 고형물질 섭취(아메바먹이,백혈구식세포작용)
( )작용 : 액체에 녹아있는 물질 섭취 (모세혈관 구성세포의 혈액속 액체성분 흡수)
-> 세포외배출 ( 작용)
세포안 물질을 감싸 형성된 소낭이 세포막과 융합해 소낭속 물질을 세포밖으로 내보냄
ex. 이자에서 호르몬분비(인슐린,글루카곤), 신경전달물질방출(축삭돌기말단)
, 소장상피세포에서 지방을 암죽관으로 보냄
* 수용체 매개 세포내 섭취
* 리포솜 – 인지질을 물에 분산시켰더니 형성된 구형의 인지질 2중층
세포막과의 공통점 : 모두 ( )으로 이루어짐- 서로 융합 가능
세포막과의 차이점 : 리포솜은 ( )이 없어 세포간 인식 등 막단백질 고유의 기능
을 수행하지 못하지만 내부의 빈 공간에 원하는 물질을 담을 수 있다.
리포솜의 활용 (잘알아두기)
- 세포속으로 물질전달-> 약물전달에 활용가능, 미용성분 공급등.
- 생명현상의 재현 -> 리포솜 내부에 특정유전자를 넣으면 특정기능을 하는 단백질이
합성되어 진화 관련 실험이 가능하다.
* 세포호흡 저해제-> ( )합성 억제- 능동수송, 외포,내포작용 중단
세포막은 선택적 투과성 막이다(반투막+ alpha-촉진확산,능동수송,외포,내포)
04 효소 : 물질대사에는 효소가 반드시 관여하여 화학반응을 촉매함.
효소의 기능 : ( )를 감소시켜 물질대사의 반응속도를 증가시킴
( ) : 화학반응이 일어나는데 필요한 최소한의 에너지. 높으면 화학반응 발생힘듬
- ( )은 항상 일정하다.
효소의 특성
- ( )형성 : 효소의 활성부위에 기질이 결합하면 형성되어 화학반응이 일어나서
기질이 생성물로 변함. 효소는 반응전후 구조와 성질이 변하지 않으므로 생성물과 분리
된후 새로운기질과 결합하여 다시 반응을 촉매함 - ( )촉매작용.
* 효소와 기질의 결합에 대한 가설 : 열쇠와 자물쇠모델, 유도적합모델.
효소의 구성
주성분 : 단백질 / 전효소= ( )+( )
( ) : 효소의 단백질 부분, 열,pH에 의해 쉽게변성/ 단백질구조 변성시 효소활성떨어짐
( ) : 효소의 비단백질 부분, 효소의 활성부위와 기질사이에 결합해 효소작용을 돕는
것도 있고, 아닌곳에 결합하여 활성부위의 구조를 변화시키는 것도 있다.
-> ( )(보결족) : 무기이온, 기질과 효소사이의 전자이동을 도와 효소가 활성을
띠게 함 (탄산무수화효소와 아연이온, 카복시펩티데이스와 아연이온의 결합.)
-> ( ) : 비타민 등의 유기물로 이루어진 보조인자.
주효소에 비해 크기가 작고 열과 pH에 강하다 (단백질이 아니라서)
하나의 조효소 -> 여러 가지 주효소 작용에 관여/ 대부분 효소와 일시적으로 약하게
결합한다 (쉽게 떨어졌다 붙었다 가능) (비타민B복합체, NAD,FAD,NADP+
-> 광합성,세포호흡 과정에서 탈수소효소의 조효소로 작용)
효소의 종류
( ) : 산화 환원 반응에 관여 (탈수소효소, 옥시데이스)
( ) : 기질의 ( :화학반응에 동시에 관여하는 몇 개의 원자집단)를 떼어 다른 분자에 전달함 (아미노기 전이 효소)
( ) : 물분자를 첨가하여 기질을 분해함 (아밀레이스,말테이스...)
( ) : 기질에서 어떤 기를 떼거나 붙여주는 반응에 관여함.
