제5장. 세포는 어떻게 일을 할까 - 세포의 물질대사에 관하여. 에너지의 흐름 세포의 에너지 이용 효소의 작동법 세포막과 대사

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1 제5장. 세포는 어떻게 일을 할까 - 세포의 물질대사에 관하여. 에너지의 흐름 세포의 에너지 이용 효소의 작동법 세포막과 대사
술과 카탈라아제. 세포는 우리가 제공한 독성 물질을 비독성물질로 바꾸어준다.

2 자유에너지 증가반응(Endergonic Rx) ~ 에너지 투입으로 고에너지 화합물 생성- 광합성.
1. 에너지의 유입과 방출 에너지의 흐름: 에너지의 총합은 유지되고 에너지 변환시에는 생기는 에너지 소실은 사용 불가능한 열에너지로 바뀐다. 이러한 열은 계의 무질서도를 높인다.(따라서 에너지는 단일 방향으로 흐른다.) 자유에너지 증가반응(Endergonic Rx) ~ 에너지 투입으로 고에너지 화합물 생성- 광합성. 자유에너지 감소반응(Exergonic Rx) ~ 에너지 방출 반응 – 유산소 호흡. ATP(adenosine tri-phosphate) ~ 세포의 에너지 화폐. ADP의 인산화로 형성된다. ※자유에너지; 어떤 시스템의 내부 에너지 중에서 실제로 일로 변환가능한‘자유로운’에너지를 뜻한다

3 에너지의 흐름 그림 5.2 생태계로의 에너지 유입에 의해 소실 에너지가 보충된다

4 자유 에너지 증가반응과 감소반응 자유에너지 증가반응(흡열반응) 자유에너지 감소반응(발열반응)

5 세포의 에너지 화폐: ATP ATP는 에너지 방출반응과 흡수반응을 짝지운다.

6 산화-환원 반응: 세포가 에너지를 방출하는 방식(연속적인 전자 전달 반응).
2. 물질의 유입과 유출 대사반응의 성격: 화학평형 상태의 가역적 반응(정반응, 역반응이 모두 가능함.), 효소에 의한 촉매반응, 효소는 보조인자(금속이온이나 NAD+)를 필요로 함. 산화-환원 반응: 세포가 에너지를 방출하는 방식(연속적인 전자 전달 반응). 여러 종류의 대사 경로: 세포는 여러 효소에 의해 매개되는 일련의 반응들을 연결시킨다.

7 화학평형 반응물과 생성물의 농도에 따라 정반응과 역반응이 발생한다. 화학평형상태란 정반응과 역반응의 속도가 같은 지점이다.

8 에너지 방출의 조절 조절되지 않은 에너지 방출과 조절된 에너지 방출반응. 세포의 에너지 방출반응은 조절된다.

9 생태계의 에너지 대사 경로 태양에너지로부터 에너지가 투입되면 광합성이 일어나고 유산소 호흡에 의해 대량의 사용 가능한 에너지가 얻어진다. 두 과정 모두에서 ATP가 합성된다.

10 3. 효소(Enzyme)의 작용 스스로는 변화하지 않으면서 동일한 반응을 지속적으로 촉진시킨다. 반응의 활성화 에너지를 낮춘다. 대부분 단백질이다(일부 RNA). 활성자리(active site)에서 기질과의 상호작용으로 반응이 일어나기 좋은 미세환경을 제공한다(전이상태의 기질 생성). 효소 작용의 메커니즘: 기질 수집(농도 증가), 기질 방향 설정(무작위 충돌이 줄어듦), 물의 차단(소수성 환경 제공), 효소 형태의 변화(유도적합 모델)로 전이 상태 기질 생성.

11 활성화 에너지 효소는 활성화 에너지를 낮추어 줌으로써 반응 속도를 증가시킨다.

12 효소 작용의 효과 반응이 시작되기 위해서 필요한 에너지 차이(효소가 있을 때와 없을 때).

13 카탈라아제(catalase)의 작용 헴 그룹에서 발생하는 기질과의 상호작용.

14 보조인자의 도움: 조효소(Coenzyme), 금속 이온. 효소 조절: 되먹임 억제(feedback inhibition)
4. 효소 반응을 위한 환경 보조인자의 도움: 조효소(Coenzyme), 금속 이온. 효소 조절: 되먹임 억제(feedback inhibition) 온도, pH, 염도의 효과: 온도가 올라갈수록 충돌 가능성이 증가하여 반응속도는 빨라진다. 적정 pH나 적정 염도를 초과하는 상태에서는 효소의 구조가 변화된다(변성).

15 효소 활성도 조절 입체성 다른자리(다른자리 입체성)효소는 조절 물질의 존재에 따라 활성이 변화된다.

16 대사경로의 되먹임 억제 최종산물의 과잉은 이 산물의 생산 대사 경로를 억제할 수 있도록 한다.

