생명과학 강의노트

01 생명과 생명과학

1.1 생명의 특징 2

생명현상에 필요한 화학물질의 종류와 작용은 공통적이다 2

DNA는 생명의 설계도이다 3

생식과 유전을 한다 4

발생과 성장을 한다 4

에너지를 만들고 사용한다 5

적응과 진화를 한다 7

자극에 반응한다 7

세포라는 기본 단위로 구성되어 있다 8

1.2 생명체의 다양함과 진화 10

다양한 종의 생명체들은 과학적으로 분류된다 11

진화의 원리는 다윈의 자연선택설에 바탕을 둔다 15

진화론과 창조론 18

진화론도 진화하고 있다 19

인간의 진화는 어떻게 이루어졌을까? 20

1.3 생명과학과 탐구 22

생명과학은 생명을 탐구하는 학문이다 22

과학은 가설을 제시하고 실험을 통해 검증하는 탐구방식을 사용한다 23

탐구사례 25

생명과학의 과거, 현재와 미래 26

학문 간의 융합이 요구된다 29



02 생명의 기본 단위, 세포와 분자들

2.1 세포 36

세포의 발견 38

세포는 원핵세포와 진핵세포로 구분된다 38

미토콘드리아와 엽록체는 두 원핵세포의 융합으로부터 탄생하

였다(내부공생설) 41

진핵세포는 핵과 여러 세포소기관들을 가진다 42

2.2 생명의 물질 - 유기물 49

탄소는 유기물을 이루는 중심 원자이다 50

탄수화물은 주로 에너지원으로 사용된다 51

지질은 물에 안녹는 분자로 지방, 인지질과 스테로이드가 있다 53

스테로이드 물질은 콜레스테롤과 몇몇 호르몬을 포함하는 지질이다 59

유기물의 구조 하나하나는 각각의 생명활동에 최적화되어 있다 60

물은 생명의 분자로 최고의 용매이다 61

수소결합은 많은 생명물질들의 구조와 기능에 중요하다 63



03 DNA

3.1 DNA란? 70

DNA는 19세기 후반에 발견되었다 70

DNA가 바로 유전물질이다 71

DNA와 RNA는 뉴클레오타이드의 연결로 되어 있다 72

샤가프와 프랭클린의 연구 74

DNA 사슬의 합성과 역방향성 75

왓슨과 크릭의 위대한 발견 77

DNA 이중나선은 복제(replication)를 거쳐 동일한 두 복제본을 만든다 80

DNA 중합효소는 염기의 실수를 수선한다 82

유전자는 단백질을 암호화하는 DNA 부분을 말한다 83

인간 지놈 프로젝트 84

개인별 염기서열 변이 85

DNA 염기서열과 카스트 제도 87

DNA의 변이는 창조의 모태 88

유전자재조합 기술 89

3.2 DNA 기술 89

DNA 증폭 기술로 미세량의 DNA를 증폭시킨다 90

제한효소 단편 다형성(RFLP) 93



04 유전자 발현, DNA→RNA→단백질

4.1 유전자 발현 102

DNA 염기서열과 아미노산 서열은 평행하다 103

크릭의 ‘어댑터 모델’과 RNA(tRNA, rRNA, mRNA) 104

tRNA(운반 RNA)는 아미노산을 리보솜으로 옮긴다 105

rRNA(리보솜 RNA)는 리보솜을 구성한다 105

DNA 염기서열은 mRNA 염기서열로 전환된다 106

4.2 전사·DNA 정보가 mRNA로 108

진핵세포의 mRNA 최종 구조는 스플라이싱을 거쳐 완성된다 109

전사조절 112

mRNA 분석으로 질병을 진단할 수 있다 113

RNA 간섭 115

4.3 번역·mRNA로부터 단백질 116

암호표는 mRNA 염기서열이 지정하는 아미노산들을 배열한 것이다 117

아미노산의 수와 진화 118

tRNA는 아미노산을 리보솜으로 운반한다 119

코돈-안티코돈 수소결합은 덜 엄격하다(‘워블’ 가설) 120

단백질 합성은 mRNA, tRNA와 아미노산의 상호관계로 벌어진다 121

단백질은 합성 이후에도 계속 변할 수 있다 125

유비퀴틴은 임무를 마친 단백질을 없앤다 125



05 단백질과 효소

5.1 단백질 132

단백질은 아미노산들의 펩타이드 결합으로 이루어진다 132

아미노산은 20종으로 모든 생명체에서 공통적이다 133

단백질의 활성은 pH에 민감하다 136

단백질의 입체 구조 형성은 여러 단계를 거친다 136

5.2 효소 141

효소는 어떻게 활성화 에너지를 낮출 수 있을까? 142

단백질 소화효소 카복시펩티데이스 A의 작용 142

효소의 활성은 억제제에 의해 방해된다 144

아스피린은 사이클로옥시저네이스(COX)의 경쟁적 억제제로 작용한다 145

알로스테릭 조절은 음성되먹임 조절에 사용된다 146