-> (카탈레이스, 피루브산 탈탄산효소), 가수분해,산화환원 반응과는 다르다.
( ) : 기질의 분자식은 변화시키지 않고 그 분자구조만 변화시켜 성질을 바꿈
-> 포도당-6-인산 이성질화효소
( ) : 에너지를 소모하여 두 개의 분자를 연결함
-> 시트르산합성효소, 피루브산 카복실화효소
효소의 작용에 영향을 미치는요인
1. 기질농도와 효소농도
효소가 기질에 의해 포화되면 초기반응속도가 일정해진다.
효소농도를 증가시키면 효소기질복합체 형성빈도가 높아져 다시 초기반응속도가 증가한다.
2. 온도 – 최적온도보다 높은온도에서는 효소의 주성분인 단백질의 입체구조가 변해
효소의 활성이 떨어지기 때문에 반응속도가 감소한다.
3. pH – 최적 pH에서 반응속도가 최대 / 펩신:(pH ), 아밀레이스:pH( ), 트립신:pH( )
4. 저해제 – 효소와 결합하여 효소의 작용을 저해하는 물질.
저해제가 효소에 결합하면 기질이 효소에 결합하지 못하므로 반응속도가 느려짐.
( ) : 기질과 구조가 유사, 효소활성부위에 기질과 경쟁적으로 결합.
-> 기질농도가 낮으면 저해효과가 크지만 기질농도가 높으면 저해효과가 감소한다.
ex. 말론산-> 석신산 탈수소효소의 활성부위에 결합해 효소의 작용 저해
* 페니실린 : 세균의 세포벽 형성에 관여하는 효소의 활성부위에 결합해 효소의 작용을
저해함으로써 세균의 번식을 막음/ 반응후 효소에서 분리x 저해효과가 사라지지않음
( ) : 효소의 활성부위가 아닌 다른 부위에 결합하여 활성부위의 구조 변화시킴
ex. 히루딘이라는 저해제 : 혈액응고에 필요한 ( )이라는 효소의 작용을 비경쟁적으로
저해함 / 기질농도가 높아져도 저해효과가 감소하지 않는다.
* 물질대사의 최종 산물에 의한 비경쟁적 저해 작용 – 물질대사에서 최종 산물이 비경쟁
적 저해제로 작용해 생성물의 양을 조절함 (음성 피드백)
1-2 세포와 에너지
01 세포와 에너지
생물의 에너지 획득 방법 : 독립영양생물/ 종속영양생물 -> 광합성& 세포호흡
ATP의 구조와 이용 : 아데노신(아데닌+리보스) +인산기 3개
인산화 : ATP가 생성되는 반응
02 세포호흡
미토콘드리아의 구조와 기능
기질 : 내막 안쪽에 액체로 차있는 부분
-TCA 회로 관여효소, DNA,RNA,리보솜 등 포함 -> TCA 회로
내막 : 안쪽으로 주름진 구조 ( )
-전자전달계, ATP 합성 효소등 포함 -> 산화적 인산화에 의한 ATP합성 일어남
* 호흡효소의 종류 (미토콘드리아에서)
-( ): 기질의 카복시기(-COOH)에 작용해 CO2를 이탈시키는 효소
-( ): 기질로부터 수소(2H)를 이탈시킴
-> 조효소인 ( ),( )는 기질에서 떨어져나온 ( ),( )가되어 수소를
운반하는 역할을 한다.
-( ): 전자전달계 구성, NADH와 FADH2로부터 전자를 받아 에너지를 방출
시키고 다른 전자 수용체에 전자를 전달하는 효소 (사이크로톰 a,a3,b,c)
세포호흡의 개요
유기물이 산화되어 CO2와 물이 생성되고 에너지가 방출되는 반응
-> 세포호흡 장소: 세포질과 미토콘드리아. 호흡기질 :탄수화물, 지방,단백질
세포호흡의 전과정
해당작용 : 포도당이 세포질에서 ( )으로 분해- 약간의 ATP, NADH 생성
TCA 회로 : 피루브산이 미토콘드리아 기질로 들어가 ( )로 된 다음,
( )가 CO2로 완전히 분해되는 과정 – 약간의 ATP,NADH,FADH2 생성
산화적 인산화 : NADH와 FADH2에서 나온 전자가 미토콘드리아 내막의 ( )
를 이동하면서 방출한 에너지를 이용해 에너지를 합성하는 과정.
