신나는 생물공부 (4): 원자와 분자

소개:

앞선 포스트에서 설명 드렸듯이, 생물학의 영역에서 생명의 화학적 기초를 이해하는 것은 무엇보다 중요합니다. 캠벨 생물학의 제2장 "원자와 분자"는 생물학적 체계를 뒷받침하는 화학의 기본 원리에 대한 기초 탐구입니다. 이 장에서는 원자의 기본 구조부터 물의 출현 특성, 탄소의 다재다능함에 이르기까지 지구상의 생명체의 복잡성을 이해하는 데 필요한 필수 개념을 탐구합니다.

 

우리가 흔히 뉴스나 미디어에서 접하는 단어 DNA 도 사실은 그저 큰 분자 덩어리에 불과합니다!

DNA 는 deoxyribo nucleic acid 의 줄임말인데, 이 분자를 더 작게 쪼개보면...단단위 mononucleotide 가 나오고, 그들은 자세히 보면 탄소, 산소, 인 등의 원자들로 이루어져 있습니다. 결국 우리가 NaCl 로 알고 있는 소금 같은, 화학물질이죠!

 

하지만 그들이 화학반응을 통해 RNA 가 되고, 이로부터 다시 단백질이 되고, 

단백질들이 모여서 세포가 되고...세포가 모여서 조직...장기...그리고 하나의 개체가 되기까지!

(이 부분은 뒤에 올라올 포스트들에서 더 자세히 다룹니다)

 

참고로 코로나 같은 바이러스 또한 그저 단백질 덩어리라고 보면 됩니다 ^^ 바이러스는 살아있는 생명체가 아니죠!

왜냐하면 생명체라는 것은 스스로 복제하고 증식을 해야하는데, 바이러스는 숙주가 있어야지만 증식을 할 수 있기 때문입니다.

(예를 들어, 바이러스는 사람 몸에 들어오기 전까지는 홀로는 아무것도 못하는 그냥 바보 단백질 덩어리입니다!)

 

그럼 캠벨 생명과학 2장을 더 자세히 살펴 볼까요?

 

원자구조와 화학결합의 해독: 

모든 물질의 중심에는 생명체의 기본 요소인 원자가 놓여 있습니다. 이 절에서는 양성자, 중성자, 전자로 이루어진 원자의 복잡한 구조를 밝히고, 원소들이 각각의 원자 배열에 의해 어떻게 정의되는지 설명합니다. 앞으로 화학적 결합으로 논의를 진행하면서 원자들이 서로 결합하여 분자를 형성하는 다양한 상호작용을 탐구합니다. 전자가 공유되는 공유결합에서 전자가 전달되는 이온결합에 이르기까지 각 결합은 생물계의 분자 지형을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.

화학결합의 복잡성을 이해하기 위해서는 원자의 구조를 이해하는 것이 기본입니다. 공유결합은 전자쌍의 공유를 특징으로 분자구조의 안정성을 높이고, 이온결합은 원자 간 전자의 이동으로 인해 전하를 띤 이온을 생성합니다. 또한 수소결합은 그에 비해 약하지만 생물학적 과정에서 중요한 역할을 하며, 분자 간의 상호작용을 매개하고 물과 같은 중요한 화합물의 특성을 형성합니다.

경이로운 물의 성질:

생명의 영약이라고 불리는 물은 생물학적 존재의 본질을 뒷받침하는 놀라운 성질을 가지고 있습니다. 이 부분은 물의 극성에서부터 응집력과 접착성까지 물의 독특한 특성을 탐구합니다. 또한 물의 높은 비열 용량과 용매로서의 다재다능함이 생물체 내에서 어떻게 무수히 많은 생화학적 반응을 촉진하고 중요한 분자의 수송을 가능하게 하는지도 밝힙니다.

생물학적 시스템에서 물의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 물의 극성은 수소 결합을 유발하여 물 분자 간의 응집력을 높이고 다른 물질과의 상호 작용을 촉진합니다. 또한 식물의 영양분 수송과 동물의 혈액 순환과 같은 과정에서 물의 응집력과 접착성이 중추적인 역할을 합니다. 또한 온도 변동을 완화할 수 있는 물의 능력은 생물 활동에 최적의 조건을 유지시켜 생명 유지에 필수적인 역할을 강조합니다.

유기 분자와 생물학적 거대 분자의 세계:

생명체 화학 구조의 주춧돌은 주로 탄소로 구성된 유기 분자입니다. 이 절에서는 유기 화학의 광대한 풍경을 살펴보고 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산의 다양한 기능을 설명합니다. 이 생물학적 거대 분자는 에너지 공급원에서 복잡한 세포 과정을 조정하는 데까지 생명체의 수많은 복잡성을 조정하는 데 필수적인 역할을 합니다.

지질은 세포막과 에너지 저장소의 구성 요소인 반면, 탄수화물은 세포 활동에 연료를 공급합니다. 단백질은 다양한 구조와 기능을 가지고 있어 생화학 반응을 촉진하고 구조적 지원을 제공하며 세포 내 의사소통을 촉진합니다. 마지막으로 핵산은 생물의 유전적 청사진을 가지고 있어 유전 정보 전달을 조정하고 복잡한 생명의 춤을 한 세대에서 다음 세대로 인도합니다.

결론:

결론적으로 캠벨 생명과학 2장은 생명체의 화학적 구조에 대한 포괄적인 지침서입니다. 원자 구조, 화학 결합, 물의 성질, 유기 분자, 생물학적 거대 분자의 복잡성을 밝힘으로써 생물학적 과정을 이끄는 분자 메커니즘을 이해할 수 있는 확실한 토대를 마련합니다. 이 탐구를 통해 우리가 알고 있는 생명체의 경이로움을 형성하는 원자와 분자의 복잡한 춤사위에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다.