3. 생명현상의 화학적이해 1. 생명체주요원소 2. 생명체주요분자 3. 4. ATP 5. 물 1
1. 생명체주요원소 세포를구성하고있는원소비율원소무게 (%) 1. 산소 (O) 62.00 2. 탄소 (C) 20.00 주성분원소 3. 질소 (N) 10.00 ( 약 95%) 세포를구성하고정상적인기능을위해필요한원소는약 25 종 4. 수소 (H) 3.00 5. 칼슘 (Ca) 2.50 6. 인 (P) 1.14 7. 염소 (Cl) 0.16 8. 칼륨 (K) 0.14 9. 황 (S) 0.11 10. 나트륨 (Na) 0.10 부성분원소 ( 약 4,25%) 필수원소 ( 약 99.25%) 탄소, 산소, 질소, 수소들은세포의구조물질, 탄수화물, 지질분자를이루는주성분원소 11. 마그네슘 (Mg) 0.07 12. 요오드 (I) 0.014 13. 철 (Fe) 0.010 14. 붕소 (B), 크롬 (Cr) 코발트 (Co), 구리 (Cu) 불소 (F), 몰리브덴 (Mo), 0.756 망간 (Mn), 셀레늄 (Se) 규소 (Si), 주석 (Sn) 미량원소 ( 약 0.75%) 미량원소 ( 약 0.75%) 부성분원소와미량원소들은구성비율은낮으나, 세포가정상적인기능을발휘하여생명을유지하기위해반드시필요한원소 바나듐 (V), 아연 (Zn) 100 100 100 2
2. 생명체주요분자 생명체의주요분자를구성하는 6 대원소 C H O N P S 생명체의주요고분자화합물 물 탄수 분자 구성원소 화물 탄수화물 C.H.O 물 핵산 지질핵산 C.H.O.P.N.S C.H.O C.H.O.P ATP 지질 물 ATP H.O C.H.O.P.N 3
3. 아미노산 (amino acid) 폴리펩타이드 (polypeptide) (protein) 단량체 아미노산의기본구조 글리신 (R=H) R 보건인을위한생물학, 2014, 고문사, p24 4
글루타민산 (R=CH2-CH2-COOH) 알라닌 (R=CH3) 아미노산측쇄 (R) 의화학적성질은의입체구조를형성하는요소중하나이다. ( 자발적자기조직화 ) 극성아미노산 : 친수성, 구조의외측에위치 비극성아미노산 : 소수성, 구조의내측에위치 보건인을위한생물학, 2014, 고문사, p24 5
보건인을위한생물학, 2014, 고문사, p25 6
아미노산 (amino acid) 폴리펩타이드 (polypeptide) (protein) 펩타이드결합 아미노산간에카르복실기 (-COOH) 와아미노기 (-NH2) 기사이의탈수합성 폴리펩타이드사슬형성 보건인을위한생물학, 2014, 고문사, p24 7
아미노산 (amino acid) 폴리펩타이드 (polypeptide) (protein) 20여종의아미노산이펩티드결합으로긴폴리펩티드 (polypeptide) 사슬로연결되고내부결합으로기능적인입체적구조를갖는유기물 기능 : 구조, 효소, 운반, 신호, 저장, 방어, 수축 은분자량이수만이되는고분자화합물로분자가크기때문에입체구조는복잡한형태가되며, 입체구조는온도나 ph의영향을받아구조가변화됨 8
아미노산폴리펩타이드 1 차구조 2 차구조 3 차구조 4 차구조 을구성하고있는아미노산의종류와배열순서 ( 폴리펩티드사슬의아미노산조성과서열 ) Polypeptide chain from hemoglobin His- Val - Leu- Leu - Thr - Pro - Glu - Glu - Lys Polypeptide chain from hemoglobin - s His- Val - Leu- Leu - Thr - Pro - Val - Glu - Lys 9
아미노산 (amino acid) 폴리펩타이드 (polypeptide) (protein) 1 차구조 2 차구조 3 차구조 4 차구조 폴리펩티드사슬에존재하는수소결합방식을나타내는구조 (α 구조, β 구조 ) Jim Clark 2004 10