해당작용
( )에서 포도당 1분자가 피루브산 2분자로 분해되는 과정/ 산소가 없어도 진행됨
-에너지 투자기 : 2ATP가 투입되어 포도당이 과당2인산으로 활성화됨
-에너지 회수기 : 과당 2인산이 피루브산 2분자로 분해되는데 이때 2NADH와 ( )ATP가
생성된다 (실질 ( )ATP)
해당작용에서 ATP - ( )(효소의 작용에 의해 기질에 결합해 있던 인산기가
ADP로 직접 전달되어 ATP가 합성되는 과정)에 의해 생성된다.
-산소 충분하면 피루브산과 NADH는 미토콘드리아로 들어가 CO2,H2O로 완전 분해됨.
TCA 회로
해당작용에서 생성된 피루브산은 미토콘드리아의 기질로 들어가 ( )로 된 후
TCA 회로를 거쳐 이산화탄소로 완전히 분해된다.
-> 피루브산 1분자당 ( )NADH, ( )FADH2, ( )ATP 생성
유기산 이름 순서대로 : ( )(C2)-> ( )(C6)-> ( )(C5)
->( )(C4)-> ( )(C4)->( )(C4)-> ( )(C4)
- TCA 회로에서의 ATP 합성 : GTP가 합성되고 이를 이용해 ATP가 합성된다.
- TCA 회로 산물의 이동경로
CO2 : 미토콘드리아 밖으로 나와 혈액을 통해 온몸으로 운반되어 몸 밖으로 방출됨
NADH,FADH2 : 미토콘드리아 내막에 있는 ( )로 전자를 운반하여
ATP 합성에 필요한 에너지를 제공함.
산화적 인산화
( )에서 전자전달계와 화학삼투를 통해 ATP가 합성되는 과정
- 전자전달계에서 전자운반체의 산화환원 반응에 의해 전자가 전달되는 과정에서 방출
되는 에너지를 이용해 ATP가 합성된다.
-> 1분자의 NADH로부터 약 ( )ATP 생성 / 1분자의 FADH2로부터 약 ( )ATP 생성
1. 전자전달계
: 해당작용과 TCA회로에서 생성된 NADH와 FADH2는 전자전달계에 고에너지 전자를
환원해주고 NAD+와 FAD로 산화된다.
: 고에너지전자는 전자운반체를 차례로 환원시키며 에너지를 단계적으로 배출하고
최종적으로 ( )(세포호흡에서 전자의 최종수용체, 전자와 친화력 가장강함)에 전달된다
-> 이때 방출된 에너지 일부가 ATP 합성에 이용되고 전자를 전달받은 O2는 미토콘드리
아 기질에 있는 2H+와 결합해 H20가 된다.
* ATP는 전자전달계에서 직접 합성되는 것이 아니라, 전자전달계를 통해 얻은 에너지로
( )가 일어나서 ATP가 합성되는 것이다.
* 산소공급이 중단되면(서)
-> 전자의 ( )가 없어서 전자전달계에서의 전자흐름이 중단된다.
: NAD+, FAD가 NADH와 FADH2로부터 생성되지 않는다.
-> TCA회로에 NAD+와 FAD가 공급되지 않아 TCA회로가 중단된다.
