생물학 - 생물과 세포

1. 생물의 특징

생물은 다양한 환경에 적응하여 여러 가지 형태로 존재하고 있다. 생물체의 구조적인 형태 및 생리적인 기능뿐만 아니라 환경에 반응하는 패턴도 다양하다. 지구상의 생물은 그들이 살고 있는 환경이나 진화된 정도에 따라 다양성을 보이지만 이런 다양한 생물들 사이에도 공통되는 성질이나 구조는 있다. 모든 생물이 갖는 공통된 특징은 다음과 같다.

① 구조 및 기능적 기본단위인 세포(cell)로 되어 있다.

② 단백질이나 핵산 등의 고분자 화합물로 되어 있다.

③ 자기 복제를 하여 자손을 만든다.

④ 발생해서 성장한다.

⑤ 환경으로부터 에너지를 얻어 활동한다.

⑥ 환경으로부터 자극을 받고 반응한다.

⑦ 일정한 상태를 유지할 수 있는 항상성을 지닌다.

⑧ 환경에 적응하고 진화한다.

세포가 기능에 따라 구조화 되는 것을 '분화된다'라고 한다. 세포는 두 가지로 나눌 수 있는데, 분화가 끝난 세포와 분화가 안 된 세포이다. 분화가 끝난 세포는 세포분열이 불가능한 것으로 신경세포가 해당된다. 신경세포는 미분화된 세포를 확보하지 않지만, 세포수명이 길다. 분화가 안 된 세포는 수명이 다 한 세포가 미분화된 세포를 만드는 과정을 분화가 안 된 세포라고 말한다. 미분화된 세포는 줄기세포라고도 말한다.

1개의 세포에서 복사해서 불연하는 과정을 거쳐 세포가 개수가 많아지고, 조직이 되고, 심장이나 위, 신장, 뇌, 뼈 등과 같은 장기 즉 기관을 이루게 된다. 조직은 세포가 모여서 집단을 이루는 것으로 즉, 동일한 기능의 세포 집단이다. 예를 들어 간세포가 모여 간조직이 된다. 그런데 이때 동일한 기능에 더불어 새로운 기능을 갖게 되는 데 이를 창발성이라고 한다.

세포는 모여 조직이 되고, 조직은 모여서 기관이 되고, 기관이 모여 기관계가 되고, 기관계가 모여 개체가 된다.

세포는 생명체를 구성하는 기본단위인데, 세포를 구성하는 기본단위는 물질이며, 물질을 구성하는 기본단위는 분자이다. 또 분자를 구성하는 기본단위는 원자로 원자는 양성자, 중성자, 전자로 이루어진다. 즉, 원자 - 분자 - 물질 - 세포 순이다.

 

2. 생명의 탄생

생명의 탄생과정은 무기물로부터 최초의 생물체인 원시세포가 만들어지기까지의 과정인 화학적 진화와 원시세포로부터 다양한 생물체가 분화되는 과정인 생물학적 진화로 구분할 수 있다.

1) 화학적 진화

무기물에서 간단한 유기물이 합성되고 이로부터 복잡한 유기물을 거쳐 세포막을 가진 원시세포가 탄생하기까지 과정을 화학적 진화라고 한다. 여기서 무기물이란 돌이나 흙을 구성하는 광물에서 얻을 수 있는 물질을 의미하며 유기물이란 생물을 구성하는 화합물 또는 생물에 의해 만들어지는 화합물을 의미한다. 간단하게 설명하면 분자를 구성하는 원자 중 탄소(C)가 있느냐 없느냐에 따라 무기물과 유기물로 구분된다. 탄소(C)가 없으면 무기물이며, 탄소(C)가 있으면 유기물이라고 부른다. 유기물의 종류는 3대 영양소로 탄수화물, 단백질, 지질로 구성되며 비타민이나 핵산도 포함된다. 무기물은 무기질(미네랄)을 포함하는데 칼슘, 인, 마그네슘, 칼륨, 철, 구리, 황 등이 있다. 그런데 이때 일산화탄소와 이산화탄소는 예외로 무기물이다.

무기물에서 유기물로 변화되기 위해서는 빛이나 열과 같은 에너지가 필요하다. 이때 무기물이 유기물로 변하는 것을 화학적 변화라고 말하며, 구성선분의 변화라고도 한다.

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2) 생물학적 진화

원시세포로부터 유전물질을 가진 원시 생명체가 탄생하여 현재의 다양한 생명체에 이르기까지의 생물계의 변화를 생물학적 진화라 한다. 원시세포는 하나의 세포로 되어 있는 단세포 생물로 무산소 상태에 적응한 혐기성 생물들이었다.

원시세포 형태에서 세균이나 고세균과 같이 단세포이면서 핵막이 없는 원핵생물로 진화되었고, 그 후 원생생물, 균류, 식물, 동물과 같은 핵막이 있는 진핵생물로 진화되었다. 진핵생물에는 단세포 또는 다세포성 생물들이 모두 포함된다.

 

3. 생물의 3가지 영역

지구상에는 수많은 다양한 생물들이 자신이 가지고 있는 생존능력과 환경에 적응하며 공존하고 있다. 생물학의 연구발전으로 다양한 생물들의 존재가 새롭게 확인되고 있다. 분류학에서 고전적으로 5계 분류체계를 따르던 방식에서 최근 들어서는 6계 또는 그 이상의 분류계를 따라야 한다는 가설들이 제안되고 있다. 생물이 형성하는 영역은 기존의 가설들과 현상들이 입증되면서 현재는 3가지 영역인 박테리아(bacteria) 영역, 고세균(Archaea) 영역 그리고 진핵생물(Eukarya) 영역으로 분류되고 있다.

가장 다양성이 높은 모든 원핵생물들이 박테리아 영역에 포함된다. 원핵생물들은 진핵생물과 비교하여 작은 크기로, 현재 진핵생물보다 10배 이상 존재하는 것으로 예상된다. 일부는 질병을 유발하며, 일부는 동물과 공생을 유지하며 생존한다.

고세균 영역의 생물들도 모두 원핵생물이지만 일반적인 박테리아와는 다르게 극한환경에 생존하는 특징을 갖는데, 이들도 특수한 단백질 성분의 구성으로 극한환경에 적응할 수 있게 되었다.

원핵생물을 제외한 나머지 생물들은 진핵생물로 분류된다. 원생생물계, 곰팡이계, 식물계 그리고 동물계로 분류되며, 원생생물계의 체계는 더욱 다양화되고 있다.

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요점정리

세포

생명체를 구성하는 기본단위이다.

구조적, 기능적 기본단위로 모양, 기능, 수가 다 다르다.

 

세포의 구성성분

원자 - 분자 - 물질 - 세포

 

인체의 구성단계

세포 - 조직 - 기관 - 기관계 - 개체

 

유기물과 무기물의 차이점

탄소(C)의 존재여부