I. 생명과학의 역사

아리스토텔레스(기원전 4세기, 자연 발생설) [eqn: rarrow] 하비(1628년, 혈액 순환의 원리) [eqn: rarrow] 로버트 훅(1665년, 세포 명명) [eqn: rarrow] 레이우엔훅(1673년, 미생물 발견) [eqn: rarrow] 린네(1753년, 분류 체계 고안, 이명법 제시) [eqn: rarrow] 피르호(1855년, 세포설 확립) [eqn: rarrow] 다윈(1859년, 자연 선택설 주장) [eqn: rarrow]

멘델(1865년, 유전의 기본 원리 발견) [eqn: rarrow] 파스퇴르(19세기 후반, 저온 살균법 개발, 생물 속생설 증명, 백신 개발) [eqn: rarrow] 모건(1969년, 유전자설 발표) [eqn: rarrow] 플레밍(1928년, 페니실린 발견) [eqn: rarrow] 에이버리(1944년 유전 물질이 DNA임을 규명) [eqn: rarrow] 왓슨 & 크릭(1953년, DNA 구조 규명) [eqn: rarrow] 니런버그 & 마테이(1960년대, 유전부호 해독) [eqn: rarrow] 코헨 & 보이어(1973년, 유전자 재조합 기술 개발) [eqn: rarrow] 멀리스(1983년, DNA 증폭 기술 개발)

II. 세포의 특성

단당류: 포도당, 과당, 갈락토스, 리보스, 디옥시리보스

이당류: 엿당(포도당+포도당), 젖당(포도당+갈락토스), 설탕(포도당+과당)

지질 종류: 중성지방(글리세롤 1분자+ 지방산 3분자), 스테로이드(성호르몬과 세포막의 구성 성분)

DNA 구성 당: 디옥시리보스, RNA 구성 당: 리보스

세포 분획법 중 소기관 분리 순서: 핵 [eqn: rarrow](엽록체)[eqn: rarrow] 미토콘드리아 [eqn: rarrow] 소포체 [eqn: rarrow] 리보솜

원핵세포: 핵막, 막성세포 소기관 X, 리보솜, 세포벽 O, 원형 DNA

진핵세포: 핵막, 막성세포 소기관, 리보솜, 세포벽 일부 O, 선형 DNA

진핵세포 중 공통으로 존재하는 세포 소기관: 핵, 세포막, 소포체, 골지체, 미토콘드리아, 리보솜 등

핵: 유전 정보 존재, 2중막, 단백질/RNA/DNA 존재

세포막: 주로 단백질/인지질로 구성

리보솜: 막 X, rRNA/단백질로 구성, 단백질 합성 역할

소포체: 단일 막 구조, 물질 이동 통로 역할

골지체: 단일 막 구조, 물질 분비 및 저장에 관여

리소좀: 단일 막 구조, 가수 분해 효소 존재

미토콘드리아: 2중막 구조, 세포 호흡/영양소 분해 역할, 크리스타 형성, 기질에 자체 DNA, 리보솜 존재

엽록체: 광합성을 하는 세포에 존재, 2중막 구조, 스트로마에 DNA, RNA, 리보솜 존재

단순확산: 농도가 같아질 때까지 고농도에서 저농도로 물질 이동

촉진확산: 농도가 같아질 때까지 고농도에서 저농도로 물질 이동, 막단백질 관여

삼투: 농도가 다른 두 용액이 반투과성 막을 사이에 두고 저농도에서 고농도로 용매가 이동하는 현상

(등장액: 세포질 용액과 같은 삼투압을 가짐, 고장액: 세포질 용액보다 높은 삼투압을 가짐, 저장액: 세포질 용액보다 낮은 삼투압을 가짐)

흡수력 = 삼투압 – 팽압, 흡수력 0일 때 삼투압 = 팽압(최대 팽윤), 팽압 0일 때, 원형질 분리

능동 수송: 막단백질을 이용, ATP 사용, 저농도에서 고농도로 물질 이동

효소: 존재 시 활성화 에너지 감소(농도와는 상관 X)

