MY JOURNAL

 거대분자중 중요한건 탄수화물,지질,단백질,핵산. 이중에서 탄수화물,단백질,핵산은 거대하기 때문에 고분자라고 부른다.

고분자는 단위체로 이루어진 중합체이다. 중합체란 '많다'라는 뜻이고 단위체는 '작다'라는 뜻이다.

 세포가 중합체를 만들고 분해하는 화학기작은 모든 종류에서 동일하다. 2개의 분자가 물분자를 읽으면서 공유결합하면 서로 연결되는데 이를 축합반응이라 한다. 혹은 물이 없어지는거라서 탈수반응이라고도 한다. 가수분해는 탈수반응의 역반응으로 물을 사용해 분하한다는 뜻이다. 이때 물은 효소작용을 한다.

그러니까 단위체는 물이 없어지면 연결되고, 물이 생기면 끊어진다.

 당

 단당류 중 가장 흔한건 포도당인데 제일 중요하다. 육탄당, 삼탄당, 오탄당 역시 흔하다. 이처럼 단당류가 다양한 이유는 비대칭 탄수 주변 주위의 공간적 배열 차이 때문이다.

 이당류는 글리코시드결합(glycosidic linkage)으로 연결된 2개의 단당류로 구성된다. 앞서 언급한것처럼 탈수반응때문에 연결된다. 가장 흔한건 설탕이다.

 다당류는 수백개 이상의 단당류가 글리코시드 결합으로 연결된 고분자이다.

식물은 녹말 형태로, 동물은 글리코겐 형태로 저장한다.

구조 다당류로는 식물은 셀롤로오스가 있고 이는 세포벽을 이룬다. 키틴은 절지동물 외골격 형성.

 지질은 다양한 소수성 분자의 그룹이다.

지질은 소수성이다. 지방은 지방산과 글리세롤로 구성되어있는데 글리세롤은 탄소 3개를 가지고 있는 알콜이고 지방산은 긴 탄소골격을 가지고 있다.
지방이 비극성인 이유는 지방산의 탄화수소 사슬에 있는 비극성 C-H 결합때문이다.

포화지방: 내부 분자가 꽉 차 있어서 상온에서 고체.
불포화지방: 내부 분자가 널널해서 상온에서 액체. 그래서 일부러 굳혀야하고, 상온에 놔두면 액화된다.

트랜스지방은 분자구조가 꼬여서 생기는 '맛이 간' 지방인데, 주로 열에 의해 생겨나는 변형이다. 길거리 튀김음식 먹지 말라는 이유가, 길거리 음식 기름은 쓴걸 또 쓰기를 반복하기 때문에 그림에 트랜스 지방이 잔뜩 있을 가능성이 높기 때문이다.

 인지질 이중층구조.

인지질은 세포막을 만드는데 친수성머리는 외부에, 소수성 꼬리는 내부에 있다.

 콜레스트롤은 인지질의 친수성을 조절해주는 일종의 댐이나 방파제같은 역할은 한다. 하지만 과다하게 생기면 혈관이 막혀서 큰 문제가 생긴다.

트리아실글리세롤은 글리세롤 + 3 지방산, 인지질: 인산기 + 2 지방산

 단백질은 여러가지 일을 한다. 

아미노산은ㅇ 카르복실기와 아미노기를 가지고 있는 유기분자인데 분자구조에서 R그룹만 다르다. R그룹은 각 아미노산마다 다르다. 글리신은 a탄소의 두 짝이 모두 수소원자이기 때문에 비대칭 탄소가 없는 아미노산이다.

탈수반응으로 아미노산이 연결되면 펩티드결합이라 하고 폴리펩티드(많은 펩티드)가 형성된다.

 단백질은 그냥 폴리펩티드가 연결된게 아니고 정교하게 꼬인 복잡한 구조로 이뤄져있다.

 구형단백질,선형단백질

1차 구조는 선형구조이다. 아미노산 고유 서열이 중요하다.
2차구조에선 조금 꼬이거나 접힌 구조인데 나선구조나 병풍구조(접힌거, 종이 접어가지고 그 자국난거)를 말하고 3차구조에선 2차 구조 패턴이 더 중첩되고 4차구조는 3차구조가 또 중첩된거.

궁극의 4차구조 예시는 헤모글로빈이다. 헤모글로빈은 heme group 4개로 이뤄져있다.

핵산은 유전 정보를 저장하고 전달한다. DNA는 핵상이란 화합물 종류에 속하는 중합체이다.

 디옥시 리보핵산 - > DNA, 리보핵산 RNA.

RNA가 디옥시(deoxy)되면 DNA이다.

이건 나중 챕터에서 다시 설명...

