생명과학: 개념과 이해 (4 판)

대학생명과학교재연구회

제1부과학, 화학, 그리고 세포

1│생명의 과학 2
1.1 생명이란 무엇인가 4
A. 생명은 조직화되어 있다 4
B. 생명은 에너지를 필요로 한다 6
C. 생명은 내부 안정성을 유지한다 7
D. 생명은 스스로 생식하고 자라며 발생한다 7
E. 생명은 진화한다 7
1.2 생물분류체계는 공통후손에 기초한다 8
A. 분류체계는 종들을 생물군으로 조직한다 9
B. 분기학 접근법은 공유파생형질에 기초한다 10
C. 분기도는 가상적인 진화적 유연관계를 기술한다 10
D. 전통적인 많은 생물군은 단계통군이 아니다 12
E. 생명의 계통수는 3개의 주요 가지를 포함한다 13
1.3 과학자는 자연 세계를 연구한다 14
A. 과학적 방법은 다수의 상호 관련된 부분을 가진다 14
B. 실험 고안은 신중한 설계이다 15
C. 이론은 포괄적인 설명이다 16
D. 과학 탐구는 한계가 있다 17
E. 생물학은 계속 발전하고 있다 18
1.4 생명 탐구: 난초와 나방 19

2│생명의 화학 22
2.1 원자는 모든 물질을 만든다 24
A. 원소는 물질의 근본적인 종류이다 24
B. 원자는 원소의 입자이다 24
C. 동위원소는 중성자 수가 다르다 25
2.2 화학결합은 원자들을 연결한다 26
A. 전자가 결합을 결정한다 26
B. 이온결합에서 한 원자는 다른 원자에 전자를 전달한다 27
C. 공유결합에서 원자들은 전자들을 공유한다 28
D. 극성분자의 부분 전하는 수소결합을 생성한다 29
2.3 물은 생명에 필수적이다 30
A. 물은 응집성과 부착성이 있다 30
B. 많은 물질은 물에 용해된다 30
C. 물은 온도를 조절한다 31
D. 물은 얼 때 팽창한다 31
E. 물은 생명의 화학반응에 참여한다 32
2.4 세포는 최적의 pH를 가진다 32
A. pH 지수는 산성도 또는 알칼리도를 나타낸다 33
B. 완충액은 pH를 조절한다 33
2.5 세포는 네 가지 주요 유형의 유기분자를 포함한다 34
A. 작은 소단위로 구성된 대형 유기분자 34
B. 탄수화물은 단당류와 다당류를 포함한다 35
C. 단백질은 복잡하고 다양하다 36
D. 핵산은 유전정보를 저장하고 전달한다 38
E. 지질은 소수성이고 에너지가 풍부하다 40
2.6 생명 탐구: 작은 전장의 화학전 43

3│세포 48
3.1 세포는 생명의 단위이다 50
A. 간단한 렌즈가 세포 관찰의 첫 토대를 밝혔다 50
B. 세포설의 대두 50
C. 현미경은 세포 구조를 확대한다 51
D. 모든 세포는 공통된 특성을 가진다 53
3.2 다양한 세포 종류는 생명의 3역을 특징짓는다 54
A. 세균역은 지구상에서 가장 풍부한 생물을 포함한다 54
B. 고균역은 독특한 생화학을 가진 원핵생물을 포함한다 55
C. 진핵생물역은 복잡한 세포를 가진 생물을 포함한다 56
3.3 막은 세포와 주위 환경을 분리한다 58
3.4 진핵세포의 소기관은 작업을 나누어 한다 60
A. 핵, 소포체 및 골지체는 물질을 분비하기 위해 상호작용한다 61
B. 리소좀, 액포 및 퍼옥시좀은 세포의 소화장소이다 62
C. 미토콘드리아는 영양소에서 에너지를 추출한다 64
D. 광합성은 엽록체에서 일어난다 64
3.5 세포골격은 진핵세포를 지지한다 66
A. 세포골격을 구성하는 단백질 66
B. 섬모와 편모는 세포의 이동을 돕는다 67
3.6 세포는 함께 묶여 있고 서로 소통한다 68
A. 동물세포의 결합은 여러 형태가 존재한다 68
B. 세포벽은 강하고 유연하며 구멍이 있다 68
3.7 생명 탐구: 가장 작은 나침반 71

4│생명의 에너지 74
4.1 모든 세포는 에너지를 얻고 사용한다 76
A. 에너지는 세포에게 생명의 일을 하게 한다 76
B. 열역학법칙은 에너지 전달을 설명한다 77
4.2 화학반응의 망이 생명을 지속한다 78
A. 화학반응은 에너지를 흡수하거나 방출한다 78
B. 연계된 산화반응과 환원반응이 전자전달계를 형성한다 79
4.3 ATP는 세포의 에너지 화폐이다 80
A. 연계반응이 ATP에 에너지를 저장하고 방출한다 80
B. ATP는 단기간의 에너지 저장을 나타낸다 81
4.4 효소는 생화학반응을 촉진한다 82
A. 효소는 반응물을 합친다 82
B. 효소는 보조인자를 가진다 83
C. 세포는 반응속도를 조절한다 83
4.5 막 수송은 에너지를 방출하거나 소모한다 84
A. 수동수송은 에너지 투입이 필요 없다 84
B. 능동수송은 에너지 투입을 필요로 한다 87
C. 엔도사이토시스와 엑소사이토시스는 소낭을 사용하여 물질을 수송한다 87
4.6 생명 탐구: 전기어(Electric Fish)의 에너지 효율성 89