저해제: 경쟁적 저해제(최종반응속도 동일), 비경쟁적 저해제(최종반응속도 차이 O)

III. 세포 호흡과 광합성

해당 과정: 세포질에서 발생, [eqn: C _{6} H _{12} O _{6}]가 ATP 2개 이용하여 과당 2인산 생성, 그 후 탈수소 효소의 조효소를 통해 ATP 4개/NADH 2개 생성/ 피루브산 2개 생성, 기질 수준의 인산화 발생

피루브산의 산화: 피루브산 1분자가 산화되면서 [eqn: CO _{2}]와 NADH, 아세틸 CoA 1분자 생성, 미토콘드리아 기질에서 발생

TCA 회로: 미토콘드리아 기질에서 발생

1. 옥살아세트산(C4)이 아세틸기와 결합하여 시트르산(C6) 생성

2. 시트르산(C6)이 NADN, CO2 1분자 생성하며 5탄소 화합물(C5) 생성

3. 5탄소 화합물(C5)이 NADN, CO2, ATP 1분자 생성하며 4탄소 화합물(C4) 생성

4. 4탄소 화합물(C4-1)이 FADH2 생성하며 4탄소 화합물(C4-2) 생성

5. 4탄소 화합물(C4-2)이 NADH 1분자 생성하며 옥살아세트산(C4) 생성, 다시 반복

산화적 인산화: 미토콘드리아 내막에서 발생, 최종 전자 수용체: 산소, 막 사이 공간(H+ 농도 높음), 미토콘드리아 기질(H+ 농도 낮음)

독성 물질: 전자 전달 저해제(전자 전달, O2 소모, ATP 형성 X), 짝풀림제(전자전달, O2 생성 증가)

젖산 발효: 피루브산 1분자가 NADH를 산화시키며 젖산(C3) 1분자 생성

알코올 발효: 피루브산 1분자가 탈탄산 반응을 통해 CO2 생성 후 아세트알데하이드(C2)로 변환, 그 후NADH를 산화시키며 알코올(C2) 1분자 생성

광합성 색소: a,b,c,d 등 여러 엽록소 존재(엽록소a의 경우, 광합성 중심 색소), 카로티노이드계 색소(카로틴, 잔토필)

잎의 색소 분리 실험: 색소 원점 기준 엽록소b, 엽록소a, 잔토필, 카로틴 순서로 분리

흡수 스펙트럼에서 가장 바깥 부분이 엽록소a, 그다음이 엽록소b

벤슨의 실험: 명반응(지속적 빛) 이후 암반응(CO2) 발생

물의 광분해: 광계 II에서 발생, 발생된 O2는 세포 호흡에 이용 / 광계 I(P700), 광계 II(P680)

비순환적 광인산화: 광계 I, II 둘다 이용, ATP 이용, 최종전자 수용제: NADP+

순환적 광인산화: ATP 이용X, 광계 I만 이용 / 스트로마(H+ 농도 낮음), 틸라코이드(H+ 농도 높음)

캘빈 회로: 1. RuBP(C5, P2) 3분자가 CO2와 결합하며 3PG(C3, P1) 6분자 생성

2. 3PG(C3, P1) 6분자가 6분자의 NADPH, ATP, Pi를 소모하여 PGAL(C3, P1) 6                분자 생성

3. 1분자의 PGAL을 포도당 생성에 이용 (총 2분자 필요)

4. 5분자의 PGAL에서 2개의 Pi 제거 후 ATP 3분자를 소모하여 RuBP 3분자 생성

IV. 유전자의 발현과 조절

진핵세포에는 유전자에 단백질을 암호화하지 않는 부위인 인트론, 암호화하는 부위인 엑손 존재

폐렴쌍구균: S형균(병원성O, 피막 존재), R형균(병원성X), 열저항성 낮음

에이버리의 실험: DNA 분해효소 투여 시 S형균 형질전환 억제

DNA, RNA의 기본 단위: 뉴클레오타이드

샤가프의 법칙: 각 생물의 DNA에서 A,T의 양이 같고, G,C의 양이 같다.