핵산은 폴리 뉴클레오티드라는 중합체 형태로 존재한다. DNA는 이중나선 구조이고 염시서열을 지킨다. DNA 염기서열은 암호화되어 있는데 A,G,T,C로 모든것을 설명한다.

A-T,G-C 이렇게 짝이다. 그래서 이중나선 구조에서 한가닥만 보면 반대편 가닥 구조도 알 수 있다.

 염기 하나만 달라도 엄청난 결과가 나오는데, 인간은 고릴라와 단지 1개의 아미노산만 다를뿐이다! 대단하다!


 

 탄소의 전자껍질엔 여유가 있기 때문에 이온화될 수도 있다. 하지만 탄소는 전자를 넘기거나 하지 않고 공유함으로써 전자 8개를 최외각 전자껍질에 채우는 공유 결합을 한다. 이는 단일,이중 결합을 모두 포함한다. 탄소는 그래서 4가지로 바뀔 수 있는 가능성이 있는데 이를 4가성이라 한다.

 수산질탄 HONC 왼쪽부터 오른쪽으로 순서대로 원자가 1,2,3,4

 탄소는 분자 골격을 형성한다.메탄 CH4 에탄 C2H6 에텐 C2H4

 단일 결합은 - 이중결합은 = 로 표시함. O=C=O

유기분자 구조에의 변이는 이성질체에서도 관찰된다. 
이성질체: 같은 원소와 같은 수의 원자로 이뤄져있지만 구조가 다르기 때문에 다른 특성을 가진 것.

구조이성질체: 공유결합 배열이 다름.
기하이성질체: 공유결합 짝은 같지만 공간적 배열이 다름
거울상이성질체: 말그대로 거울 대칭상에 있음.

구조이성질체는 그냥 모양 다른거 생각하면 되고
기하이성질체 중 cis 이성질체는 어케보면 거울상이성질체랑 비슷하다고도...(물론 일부 경우만.)

trans 이성질체는 대각선으로.

거울상이성질체의 경우 그냥 구조만 대칭일 뿐인데 전혀 다른 효과를 낸다., 이 역시 창발적 특성의 일부.,


  

 물이 '물의 모습'을 유지할 수 있는 이유: 물분자는 극성분자이며 공유결합으로 연결되어 있기 때문이다. 

 물의 네 가지 창발적 특성 

 응집: 수소결합 덕에 아주 가까이 붙어있을 수 있고 이를 통해 뭉쳐있을 수 있다. 이는 뿌리에서 흡수된 물이 꼭대기의 잎 끝까지 이동할 수 있는 힘을 제공하기도 한다. 또한 소금쟁이의 표면장력 또한 적절한 예시다.

 온도 조절능력: 물은 열을 흡수하고 내뿜는다. 물은 비열이 높다. 비열이란 물질 1g의 온도를 섭시 1도 변화시키는데 필요한 열의 양이다. 바닷가 도시의 경우 바다가 열을 흡수하기 때문에 여름에 내륙지방보다 시원하다.

물이 높은 비율을 가지는 이유 역시 수소결합 때문이다. 수소결합을 끊기 위해서는 열이 흡수되어야하고 수소결합이 생기면 열이 방출된다., 아무튼 이때문에 바다 속 환경이 생명체가 살기 좋게 된 것이다.

얼음이 물에 뜨는 이유는 밀도차이 때문이다. 물이 얼어서 얼음이 되면 물보다 상대적으로 분자들이 조밀하게 모여있지 않다. 그래서 얼음이 가볍기 때문에 물에 뜨고 이 얼음이 외부 바깥 온도를 막아주는 장벽 역할을 한다. 

 생명을 위한 용매

두 개 이상의 물질이 완전히 섞여있는것을 용액이라고 하고, '녹이는' 물질은 용매, '녹는' 물질은 용질이라 한다. 물이 들어가면 수용액이라 한다.

 친수성: 물에 잘 녹는다는듯. 반드시 물에 녹는건 아니다. 그냥 끈적끈적한 정도만 되는것도 있다.
 소수성: 물에 잘 안녹는 성질. (비극성 결합구조)

 물분자는 수소이온을 다른 물분자로 넘겨서 H3O+(H+)와 OH-를 생성한다. pH의 변화는 생명체에게 큰 영향을 미친다. 산성비,석회화 등..


 

  

 생명체: 물질(matter)로 이루어져 있음. 무게와 질량은 동일 개념이 아니지만 중력때문에 지구상에선 두개가 사실상 같으므로 혼용한다.

 원소와 화합물

원소 (element) : 더 이상 분해되지 않는 물질.
화합물 (compound) : 두 개 이상의 다른 원소들이 특정비율로 결합되어 있는 물질.

ex) Na와 Cl은 원소지만 두개가 결합된 NaCl 화합물이라 할 수 있다.
 
