2 장. 식물학과화학
원자와분자 (atom and molecule) 이온 : 더욱안정해지기위해전자를잃거나얻은분자나원자 음이온 = negative ion = anion = 원자가전자를얻어서 (-) 전하를띠는원자 양이온 = positive ion = cation = 원자가전자를잃어서 (+) 전하를띠는원자
전기음성도 (electronegativity) 분자내원자가결합에관여한전자를끌어당기는정도 높은전기음성도를가진원자는높은전자친화력이있음. 결합에참여하는전자 = 원자가전자 (covalence electron)
두원자가반응할때 에너지방출자유에너지감소반응 (exergonic reaction) 열로방출 = 발열반응 (exothermic reaction) 에너지흡수자유에너지증가반응 (endergonic reaction) 열로흡수 = 흡열반응 (endothermic reaction)
화학결합 (chemical bonds) 이온결합 (ionic bond) 원자사이에서전자가각각의원자로이동되며음이온과양이온이되어결합이형성 공유결합 (covalent bond) 원자가전자를내놓아전자쌍을공유함으로써결합이형성
물 (Water) 전자가수소 (H) 와산소 (O) 중에서산소쪽에더끌려있음산소 = 부분적으로음성 (-) 수소 = 부분적으로양성 (+) 따라서물분자는극성 (polar) 을띤다
1 수소결합 (hydrogen bonding) 두물분자가가까이붙어있을때반대의극 ((+),(-)) 이서로끌림 전자가어느방향으로당겨지지는않음 수소결합 의힘으로물이뿌리에서잎으로이동할수있음 분자들간의강력한인력 (attraction) 의원천
2 물과액체용해도 (liquid solubility) 물안에서수소 (H) 와산소 (O) 를포함한물질은물과수소결합을함. 물용해성 (water soluble) = 수소와산소를포함한물질이물에녹음. 무극성물질 극성이아님 수소결합이되지않음 물에녹지못함.
3 산과염기 물분자 = 매우안정해서천만개분의한개만이 H + 과 OH - 으로분해 수소이온의농도 = 용액의산도 (acidity) 를나타냄. = ph 수소이온농도 (ph) 가 7보다낮음 = 산성 (acid) 수소이온농도 (ph) 가 7보다높음 = 염기성 (base)
탄소화합물 (carbon compound) 탄소 (C) 삶에필수적인원소매우안정한원소전자 6개가있음 ( 중성원자일때 ) 다른원자의원자가전자와전자를공유하며공유결합형성더욱많은탄소와결합이가능 ( 복잡한고리구조도가능 ) 탄소화합물 (carbon compound) 탄소 (C) 가다른원소와공유결합을하여이룬화합물
탄소의공유결합세가지유형 1 단일결합 (Single bond) 4 개의원자와단일결합형성 결합궤도에서한개의전자를공유
탄소의공유결합세가지유형 2 이중결합 (double bond) 각각의원자가전자를 2 개씩공유 결합이단단함 많은유기분자들이탄소사이이중결합을가지고있음. 3 삼중결합 (triple bond) 드물게볼수있음 매우불안정하며쉽게부숴짐
이차반응 (second-order reaction) 두분자가만나새로운분자를형성하는것 A + B AB (AB 분자는 A,B 로존재할때보다위치에너지가작다 ) 두분자 A,B 는전자구름반발을극복할만큼격렬히충돌 전자구름반발을극복하고화학반응을하기위해필요한에너지는활성화에너지 (activation energy) 라고한다. 반응물질들이반발력때문에접근이느려질때, 운동에너지가위치에너지로전환됨.
위치에너지가매우큼 이온결합이나공유결합으로전자들이더안정한결합궤도로재배열 활성화에너지가높다면, 반응은열이더해져야일어남.