α 구조 : 한폴리펩티드사슬내의수소결합으로나타나는나선구조 (ex) 머리카락캐로틴 Jim Clark 2004 α helix β pleated sheet Jim Clark 2004 β 구조 : 두폴리펩티드사슬간의수소결합으로나타나는병풍구조 (ex) 실크 11
아미노산 (amino acid) 폴리펩타이드 (polypeptide) (protein) 1 차구조 2 차구조 3 차구조 4 차구조 불규칙적으로감기거나꼬여서이루어지는구형의입체구조 결합력 이온결합 (ionic bond) 수소결합 (hydrogen bond) 반데르발스인력 (van der Waals) 이황화결합 (disulfide bond) 소수력 (hydrophobic interaction) 12
아미노산 (amino acid) 폴리펩타이드 (polypeptide) (protein) 1 차구조 2 차구조 3 차구조 4 차구조 입체구조를갖는여러개의폴리펩타이드분자가모여서결합된구조 myoglobin(3 차구조 ) hemoglobin (4 차구조 ) 13
유전자암호 돌연변이 아미노산 종류변화 구조의변화 기능의변화 Sickle Cell Anemia 정상적혈구 혈관내이동이원활함 겸상적혈구 혈관을막아흐림이원활하지못함 14
4. ATP ATP(Adenosine Triphosphate) 고에너지인산화합물 (ATP 외에 GTP, 크레아틴인산등 ) 생체내에서화학반응을일으키기위한에너지원 인산의가수분해로에너지발생 ATP+H2O ADP+ 인산 (Pi)+7.3kcal 표준에너지변화 7.3kcal/mol 생체내에선마그네슘이온농도등의영향을받아 11~13kcal/mol의자유에너지방출 Adenosine Ribose some energy P P P little bit energy a lot of energy AMP ADP 15 ATP
4. (Cont.) 화학반응과에너지 X > Y X는 Y보다큰자유에너지를갖는다. 1. 발에르곤반응 (Exergonic reaction) X Y 2. 흡에르곤반응 3. 공역반응 (Endergonic reaction) (Coupled reactions) X Y ATP ADP E E E X Y X Y 에르곤 (ergon): 일 발에르곤반응 : 자발적반응, X 가 Y 이로변할때열과에너지를방출하는화학반응 흡에르곤반응 : 비자발적반응, Y 가 X 로변할때에너지를필요로하는대부분의화학반응 공역반응 : 에너지가주어지지않으면반응이자발적으로일어나지는않으나, 에너지를발생시키는 ATP 의분해가동시에일어나면, 그에너지를받아반응을진행시킬수있는화학반응 16
4. (Cont.) 공역반응 생명활동에너지 아미노산 합성 ( 동화작용 ) ATP 생명활동에너지 ATP 포도당 호흡 ( 이화작용 ) CO2, H2O 17
5. 물 H2O 분자 극성공유결합분자 전기음성도가서로다른산소와수소원자의공유결합으로형성 전기음성도가큰산소는수소보다전자를훨씬강하게끌어당겨공유전자가산소가까이에서불 균등하게더많은시간을보내는 극성분자 Copyright 2014 StudyBlue Inc 18
5. (Cont.) 물 수소결합으로 H2O 분자들이결합됨 수소결합력은생명체의화학반응에중요한약한결합력을갖음 물은쉽게깨져이온화됨 (H + OH - ) H + OH - 이온은반응성이크며, 이두이온의균형은생명체에서일어나는화학반응에매우중요 H + OH - 농도 (PH값) 는생명현상에민감한효소반응등에영향을미침 물분자극성성질은용매로작용하게하고다양한용질을녹여용액을형성함 액체상태의물은수소결합으로응집력을가짐 ( 물의수송, 흡착 ) 액체상태의물은수소결합으로온도변화에저항하는능력이뛰어남 Hydrogen bond Courtesy Wikipedia 19