 이는 1장에서 언급한 '창발적 특징'^[각주:1]의 좋은 예이다. 독성인 염소와 금속인 소듐이 합쳐지면 소금이 된다. 우리는 사실 금속과 독을 먹고 있는 것이다!

 생명체에 필수적인 원소들
 

92개 원소중 약 25가지가 필수원소. 탄소,산소,수소,질소. COHN이 생명체의 약 96%.

 미량원소 (trace elements) : 0.01%미만을 차지하는 아주 미미한 원소들이지만 생명 유지에 필수적이다. 

ex) 질소 결핍시 옥수수농사 망침, 요오드 결핍시 갑상선종에 시달림. 요오드는 해산물에 많이 들어있기 때문에 해산물을 구하기 힘든 내륙지방에 흔히 나타난다.

아원자 입자

각 원소는 원자(atom)로 이루어져 있다.크기가 매우 작고, 그렇기 때문에 그냥 원자,원소 기호는 구분하지 않는다. 가령 기호 C는 탄소 원소이자 탄소 원자를 의미한다.

원자보다 더 작은 단위는 아원자 입자(subatomic particle)이라고 하는데 중성자(neutrons),  양성자(protons), 전자(electrons)가 가장 중요하다. 양성자와 전자는 전하를 띄고 있다.

양성자는 양의 전하, 전자는 음의 전하를 띄고 중성자는 중성이다. 양성자와 중성자가 뭉치면 원자핵(atomic nucleus)을 형성한다. 원자핵 가운데에 양성자가 있고 그 주위를 전자가 구름처럼 감싼다.

 무게 단위로는 달톤(dalton)을 쓰고 중성자,양성자는 약 1달톤이다. 전자는 너무 가벼워서 그냥 무시한다.

 원자번호와 원자량

  원자번호 : 양성자의 갯수이자 전자의 갯수 ( 전기적 중성을 유지해야되므로.)
  질량수: 양성자수 + 중성자수 

 따라서 질량수 - 원자번호를 하면 중성자의 숫자를 구할 수 있다.
질량수는 전체질량인 원자량에 근사값을 가진다. 

동위원소 : 양성자의 갯수는 같은데 중성자의 갯수는 다른 원소들. 화학반응에 있어서는 동일하게 반응. 불안정해서 방사능을 내는 동위원소를 방사성 동위원소라고 한다. 
 방사성 동위원소는 붕괴하면서 입자와 에너지를 방출하는데 주로 과거에 살았던 생물들의 연대측정에 쓰인다.

 전자의 에너지 준위

에너지는 사라지지 않고 변할 뿐이다. 위치에너지는 운동에너지 등으로 전환된다.
전자가 핵으로부터 멀리 떨어져 있을수록 전자가 가지고 있는 위치에너지가 더 크다. (그냥 높이 생각하면 편함)

전자에는 에너지 준위가 존재하는데 제1껍질~제3껍질정도까지 존재한다. 3껍질을 3층 2껍질을 2층 이런식으로 이해하면 편하다. 3층에서 떨어지는게 당연히 에너지가 크다.  (실제로는 핵으로부터의 평균거리가 크기 때문에 에너지 방출량이 많은 것)

 전자배치와 화학적 특징

 원자의 화학적 특성은 원자의 전자껍질에 전자가 어떻게 배치되어 있느냐에 달렸다. 또한 가장 바깥쪽의 전자껍질에 존재하는 전자 숫자에 의해 결정되는데 제일 밖에 있는걸 원자가전자라고 부르고 그 껍질을 원자가껍질이라고 부른다. 헬륨과 ㄴ온, 아르곤은 원자가 껍질을 가득 채우고 있어서 비활성 상태라고 한다. 

 전자 오비탈

 오비탈 (orbital) :  전자가 90% 정도의 시간 동안 존재하는 3차원적 공간을 의미하는데, 그 냥 주로 위치해있는 공간이라고 보면 된다. 학생의 오비탈은 학교라고 할 수 있고, 대한민국 국민의 오비탈은 대한민국. 뭐 이런식으로 이해하면 편하다.

 에너지 준위가 높아질수록(껍질이 올라갈수록) 오비탈은 복잡해지고 많아진다.

첫 번째 껍질 : 1s
두 번째 껍질: 2s + 3개의 2p

껍질이 더 올라갈수록 기하학적으로 더 복잡한 구조를 가진다. 원자의 반응성은 오비탈의 홑전자에 기인한다. 

 화학결합법

 공유결합: 하나의 전자가 두 원자에 의해 공유되고 있는 도중 원자가 서로 다가오다가 양성자와 전자가 끌리게 된다. 그리고 이들이 합쳐지게 된다. 
 분자는 두 개 이상의 원자들이 공유결합을 통해 만들어진 것을 말한다.