5│광합성 92
5.1 생명은 광합성에 의존한다 94
A. 광합성은 이산화탄소와 물로부터 포도당을 만든다 94
B. 식물은 탄수화물을 다양한 방법으로 사용한다 94
C. 광합성의 진화가 지구를 변화시켰다 95
5.2 햇빛은 광합성의 에너지원이다 96
A. 빛이란 무엇인가 96
B. 광합성 색소가 빛에너지를 포획한다 96
C. 엽록체는 광합성 장소이다 97
5.3 광합성은 두 단계로 일어난다 98
5.4 명반응이 광합성을 시작한다 99
A. 광계 II에 도달하는 빛은 ATP를 생산하는 에너지를 제공한다 100
B. 광계 I에서 전자는 NADP+를 NADPH로 환원시킨다 101
5.5 탄소반응이 탄수화물을 만든다 101
5.6 C3, C4 및 CAM 식물은 탄소고정에 각각 다른 경로를 이용한다 102
5.7 생명 탐구: 광합성을 하는 도롱뇽 105

6│세포호흡과 발효 108
6.1 세포는 음식물 에너지를 사용하여 ATP를 만든다 110
6.2 세포호흡은 세 가지 주요 과정을 포함한다 111
6.3 진핵세포에서 미토콘드리아는 가장 많은 ATP를 생산한다 112
6.4 해당과정은 포도당을 피루브산으로 분해한다 113
6.5 산소호흡은 해당작용보다 훨씬 많은 ATP를 생성한다 114
A. 피루브산은 아세틸 CoA로 산화된다 114
B. 크렙스 회로는 ATP와 전자운반체를 생성한다 114
C. 전자전달계가 ATP 합성을 추진한다 114
6.6 포도당 한 분자는 얼마나 많은 ATP를 생성하는가 116
6.7 음식물 분자는 에너지 추출 경로로 들어간다 117
6.8 일부 에너지 경로는 산소를 필요로 하지 않는다 118
A. 무산소호흡은 대체 전자수용체를 사용한다 118
B. 발효생물은 해당과정에서만 ATP를 얻는다 119
6.9 호흡과 광합성은 오래된 경로이다 120
6.10 생명 탐구: 열을 발산하는 식물은 이를 모두와 나눈다 121

제2부 생명공학, 유전학, 그리고 유전

7│DNA 구조와 유전자 기능 124
7.1 유전물질을 확인한 실험들 126
A. 세균은 유전정보를 전달한다 126
B. 허시와 체이스는 DNA의 유전적 역할을 확인하였다 127
7.2 DNA는 뉴클레오타이드의 이중나선구조이다 128
7.3 DNA는 세포의 단백질 ‘제조법’을 간직한다 130
A. 단백질 합성은 전사와 번역을 요구한다 130
B. RNA는 DNA와 단백질 사이의 중개자이다 131
7.4 전사는 RNA 생산에 DNA 주형을 이용한다 132
A. 전사는 세 단계로 일어난다 132
B. mRNA는 진핵세포의 핵에서 변형된다 133
7.5 번역은 단백질을 제조한다 134
A. 유전암호는 mRNA를 단백질에 연관시킨다 134
B. 번역은 mRNA, tRNA 및 리보솜을 필요로 한다 135
C. 번역은 세 단계로 일어난다 136
D. 단백질은 번역 후 올바르게 접혀야 한다 137
7.6 세포는 유전자 발현을 조절한다 138
A. 오페론은 하나의 프로모터를 공유하는 세균 유전자 집단이다 138
B. 진핵생물은 많은 조절 메커니즘을 사용한다 139
7.7 돌연변이는 DNA 서열을 변화시킨다 142
A. 돌연변이의 범위는 침묵에서 치명적인 것까지 다양하다 142
B. 무엇이 돌연변이를 일으키는가 143
C. 돌연변이는 다음 세대로 전달될 수 있다 144
D. 돌연변이는 중요하다 144
7.8 생명 탐구: 언어의 기원에 대한 단서 145
8│DNA 복제, 이분법, 그리고 유사분열 150
8.1 세포의 분열과 죽음 152
A. 유성생식 생활사는 유사분열, 감수분열 및 수정을 포함한다 152
B. 세포죽음은 생명의 일부이다 152
8.2 DNA 복제는 세포분열에 선행한다 154
8.3 원핵생물은 이분법으로 분열한다 156
8.4 염색체는 세포분열 전에 응축된다 156
8.5 유사분열은 정확한 세포 복사본을 생성한다 157
A. DNA는 간기 동안 복제된다 158