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등

과

학

Ⅲ. 생명의 진화

01. 생명의 탄생

단원별 핵심 요약

1. 생명체를 구성하는 기본 요소

(1) 생명체를 이루는 기본 요소 : 단백질, 핵산, 탄수화물, 지질, 세포막 등이 있으며, 대부분 탄소 화합물에 속한다.

(2) 탄소 화합물 : 탄소(C)가 수소(H), 산소(O), 질소(N) 등과 공유 결합하여 이루어진 화합물로, 생명체는 여러 가지 탄소 화합물로 구성되어 있다.

① 탄소의 특성과 탄소 화합물의 생성

탄소는 원자가 전자가 4개여서 최대 4개의 원자와 공유 결합할 수 있다.	➡ 다양한 종류의 탄소 화합물을 만들 수 있다.
탄소는 탄소끼리 거의 무한대로 결합할 수 있다.	➡ 생명체를 이루는 고분자 유기물을 만드는 데 유리하다.

② 다양한 탄소 화합물의 구조

∙탄소 원자 간의 공유 결합으로 탄소 골격의 길이와 모양이 다양하다.

∙탄소 원자 간의 공유 결합은 단일 결합뿐만 아니라 2중 결합, 3중 결합이 가능하다.

2. 생명체를 구성하는 탄소 화합물

탄소 화합물

기능 및 구성

단백질

∙구성 단위 : 아미노산 ➡ 단백질은 20종의 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결된 중합체이다.

∙세포내의 물질대사를 촉매하는 효소의 주성분이다.

∙세포, 세포막, 항체, 호르몬의 주성분이다.

∙에너지원으로 이용된다.

□ 단백질의 구조

핵산

∙구성 단위 : 뉴클레오타이드

∙유전 물질로, 생명 활동을 조절한다.

∙종류 : DNA와 RNA

종류	DNA	RNA
당	디옥시리보스	리보스
염기	A, C, G, T	A, C, G, U
기능	유전 정보의 저장	DNA 유전 정보의 전달

□ 뉴클레오타이드의 구조(당 : 인산 : 염기 = 1 : 1: 1로 결합)

세포막

∙주요 구성 물질 : 인지질과 단백질

∙구조 : 인지질의 2중층에 단백질이 군데군데 파묻혀 있거나 관통하고 있다.

∙세포 안팎의 물질을 선택적으로 투과시켜 물질의 출입을 조절한다.

□ 인지질과 세포막의 구조

ATP

∙구조 : 아데노신(아데닌+리보스)에 3개의 인산 결합

∙생물체가 사용하는 에너지 저장 물질로, 생명 활동에 필요한 에너지를 공급한다.

□ ATP의 구조

Note

3. 화학 반응 : 어떤 물질이 처음과 화학적 성질이 전혀 다른 새로운 물질로 변화되는 과정

(1) 화학 반응식 : 화학식을 사용하여 화학 반응을 간단하게 나타낸 식

□ 물의 생성 반응식 : 2H2 + O2 → 2H2O, 메테인의 생성 반응식 : C + 2H2 → CH4

(2) 화학 반응식을 나타내는 방법

① 반응물과 생성물을 화학식으로 나타낸다. ② 화살표를 기준으로 반응물의 화학식을 왼쪽에, 생성물의 화학식을 오른쪽에 적는다. ③ 반응물과 생성물의 원자의 총 수가 같도록 화학식 앞에 계수를 맞춘다.	(N2) (H2) (NH3) N2 + H2 → NH3 N2 + 3H2 → 2NH3

4. 화학 반응과 생명체의 탄생 : 최초의 생명체의 탄생에 대해 정확히 알 수는 없지만 원소 간의 화학 결합에 의해 생명체의 주요 성분인 탄소 화합물이 만들어졌음을 알 수 있다.

5. 원시 지구와 화학적 진화

(1) 원시 지구의 환경

① 주로 환원성 기체가 많았고, 오존층이 형성되지 않았다.

원시 대기 성분 : 수증기(H2O), 메테인(CH4), 암모니아(NH3), 수소(H2), 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 등

② 에너지원이 풍부하여 화학 반응이 활발하게 일어났다.

원시 대기의 에너지원 : 태양으로부터 오는 막대한 자외선, 화산 활동, 번개 등

(2) 원시 지구에서의 화학적 진화 : 원시 지구에서 화학 반응에 의해 무기물로부터 간단한 유기물을 거쳐 복잡한 유기물이 생성되는 진화 과정

무기물	원시 대기 성분
⇩ 밀러가 실험적으로 증명
간단한 유기물	원시 지구의 풍부한 에너지원에 의해 화학 반응이 일어나 무기물로부터 간단한 유기물이 생성됨 □ 아미노산, 당, 염기
⇩ 폭스가 실험적으로 증명
복잡한 유기물	아미노산 등의 간단한 유기물이 원시 바다에 농축된 후, 오랜 시간 화학 반응을 통해 단백질이나 핵산과 같은 복잡한 유기물로 합성됨 □ 단백질, 핵산 등
⇩
유기물 복합체	원시 바다에 농축된 단백질, 핵산 등의 복잡한 유기물이 모여 유기물 복합체를 형성 □ 코아세르베이트, 마이크로스피어, 리포솜
⇩
원시 세포	유기물 복합체가 원시 단백질과 지질로 된 세포막을 갖추게 됨으로써 원시 세포로 탄생 ➡ 물질대사에 필요한 효소를 스스로 합성할 수 없고, 자기 복제가 가능한 유전 물질을 가지고 있지 않아 생명체가 아니다.
⇩
원시 생명체	원시 세포에 유전 물질로 핵산이 추가되어 자기 복제가 가능하고, 스스로 효소를 합성하여 물질대사를 할 수 있는 원시 생명체로 탄생

Note

(3) 밀러의 실험

① 실험의 전제 : 원시 대기는 환원성으로 되어 있고, 풍부한 에너지원이 공급되었다.

② 결과 : 1주일 후 U자관의 물에서 아미노산이 발견되었다.

③ 결론 : 원시 대기 성분에서 간단한 유기물이 합성될 수 있다.

[실험 장치와 원시 지구의 관계]

∙플라스크 속 혼합 기체 - 원시 대기

∙방전 - 번개 등과 같은 원시 지구의 고에너지

∙냉각 장치를 통과한 물 - 원시 지구의 비

∙U자관에 고인 물 - 원시 바다

6. 원시 생명체의 유전 물질

(1) 원시 생명체의 기원 : 유전 정보를 저장하는 DNA는 단백질로 된 효소가 있어야 자기 복제가 가능하고, 단백질로 된 효소는 DNA가 있어야 합성된다. ➡ DNA와 단백질은 단독으로 생명체의 기원이 될 수 없다.

(2) 원시 생명체의 유전 물질에 대한 가설

① RNA 가설 : 현재의 모든 생물은 유전 물질로 DNA를 가지지만, 초기 생명체의 최초 유전 물질은 RNA이었을 것이다.

∙RNA 중에는 스스로 자기 복제를 하고, 효소 역할을 하는 것이 있다. ➡ 리보자임

∙원시 지구의 초기 생명체는 유전 물질로 RNA를 가지는 것에서 DNA를 가지는 것으로 진화하였을 것이다.

RNA로부터 단백질 합성             DNA로부터 단백질 합성

② 단백질 가설 : 핵산 없이 단백질이 생성되고, 이중 효소의 기능을 하는 것이 생겨 이로부터 핵산이 만들어졌을 것이다.

Note