1 촉매제 (catalyst) 촉매제가하나의반응물질과결합함으로써활성화 E 를낮춤 촉매제는반응하지않고, 낮은온도에서반응이일어나게함 살아있는유기체에서모든촉매제는효소로써알려진단백질임
3 반응평형 (Reaction Equilibria) 한분자를포함하지만, 두분자의충돌을포함하지않음. AB A + B ( 한화합물을두분자로쪼갬 ) 열과촉매제로가속화가가능함. 2 일차반응 (First-Order Reaction) 만약, A + B AB 반응이강한에너지방출성이라면 AB A + B 반응은강한에너지흡수성의
작용기 (Fuctional group) 화합물의속성은탄소원자에붙어있는작용기때문. 탄소화합물은매우크기때문에, 각각다양한유형의작용기가있음. 중합구조 (Polymeric construction) 고분자 = 단량체라고불리는동일한하위단위로구성된큰화합물 유기체가단위체를생산하는단순한신진대사를가능하게함. 유기체의집합은변할수있지만, 기초신진대사는변할수없음
탄수화물 (carbohydrates) 대부분탄수화물은탄소, 수소, 산소를포함한다. ( 몇몇탄수화물은질소나황을포함하기도함 ) 수소와산소의비율은거의 2:1 이다. 일반화된화학식은 (CH 2 O) n 이다.
단당류 (monosaccharides) 단당류는가장간단한탄수화물이다. 단당류는탄소원자가포함한수로분류된다. 4C (tetrose) 5C (pentose) 6C (hexose) 7C(heptose) Erythrose Arabinose Deoxyribose Ribose Ribulose Xylulose Fructose Galactose Glucose Mannose Sedoheptulose
이성질체 (isomer) 분자식은같지만, 원자의배열이서로다른화합물 ex) glucose and fructose
다당류 (polysaccharides) 2 개의이상의단당류가결합하여만들어진다. 10 개이하의단당류가결합된다당류를올리고당이라고한다.
가수분해 (hydrolysis) 탈수반응 (dehydration reaction) 은흡열반응이다. ( 발열반응이반드시같이일어난다 ) 물과반응하여이온이나분자로쪼개지는것을가수분해라고한다.
식물에의해형성되는다당류에중요한것 녹말 (starch) 셀룰로스 (cellulose) 올리고당과아미노당 (oligosaccharides and amino sugars)
아미노산과단백질 (Amino Acids and Proteins) 수많은아미노산이연결되어단백질이만들어진다. 20가지의서로다른아미노산들이결합하여생성된다. 1. -COOR : 카복실기 2. -NH 2 : 아미노기 3. -H 4. R : 다른아미노산그룹
펩타이드결합 (peptide bond) 아미노산의배열순서에따라서단백질의종류가달라진다
단백질구조에서조직단계 1. 1차구조 아미노산순서는단백질의 1차구조임 이순서는 R그룹의특정한순서를생산함 2. 2차구조 α나선구조, β나선구조 3. 3차구조 PH, 열의영향을받음 4. 4차구조
핵산 (Nucleic Acids) 핵산은뉴클레오타이드로구성된중합체이다 인산, 당, 염기로구성된다
DNA&RNA 비교
지질 (Lipids) 소수성이고, 물에용해되지않는지방과기름진물질로되어있다. 주로수소, 산소, 탄소로구성된다. 지질의기본구성은지방산이다.
지방산의중합체지질 큐틴 (cutin) : 짧은지방산 왁스 (wax) : 긴지방산 트리글리세리드 (triglycerides) : 3지방산 + 1 글리세롤 인지질 (phospholipids) : 글리세롤 + 2지방산 + 1 인산기
보조인자와매개체 ATP(adenosine triphosphate) ADP(adenosine diphosphate) + Pi ADP(adenosine diphosphate) AMP(adenosine monophosphate) + Pi
ATP -> ADP -> AMP 가되는과정은발열반응이다 ATP는저장되거나움직일수없다. ( 각각의세포는자신의 ATP를만들어야한다.) 대부분 ATP는미토콘드리아에서생성된다. ATP는태양에너지를사용하면서엽록체에서생성된다.
효소 (Enzymes) 화학반응에서반응속도를빠르게하는단백질 ( 단백질촉매 ) 기질특이성 (substrate specificity)
효소활동통제 세포가다양한방법으로효소활동을통제함 1. 경쟁적저해 (competitive inhibitor) : 기질과저해물이효소기질결합부위를서로빼앗음 2. 비경쟁적저해 (noncompetitive inhibitor) : 저해물이효소의기질결합부위와다른별도의장소에서결합해효소반응저해시킴 3. 최종산물저해 (end-product inhibitor) : 대사경로에서그경로상에있는효소가최종산물에의해저해받음
경쟁적저해와비경쟁적저해