* 포도당 1분자가 해당작용과 TCA회로를 거치면 ( )NADH와 ( )FADH2 생성
-> 이로부터 총 ( )ATP가 생성됨 / + 기질수준인산화 ( )ATP -> 총 ( )ATP
2. 화학삼투
: 전자전달계에서 방출된 에너지는 화학삼투를 통해 ATP 합성으로 연결됨
- H+ 농도기울기 형성 : 고E전자가 전자전달계를 지날 때 방출된 E를 이용해 일부 전자
운반체가 H+(수소이온)을 미토콘드리아 기질에서 내막과 외막사이공간(막사이공간)으로
( )한다 -> 막사이공간 H+농도가 기질보다 높아져 내막경계로 H+농도기울기 형성
- ATP 합성 : H+농도기울기에 의해 막사이공간에 있는 H+이 ATP합성효소를 통과해서
미토콘드리아 기질로 ( )되어 들어오며 E를방출한다
* 미토콘드리아에서 ATP를 합성하는 원동력 : ( )
* ( )효소에 의해 H+농도기울기가 ATP합성으로 연결됨
세포호흡의 에너지 생산량 : 총 ( )ATP
세포호흡의 에너지 효율 : 약 ( )퍼센트
호흡기질이 세포호흡에 이용되는 경로
- 탄수화물 : 당으로 분해되어 ( )으로 들어가 세포호흡으로 이용된다.
- 지방 : 지방산,글리세롤로 분해/ 지방산은 ( )로 전환돼 TCA회로로 들어가고
글리세롤은 해당작용으로 들어가 ( )으로 전환되어 세포호흡에 이용된다.
- 단백질 : 아미노산으로 분해되고 ( )반응을 통해 아미노기가 떨어진후 피루브산,
아세틸 CoA, TCA회로의 중간산물 등으로 전환되어 세포호흡에 이용된다.
* 호흡률 : 호흡기질이 세포호흡을 통해 분해될 때 소비된 O2에 대해 발생한 Co2 부피비
-> RQ = 발생한 ( )의 부피/ 소비된 ( )의 부피비
탄수화물 ( ) 단백질 ( ) 지방 ( ) 이다.
03 발효
산소호흡 : 산소를 이용해 유기물을 완전히 분해하여 에너지를 얻는 과정
-> 경로 : 포도당이 해당작용을 거쳐 피루브산으로 분해된 후 미토콘드리아로 들어가
TCA 회로와 산화적 인산화를 거쳐 Co2와 물로 완전 분해된다.
무산소호흡(발효) : 산소를 이용하지 않고 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 과정.
-> 경로 : 포도당이 해당작용을 거쳐 피루브산으로 분해된 후 피루브산이 미토콘드리아로
들어가지 않고 세포질에서 젖산 또는 에탄올과 같은 중간산물로 된다.
발효의 과정 1.해당작용 : 포도당이 피루브산으로 분해되며 ATP와 NADH가 생성됨
2, NAD+재생 : NADH는 피루브산을 젖산 또는 에탄올로 환원시키고 NAD+로 재생되어
다시 해당작용에 공급된다.
알코올 발효 : 산소가 없는 상태에서 포도당을 분해해 ( )을 생성, ( )에 의해 일어남
* ( ) : 산소가 있으면 산소호흡을 하여 에너지를 얻고 없으면 알코올 발효를 해 얻음
포도당->피루브산->아세트알데하이드->( )
젖산발효 : 산소가 없는 상태에서 포도당을 분해해 ( )을 생성,
( )(=유산균)에의해 일어남 / 포도당->피루브산->젖산
* 발효와 산소 호흡에서의 최종 전자 수용체
알코올 발효 : ( ), 젖산발효 : ( ), 산소호흡 : ( )
04 광합성
엽록체 : 광합성이 일어나는 장소, 잎의 엽육세포에 많이 들어있음,
외막과 내막의 2중막 구조이며 내막 안쪽에 그라나와 스트로마가 있음
- 그라나 : 막으로 이루어진 납작한 주머니 모양의 구조물( )이 여러개 쌓임
( )(엽록체,카로틴,잔토필)포함, 단백질 복합체, ATP 합성효소등 존재
( )이 일어나는 장소
- 스트로마 : 내막 안쪽의 액체로 차있는 기질부분(내막 안쪽에서 틸라코이드를 제외한 나
머지 공간) / ( )합성 관여효소, DNA,RNA,리보솜 존재, ( )이 일어나는 장소
광합성 색소 : 빛에너지를 흡수하는 색소, 엽록체의 틸라코이드 막에 존재한다.