퓨린 계열의 염기(A,G/고리 구조 2개)의 수는 피리미딘 계열의 염기(T,C/고리 구조 1개)의 수와 같다.

5` 말단의 경우 복잡한 인산기 존재, 3` 말단은 수산기 존재

A,T 사이에는 수소 결합 2개 형성, G,C 사이에는 수소 결합 3개 생성

DNA 복제를 위해 RNA 프라이머 필요, 5`[eqn: rarrow]3` 뱡향으로 DNA 합성 (주형 가닥의 경우: 3`[eqn: rarrow]5`)

RNA 프라이머이기에 U 존재 / 주형 가닥 기준 5` 부분 지연 가닥 생성, 3` 부분 선도 가닥 생성

지연가닥의 경우, 프라이머 위치 확인

전사: DNA의 유전정보가 RNA의 구성 염기인 A,U,G,C로 전달되는 과정

번역: 전사된 RNA의 유전 정보에 따라 단백질 합성되는 과정

유전 정보의 전사: mRNA는 항상 5`[eqn: rarrow]3` 방향 (주형가닥의 경우 3`[eqn: rarrow]5`), RNA이기에 U 존재

tRNA: 아미노산 운반 / mRNA: 유전정보 전달 / rRNA: 리보솜 구성

	U	C	A	G
U	UUU: 페닐알라닌 UUC	UCU UCC: 세린 UCA UCG	UAU: 타이로신 UAC	UGU: 시스테인 UGC	U C A G
	UUA: 류신 UUG		UAA: 종결 코돈	UGA: 종결 코돈
			UAG: 종결 코돈	UGG: 트립토판
C	CUU CUC: 류신 CUA CUG	CCU CCC: 프롤린 CCA CCG	CAU: 히스티딘 CAC	CGU CGC: 아르지닌 CGA CGG	U C A G
			CAA: 글루타민 CAG
A	AUU AUC: 아이소류신 AUA	ACU ACC: 트레오닌 ACA ACG	AAU: 아스파라진 AAC	AGU: 세린 AGC	U C A G
			AAA: 라이신 AAG	AGA: 아르지닌 AGG
	AUG: 메싸이오닌
G	GUU GUC: 발린 GUA GUG	GCU GCC: 알라닌 GCA GCG	GAU: 아스파트산 GAC	GGU GGC: 글리신 GGA GGHG	U C A G
			GAA: 글루탐산 GAG

리보솜: E,P,A 자리 존재, 개시 tRNA는 P자리 위치, 그 후 A자리에 새로운 아미노산 위치, 메싸이오닌이

A자리 아미노산에 결합, 그 후 리보솜이 5`[eqn: rarrow]3` 방향으로 이동

오페론: (조절 유전자) / 프로모터 / 작동 부위 / 구조 유전자 구성, 포도당 존재 시 우선적으로 사용

젖당 존재 시 젖당 유도체가 억제 단백질과 결합

V. 생물의 진화와 다양성

원시 세포의 탄생 가설: 화학적 진화설 [원시 대기(무기물)[eqn: rarrow]간단한 유기물[eqn: rarrow]복잡한 유기물[eqn: rarrow]유기물 복합체[eqn: rarrow]원시 세포] (이때 유기물 복합체: 코아세르베이트(오파린), 마이크로스피어(켄드릭), 리포솜)

최초의 유전 물질: RNA

원핵 생물의 출현: 종속 영양 생물(무산소 호흡)[eqn: rarrow]독립 영양 생물(광합성)[eqn: rarrow]종속 영양 생물(산소 호흡)