 그냥 하나씩만 공유결합하면 단일결합이라 칭하고 산소처럼 두 쌍 이상이 관여하면 이중결합이라고 부른다.

 활성상태에 있는 원자들은 전자껍질에 빈 공간을 가지고 있고 이 공간들이 채워지는게 결합이다. 결합되는 물질이 하나만 달려져도 완전히 다른 결과물이 나온다.

 전기음성도 (electronegativity) : 원자가 전자를 끌어당기는 힘. 음성도가 높을수록 전자를 강하게 끌어당긴다. 원자마다 음성도가 다르기 때문에 결과적으로 극성 공유결합이나 비극성 공유결합이 생긴다. 극성 공유 결합은 어느 한쪽 음성도가 더 커서 한쪽으로 조금 쏠린 경우고 비극성은 말그대로 평행인 경우다.

ex) Na + Cl  = (Na+)(Cl-) 

 이온결합

 이온(cation) : 전하를 띄고 있는 원자나 분자. 양전하면 양이온, 음전하면 음이온. 
 
 양이온과 음이온은 서로 끌어당기는 성질이 있는데 이걸 이온결합이라고 한다. 전자가 이동하는거 자체가 결합이 아니라, 전자 이동이 두 개의 이온을 만들기 때문에 이거 때문에 결합이 혈성될 수 있는 것이다. 그러니까 전자이동은 원자 결합을 위한 멍석이지, 결합 그 자체가 아니란 말씀.

이온결합으로 생성된걸 이온화합물 혹은 염(salt)라고 한다. NaCl이 바로 소금이다. 염은 다양한 모양을 가질 수 있다. 

 약한 화학결합

 수소결합

 전기음성도가 높은 원자와 공유결합을 하고 있는 수소원자가 또 다른 원자에 끌리는걸 수소결합이라 한다. 불륜이나 바람피는거 생각하면 됨. 

 반데르발스 인력: 도마뱀이 벽을 올라갈 수 있는 원리인데, 도마뱀 발바닥과 벽 사이에 가벼운 결합이 발생해서 벽을 기어 올라가는것이다.

 분자를 이루게 되면 기존 원자들의 오비탈이 섞여서 혼성오비탈이 생긴다. 주로 눈물방울 모양을 하고 있고 기하학적 사면체 구조이다. 

 서로 상보적인 관계의 분자들만 약한 결합을 할 수 있는데 수용체와 자극을 생각하면 된다. 그러니까 콜라 패트병은 콜라 패트병 뚜껑과 상보적인 관계이다. 하지만 우리는 생수나 환타 뚜껑을 콜라 패트병에도 사용할 수 있다는걸 안다. 하지만 패트병은 아마도 그 사실을 모를것이다. 이게 바로 모르핀같은 마약의 원리이다. 수용체가 눈치 못채게 똑같은 구조를 가지고 결합을 만들어낸다. 하지만 그 생성물은 현저히 다르다.

 이런 결합들은 물질을 재배열하는 과정인데, 식물의 광합성과정이 좋은 예이다. 양쪽 방향의 반응속도가 동일하면 이를 화학평형이라 한다.


 

 

 창발적 특성 (emergent property) : 개개의 분자는 의미가 없지만 서로가 만나서 상호작용을 할 경우 대단한 일을 해낸다. 쉽게 이해하기 위한 예로, 컴퓨터 cpu,램,하드디스크 등을 따로만 놓고보면 아무런 기능도 못하는 고철덩어리지만, 서로 조립을 해서 컴퓨터가 되면 여러가지 작업을 할 수 있다.

 시스템생물학: 시스템 생물학은 이 세상의 생물 계를 모형화하여 도식하는 것을 목표로 한다. 에너지는 다른 형태로 바뀔 뿐, 사라지지는 않는데 이 순환과 흐름을 그림으로 그리는 것이 가능하다.

생물정보학 (bioinformatics) : 연구기술로 얻은 대량의 데이터를 컴퓨터를 이용하여 체계적으로 분석하고 연구하는 학문이다. 단순히 생명과학자만 하는 것이 아니라 컴퓨터과학자나 수학자, 화학자 같은 여러 분야의 전문가들이 참여하는 다학제간 학문이라 볼 수 있다.

1. 정의
The set of  is the set of all n-dimensional vectors   such that
2. 대체 정의 (Alternative definition)

The  can definition as the set of vectors x such that

1. BMP: 비트맵 이미지는 여러 비트의 종류가 있는데 최근에 가장 널리 쓰이는것은 24비트이다. 

비트맵은 R G B  세가지 채널로 구성되는데 이는 위 그림에서 보다시피  Red, Green, Blue의 약자이다. 이미지는 행렬(Matrix) 로 이뤄져있는데 우리가 보는 이미지를 실제로 뜯어보면