-> 엽록소를 비롯한 광합성색소들은 ( )에서 단백질과 결합하여 복합체를
이루고 있는데, 이를 ( )라고 한다. -> 빛을 효율적으로 중심색소로 모아준다.
* 틸라코이드막 : 인지질 2중층과 막단백질로 이루어져 있다,
1. 엽록소 : 대표적인 광합성색소, C,H,O,N,( )(엽록소 분자중앙에 위치, 결핍되면
엽록소가 만들어지지 못해서 잎이 누렇게 변한다)
종류 -> 엽록소a (반응중심색소역할, 모든광합성생물에존재, 없으면 광합성안됨)
-> 엽록소 b,c,d(광합성생물의 종류마다 다르게 존재, 빛에너지를 흡수하여
반응중심색소에 전달하는 ( )역할을함)
2. 카로티노이드 : 엽록소가 거의 흡수하지 않는 파장의 빛에너지를 흡수하여 반응
중심색소에 전달하는 보조색소. 엽록체나 세포를 과도한 빛으로부터 보호하는 역할도함
/ 카로틴(적황색), 잔토필(황색)
* 가을에 은행잎이 노랗게 변하는 이유 : ( )
- 반응중심 색소 : 광합성과정에서 중심적 역할을 하는 색소 -> 엽록소 ( )
- 보조색소 (= 색소) : 반응중심색소 주변에 분포해 있으면서 빛에너지를 흡수하여
반응중심색소에 전달해주는 안테나 역할을 한다.
* 광합성 색소 분리실험
-전개율 : 원점에서 색소까지의 거리/ 원점에서 용매전선까지의 거리
색소의 전개율 : ( ) > ( ) > ( ) > ( )
색소의 전개율이 다른이유 ; 색소에 따라 전개액에 대한 용해도와 TLC판에 대한 흡착
력이 다르기 때문임 / 전개액에 대한 용해도가 ( ), TLC판에 대한 흡착력이
( ) 전개율이 크다.
빛의 파장과 광합성 색소. -> 광합성 색소는 빛의 파장에 따라 빛 흡수율이 다르다.
1.흡수스펙트럼 : 빛의 파장에 따른 엽록소의 빛흡수율을 그래프로 나타낸 것.
-> 엽록소는 가시광선중 청자색광(430~460nm)과 적색광(630~680nm)을 주로 흡수하고
녹색광은 대부분 반사하거나 통과시킴 (카로티노이드색소가 녹색광을 일부 흡수키도함)
식물의 잎이 녹색으로 보이는 이유 :
2.작용스펙트럼 : 빛의 파장에 따른 엽록체의 광합성 속도를 그래프로 나타낸 것.
-> 청자색광과 적색광에서 광합성이 가장 활발하게 일어남.
흡수스펙트럼과 작용스펙트럼 거의 일치
-> 이로인해 알 수 있는 결과 : 식물은 엽록소가 가장 잘흡수하는 청자색광과
적색광을 주로 이용해 광합성을 한다 (광합성에 필요한 빛E가 주로 엽록체에 흡수)
* 빛의 파장과 광합성의 관계 (엥겔만의 실험)
호기성 세균 :청자색광과 적색광이 비추는 해캄의 주변에 많이 모였다.