생물 분류: 종<속<과<목<강<문<계<역

학명: 2명법: ’속명’+’종소명’+’명명자‘

계통 분류: 가장 아래 분기점 = 공통 조상, 최근 공통 조상 공유 시 유연 관계 가까움

생물 분류: 2계[eqn: rarrow]3계[eqn: rarrow]4계[eqn: rarrow]5계[eqn: rarrow]3역 6계(세균역(진정세균계), 고세균역(고세균계), 진핵생물역(동물계, 균계, 식물계, 원생생물계)), (동물+균계>식물>원생생물 순으로 유연관계 가까움)

고세균계: ex) 메테인 생성균 / 원생생물계: 대부분 단세포 진핵생물 ex) 아메바, 짚신벌레

진정세균계: ex) 대장균, 남세균 / 식물계: 세포벽이 셀룰로스 성분 / 동물계: 다세포 진핵생물

균계: 대부분 다세포 진핵생물 (효모의 경우, 단세포), 세포벽이 키틴 성분

식물 분류:

1. 선태식물: 비관다발 식물, 포자 번식, 이끼류가 포함

2. 석송류, 양치 식물: 비종자 관다발 식물, 기관이 뚜렷, 관다발에 헛물관과 체관 존재, 포자                       번식, 석송/고사리/쇠뜨기 등이 포함

3. 겉씨식물: 씨방X 종자식물, 종자로 번식, 관다발은 체관과 헛물관으로 구성, 소나무/은행나              무 등이 포함

4. 속씨식물: 씨방O 종자식물, 종자로 번식, 관다발은 체관과 물관으로 구성, 외떡잎과 쌍떡잎              으로 구분

동물 분류:

1. 해면동물: 포배 단계의 무배엽성 동물, 해면 종류가 포함

2. 자포동물: 낭배단계의 2배엽성 동물, 방사 대칭, 말미잘/산호/히드라/해파리 등이 포함

3. 편형동물: 좌우 대칭, 납작함, 3배엽성 선구동물, 플라나리아/촌충 등이 포함

4. 연체동물: 좌우 대칭, 3배엽성 선구동물, 달팽이/소라/대합/오징어/문어 등이 포함

5. 환형동물: 좌우 대칭, 많은 체절, 3배엽성 선구동물, 지렁이/거머리 등이 포함

6. 선형동물: 좌우 대칭, 체절X, 3배엽성 선구동물, 주기적 탈피, 회충/요충 등이 포함

7. 절지동물: 좌우 대칭, 전체 종의 대부분을 차지, 3배엽성 선구동물, 체절O, 키틴질의 외골격O, 곤충, 다지, 거미, 갑각류 등이 포함

8. 극피동물: 유생은 좌우 대칭, 성체는 방사 대칭, 3배엽성 후구동물, 수관계 발달,

불가사리/해삼/성게 등이 포함

9. 척삭동물: 좌우대칭, 3배엽성 후구동물, 발생 과정 중 척삭 발생

- 미삭 동물(우렁쉥이, 미더덕 등): 유생 때 잠시 척삭 존재

- 두삭 동물(창고기 등): 일생 동안 척삭 존재

- 척추 동물

진화의 원리: 변이, 자연 선택

집단 유전과 진화: 집단에서 한 형질을 나타내는 대립 유전자의 상대적 빈도(p+q=1)

유전자 풀의 변화 요인: 돌연변이, 자연 선택, 유전적 부동, 창시자 효과, 유전자 흐름(이입, 이출)

종분화: 지리적 격리에 의한 종분화(최종적으로 생식적으로 격리 상태)

VI. 생명 공학 기술과 인간 생활

핵치환 기술: 생물의 체세포에서 추출한 핵을 핵이 제거된 난자에 이식[eqn: rarrow]유전적으로 동일한 개체 생성

줄기 세포: 1. 배아 줄기 세포: 모든 세포와 조직으로 분화 가능

2. 성체 줄기 세포: 성체의 골수 등에서 획득, 분화 가능한 세포가 한정적

3. 역분화 줄기 세포: 분화가 끝난 성체 체세포를 역분화 시켜 배아 줄기 세포와                같이 다양한 세포로 분화 가능