17 효소와 환경-온도 멜라닌 생합성 경로의 티로시나아제는 온도에 민감하여 체온이 높은 부분에서는 불활성화되고 온도가 낮은 부분에서만 활성화된다.

18 효소와 환경-pH 산도와 효소의 활성. 덩굴월귤은 산성 습지에서 잘 자란다. 유독한 산성환경에서도 잘 자라는 고세균 군락.

19 5. 확산, 막, 그리고 물질대사 농도기울기(concentration gradient): 인접한 두 부분 사이의 단위면적당 이온이나 분자 수의 차이. 물질은 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직인다. 확산(diffusion):분자나 이온이 농도기울기를 따라 순행하는 것. 확산 속도를 결정하는 것: 농도, 크기, 온도, 전기, 압력 기울기. 막통과 메커니즘: 확산, 촉진확산, 능동수송

20 세포막의 선택적 투과성 비극성의 작은 분자나 일부 물 분자를 제외하고는 세포막의 지질 이중층을 통과할 수 없다. 이들의 통과에는 특별한 단백질 통로가 필요하다.

21 확산(Diffusion) 각 물질은 농도 기울기에 따라 순 이동을 일으킨다.

22 막 통과의 방법 단순확산 촉진확산 능동수송 세포외 배출 작용/세포내 흡수작용

23 수동수송(passive transport) ~ 농도기울기, 전기기울기 등에 의해 막 수송체 통로를 통해 물질이 이동하는 것.
6. 막 수송체의 작용 수동수송(passive transport) ~ 농도기울기, 전기기울기 등에 의해 막 수송체 통로를 통해 물질이 이동하는 것. 능동수송(active transport) ~ 에너지에 의해 구동되는 단백질 모터가 물질의 농도 기울기에 역행하여 특정 용질의 이동을 돕는 것. Ex)Na-K 펌프

24 수동수송 순 이동은 양쪽의 용질 농도가 같아질 때 까지 고농도에서 저농도 방향으로 발생한다.

25 능동수송 칼슘펌프 나트륨-칼륨펌프 근육수축이나 신경세포 등 여러 과정에 필수적인 막기울기를 유지하는 데 관여.
ATP는 인산기를 펌프에 전달함으로써 에너지를 제공한다.

26 용액이 막이나 벽에 가하는 유압은 물의 삼투이동에 영향을 미친다.
7. 수분의 이동과 효과 삼투(Osmosis) ~ 용질의 농도가 다른 두 용액이 선택적 투과막으로 격리되었을 때 일어나는 물의 순이동이다. 용질의 농도가 높을수록 물의 양은 적다. 물은 용질의 농도가 높은 쪽으로 이동한다. 용액이 막이나 벽에 가하는 유압은 물의 삼투이동에 영향을 미친다.

27 용질의 농도기울기와 삼투 물은 막을 통과할 수 있으나 용질은 막을 통과하지 못한다. 물은 왼쪽보다 오른쪽에서 훨씬 많은 양이 존재하므로 오른쪽으로 이동한다.

28 삼투현상과 세포 저장액(hypotonic), 등장액(isotonic), 고장액(hypertonic)에서의 물 이동
물의 과도한 유입은 세포벽이 없는 동물세포를 터뜨릴 수도 있다(lysis) 물의 과도한 소실은 식물세포의 세포벽과 세포막이 분리되는 원형질분리(plasmolysis)를 일으킨다.

29 삼투작용의 결과 시간이 지남에 따라 고농도의 용질 쪽으로 물이 이동하여 부피가 증가하게 된다.
정수압(hydrostatic pressure)~ 용액을 둘러싸고 있는 세포막, 세포벽, 혹은 기타 구조물에 가해지는 용액의 부피에 의한 힘.(식물에서는 팽압).

30 짚신벌레의 수축포 (contractile vacuole)
저장성 환경에 사는 짚신벌레는 물의 유입에 저항하는 세포소기관을 가진다.

31 8. 세포 표면의 막 수송 세포외 배출(Exocytosis) ~ 세포 내 소낭이 세포막과 융합하여 낭 속의 물질이 세포밖으로 나가는 현상 세포내 섭취(Endocytosis) ~ 원형질막의 일부가 세포 밖의 물질을 둘러싸는 소낭을 형성하여 세포소기관으로 전달한다. Ex)식세포작용, 음세포작용, 수용체 매개 세포내 섭취작용. 막의 순환 : 세포막은 끊임없이 대체되고 제거되어 원형질막 표면적을 일정하게 유지한다.

32 콜레스테롤의 섭취 콜레스테롤 분자가 세포막의 수용체에 결합하면 세포막 함입이 발생하여 세포 내로 콜레스테롤 분자가 들어간다.

33 막지질과 단백질의 순환 수용체 단백질과 막지질은 계속적으로 순환된다.

34 대식세포 기생충을 삼키는 대식세포.