-> 청자색광과 적색광에서 해캄의 광합성이 활발하게 일어나 산소가 많이 발생함
결론 : 해캄은 주로 청자색광,적색광을 이용해 광합성을 하며 녹색광은 거의 이용X
광합성의 개요
빛에너지를 이용하여 CO2와 물을 포도당으로 합성하는 과정, 부산물로 O2 발생
광합성 과정 : 명반응, 암반응
-명반응 : ( )에서 엽록소가 빛에너지를 흡수하여 화학E로 전환하는 과정
-> NADPH와 ATP생성, O2 방출
-암반응 : ( )에서 NADPH와 ATP를 이용하여 CO2를 포도당으로 합성하는 과정
-> 포도당 생성 / 그라나에서 생성된 명반응의 산물(NADPH,ATP)이 스트로마에 제공
되어야 포도당을 합성하는 암반응이 일어남 : ( )이 먼저일어나야 ( )일어남
-> 빛이 차단되면 명반응이 일어나지 않아 ATP와 NADPH가 공급X -> ( )중단됨
* 명반응과 암반응의 관계실험
- 빛이 필요한 반응( )이 먼저일어나고 CO2가 필요한 반응( )이 나중에 일어남
- 광합성이 계속 진행되려면 CO2와 함께 빛에너지가 지속적으로 공급되어야함.
명반응
엽록소가 빛에너지를 흡수해 NADPH,ATP의 화학에너지로 전환해 암반응에 공급하는 과정
과정 : 엽록체의 그라나(틸라코이드막)에서 ( )가 빛에너지를 흡수하여 H2O가 분해
되어 O2가 방출되며( ), ATP와 NADPH가 공급된다 ( )
1. 물의 광분해 : 빛에너지를 이용하여 엽록체에서 물이 분해되는 과정
-> 수소이온과 전자 방출, 산소생성
1단계 : 엽록체가 빛E를 흡수하면 2분자의 H20가 2수산화이온과 2수소이온으로 분해됨
2단계 : 2수산화이온은 2전자를 방출하고 2OH로 된다.
3단계 : 2OH는 H2O와 1/2O2로 된다.
-> 전체 반응식 : ( )
* 힐의 실험 : 광합성 결과 발생하는 산소는 ( )이 분해되어 생성된 것이고
엽록체에는 ( )의 분해로 방출된 전자를 수용하는 물질이 있다.
옥살산철과 같은 전자수용체 역할 : 나중에 ( )로 밝혀졌다.
* 루벤의 실험 : 방사성 동위원소 O2를 이용하여 광합성 결과 발생하는 산소가
( )에서 유래된다는 것을 명확하게 밝혀내었음
2. 광인산화 : 틸라코이드 막에서 빛에너지를 이용해 광계,전자전달계,화학삼투를 통해
ATP를 합성하는 과정-> 빛에너지에 의해 광계에서 방출된 고에너지 전자가 전자전달계를
거치면서 에너지를 방출하여 화학 삼투에 의해 ATP가 합성됨
-> 전자전달계에 공급되는 전자의 ( )를 빛에너지로부터 얻으므로 광인산화라고 함.
1) 광계 : 빛에너지를 흡수하는 단백질 복합체, ( )에 존재.
구성 : 엽록소 a를 비롯한 여러 가지 광합성색소 + 전자수용체
종류 : 반응중심색소 종류에 따라 광계 1( nm빛 가장 잘흡수하는 엽록소 a)
와 광계2( nm빛 가장 잘 흡수하는 엽록소 a)로 나뉜다
작용 : 빛에너지를 흡수하여 반응중심색소(엽록소 ( ))에서 고에너지 전자를 방출함
과정 : 광계의 여러안테나 색소들이 빛에너지를 흡수하여 반응중심색소(엽록소 a)로
전달함 -> 빛에너지를 전달받은 반응중심색소(엽록소 a)에서 고에너지전자가 방출됨
-> 방출된 고에너지 전자는 1차전자 수용체와 결합한후 전자전달계를 거치며 E 방출
* 전자가 수용체가 없다면 -> 반응중심색소에서 방출된 고에너지 전자가 가지고 있던
에너지를 열과 함께 형광으로 방출하고 이전색소로 돌아옴 ; ATP 합성X
2) 순환적 광인산화
: ( )에서 방출된 전자(2e-)가 전자전달계를 거쳐 ( )으로 다시 되돌아온다.
: ( )만 관여하며 에너지를 방출하여 ATP가 합성되도록 한다.
: ( )은 전자를 방출하고 산화되었다가 전자를 받아 다시 환원된다.
3) 비순환적 광인산화
: P680과 P700에서 방출된 전자가 원래의 색소로 되돌아가지 않음
: 광계 1과 광계 2가 모두 관여하며 에너지를 방출하여 ATP가 합성되도록 함.
: ( )가 생성되고 산소가 방출됨.
: 비순환적 광인산화 반응은 <물의 광분해> 반응과 연관됨 -> 물이 광분해되는 과정에서
나온 전자는 전자를 잃은 광계2의 P680으로 들어가 전자를 보충해주고 H+은 ( )
생성에 이용되며 O2는 방출된다.
과정 – 광계( )의 P( )이 빛에너지를 흡수하여 고에너지 전자를 방출함 (이때 잃어버
린 전자는 물이 분해되며 나온 전자로 채워짐) -> P( )에서 방출된 고E 전자(2e-)
는 1차전자수용체에 포획되어 전자전달계를 거치면서 에너지를 방출함 : 이 때 방출된
에너지는 ATP합성에 이용됨 -> 광계( )의 P( )이 빛에너지를 흡수하여 고에너지
전자를 방출함(이때 잃어버린 전자는 광계( )의 P( )에서 방출된 전자로 채워짐)
-> P( )에서 방출된 고에너지 전자는 1차전자수용체에 포획되어 전자전달계를 거쳐
( )로 전달되고 그결과 수소이온과 합쳐져 ( )가 생성됨.
* 비순환적 광인산화에서 최초전자공여체는( )이고 최종전자수용체는 ( )이다.
* 순환적광인산화 생성물 : ATP/ 비순환적 광인산화 생성물: ( , , )
4) 화학삼투에 의한 ATP 합성
- 전자전달계에서 방출된 E -> 화학삼투를 통해 ATP 합성으로 연결됨.
1단계 : H+농도 기울기 형성 – 일부 전자 운반체가 수소이온을 ( )에서
( )로 능동수송함 : ( )의 수소이온 농도가 ( )보다 높아져
( )막을 경계로 수소이온 농도기울기가 형성된다.
2단계 : ATP 합성 : H+농도기울기를 따라 ( )에 있는 수소이온이
ATP합성효소를 통과해 ( )로 확산되어 나가며 에너지를 방출한다.
* 포도당 1분자를 합성하려면 : NADPH 12분자와 ATP 18분자가 필요하므로 – 대략
비순환적 광인산화 ( )회, 순환적 광인산화 ( )회 일어나면 된다. (노트참조)
* 세포호흡, 광합성 모두 H+ 확산은 기질로 일어남.
암반응
명반응의 산물인 ( )와 ( )를 이용하여 대기로부터 흡수한 ( )를 환원시켜
( )을 합성하는 과정/ ( )라는 일련의 화학반응을 거치며, 이를 빠져나온 ( )
가 포도당으로 합성된다.
* 캘빈회로 발견실험
- 방사성 동위원소로 표지된 CO2 공급 : 클로렐라에 공급된 CO2가 어떤 중간과정을 거쳐
포도당으로 합성되는지 추적하기 위해서 / - 클로렐라를 시간간격을 두고 끓는 에탄올에
넣는 이유 : 시간 경과에 따른 암반응의 중간산물을 얻기 위해서.
- 2차전개를 하는 이유 : 1차전개만으로는 각각의 물질을 분해하기 어려워서.
결과 –14CO2 3초간 노출-> ( )만 14C로 표지됨 : 암반응에서 이산화탄소가 표지되어
최초로 생성되는 물질임
- 14CO2 30초간 노출-> 다양한물질이 14C로 표지 : ( )는 여러 중간산물을 거쳐서
당으로 합성됨.
결론 : 암반응에서 CO2가 고정되어 최초로 생성된 물질인 ( )는 다양한 중간산물을
거쳐서 당으로 합성된다.
캘빈회로 : 암반응에서 CO2가 당(G3P)으로 합성되기까지 거치는 일련의 반응회로
1단계 : ( ) : CO2가 ( )와 결합하여 암반응 최초 산물인 ( )를 생성함
3CO2 + 3( ) -> 6( ) ( 효소) 작용
2단계 : ( )(3PG 환원이라고도 함)
- 3PG가 ATP로부터 고에너지 인산을 받아 ( )로 되고 ( )는 ( )로부터
수소를 받아 환원되어 ( )로 된다.(3PG보다 높은 에너지를 가진다.)
- ATP는 에너지 공급원으로, NADPH는 CO2를 환원시키는 물질로 환원된다.
- 6분자중 1분자의 ( )는 캘빈회로를 빠져나와 포도당을 합성하는데 쓰인다.
3단계 : ( ) - 5분자의 ( )는 명반응의 산물인 ATP를 사용하면서 여러단계
의 변화를 거쳐 ( )로 재생된다.
암반응 전체 과정 – 포도당 1분자를 합성하는데 ( ) 2분자가 필요하므로, 포도당 1분자
를 합성하기 위해 캘빈회로를 통해 CO2( )분자가 고정되고 ATP( )분자와 NADPH( )
분자가 사용된다.
<캘빈회로의 핵심>
- 1분자의 포도당이 만들어지려면 CO2 ( )분자가 필요하고 캘빈회로는 ( )번 회전한다.
-> 캘빈회로 1번 회전마다 CO2 한분자씩 들어가므로
- CO2 공급이 중단되면 ( )의 양은 감소하고 ( )의 양은 증가한다
이유 : ( )
- 빛에너지가 차단되면 ( )의 양은 감소하고 ( )의 양은 증가한다.
이유 : ( )
광합성의 전과정
- 태양의 빛에너지를 에너지원으로하고 CO2, H2O를 재료로 포도당을 생성하고
그 부산물로 O2(H2O로부터 생성)가 발생한다
- 광합성은 ( )과 ( )의 두단계로 진행되며, ( )이 먼저 일어나야
( )이 진행된다.
- 명반응에서는 빛에너지를 이용한 ( )와 ( )가 일어나 ( )와 ( )
가 생성되어 암반응에 공급되고 ( )가 방출된다.
- 암반응에서는 명반응으로부터 얻은 ( )와 ( )를 이용하여 ( )를 고정시켜
포도당을 합성한다.
- 광합성 산물의 이동 : 포도당->( )로 바뀌어 일시적으로 저장되었다가 주로 물에
녹는 ( )형태로 변화되어 체관을 통해 식물의 각부분으로 운반됨.
- 광합성 산물의 이용
각부분으로 운반된 설탕 : 세포호흡,물질합성의 원료,세포벽의 주성분, 남는 것->녹말전환
산소 : 식물의 호흡이나 외부로 방출되어 다른생물의 호흡에 이용됨.
광합성에 영향을 미치는 요인
1. 빛의 세기
- 호흡량은 빛의 세기와 상관없이 언제나 일정하다.
- 보상점미만(지속시 식물죽음) - 보상점(광합성량=호흡량)(근근히 삼) - 보상점이상(성장)
-> 빛의 세기 충분한 경우 : 양지식물의 순광합성량이 더많으므로 빨리 성장함
-> 빛의 세기 약해진 경우 : 양지식물의 보상점 미만의 빛일 경우 양지식물은 죽고,
음지식물은 버틴다.
2. 온도
- 강한 빛일 때 : 고온일 때 효소가 변성되고 반응이 중지됨
( )가 광합성의 제한요인이 됨.
- 약한 빛일 때 : ( )가 광합성의 제한요인임.
3. CO2 농도
- 포화시 -> 제한요인은 빛과 온도이다.
광합성과 세포호흡의 비교
전과정비교-> 노트나보셈
ATP 합성비교 : 광합성에서 전자의 공급원은 ( )이고 세포호흡에서는 ( )와
( )이다./ 광합성의 광인산화와 세포호흡의 산화적 인산화에서 ATP합성의 원동력은
( )이다.