신약과 개인별 맞춤약품 147

생명의 정보전달체계 요약 148



06 세포분열과 암

6.1 염색체와 체세포분열 156

진핵세포의 DNA는 염색사(세포 활동 시) 또는 염색체(세포분열시)로 존재한다 157

염색체는 상동염색체들의 쌍을 이루며 각 염색체는 두 개의

자매염색분체를 갖는다 158

유전자는 상동염색체 쌍에서 대립유전자로 존재한다 159

후성 유전 160

체세포분열 162

체세포분열은 세포주기(간기와 세포분열기)를 가진다 162

간기에서 DNA 복제가 벌어진다 163

6.2 암 166

암 유전자와 암 억제 유전자의 이상으로 암이 유도된다 167

화학적 발암물질은 우리 주변에 흔하다 170

암 예방과 치료 확률은 점점 높아지고 있다 172

6.3 감수분열 175

감수1분열에서 2n 핵상이 1n 으로 된다 176

감수2분열에서는 1n 염색체 수는 변동 없이 DNA 양만 반으로 줄어든다 177

생식세포의 다양성은 감수1분열 중기에서의 염색체 배열 방식과 교차를 통해 이루어진다 177



07 유전

7.1 멘델의 유전 법칙 188

잡종1세대 F1에서 발현되는 형질이 우성이다 ― 우성의 법칙

191

대립유전자 쌍은 생식세포에 나뉘어 들어간다 ― 분리의 법칙

193

두 형질은 서로 독립적으로 유전된다 ― 독립의 법칙 194

멘델 발표의 아쉬움 195

멘델의 연구 결과는 DNA 연구의 초석이 되었다 196

멘델의 발견은 진화론을 뒷받침한다 197

7.2 사람에서의 유전 198

반성유전 또는 한성유전은 대립유전자가 성염색체에 위치하는 경우이다 201

불완전우성은 두 대립인자의 형질이 섞여서 나타난다 202

공동우성에서는 두 대립형질이 모두 나타난다 203

다인자유전에서는 여러 유전자가 한 형질을 결정한다 204

다운증후군은 염색체 분리의 이상으로부터 발생한다 205

남자와 여자 206

여자인지 남자인지 ― 스와이어 증후군 207

환경도 유전형질의 표현에 영향을 준다 207

향후의 유전학과 유전자 치료 208



08 호흡

8.1 생명의 에너지 218

열역학 법칙과 생명체 218

ATP는 모든 생명체들이 사용하는 높은 에너지의 저장 분자이다 219

세포호흡은 전자가 가진 에너지를 ATP로 전환한다 220

세포호흡은 산소를 사용하고 이산화탄소를 방출한다 221

NAD는 분자로부터 전자를 얻는 데 사용된다 223

8.2 해당작용, 구연산회로와 전자전달계 224

해당작용은 당을 분해하는 대사경로이다 224

해당과정은 10단계의 반응들로 이루어진다 226

해당작용의 요약 228

피루브산은 산소가 있는 환경에서 구연산회로로 유입된다 229

구연산회로에서는 4회의 탈수소반응이 벌어진다 230

대부분의 ATP는 전자전달계에서 만들어진다 232

세포호흡은 다양한 영양소로부터 ATP를 얻는다 234

산소는 진화의 대변혁을 촉진하였다 235

유해산소는 전자전달계로부터 발생한다 237

비타민은 조효소로 몸의 여러 기능을 촉진한다 238

발효는 인류에 유용한 대사물질이 얻어지는 무산소호흡을 말한다 239

8.3 음식과 식생활 242

어느 마라톤 선수의 식이요법 243

오키나와 스토리 244



09 광합성과 식물

9.1 광합성 - 생명의 시작 252

명반응에서는 빛에 의해 전자전달이 시작된다 254

빛에너지는 광계의 엽록소에 흡수된다 254

전자전달계와 ATP 생산 256

물의 분해로 전자가 보충되면서 산소가 발생된다 257

탄소고정 반응은 이산화탄소와 5탄당의 결합으로 시작한다 258

9.2 식물의 구조와 기능 261

식물의 진화와 다양성 261

육상 식물은 기본적으로 뿌리, 줄기, 잎과 꽃을 가진다 264

관다발계는 물과 양분을 이동시킨다 266

식물은 발아, 생장, 개화, 종자 형성의 생활사를 거친다 268

옥신은 굴광성과 식물 생장을 조절하는 식물호르몬이다 276

농업은 오랜 역사를 가진다 278

유전자변형식물이 제조되고 있다 280



10 생식

10.1 유성생식 288

생식을 통해 DNA가 자손에게 전달된다 288

유성생식이란 남과 여가 있어야 한다 289

정소와 난소에서 배우자가 만들어진다 289

정소에서는 정자와 테스토스테론이 생성된다 291

난소에서는 난자가 배란되고 에스트로젠이 만들어진다 292

월경주기는 호르몬에 의해 조절받는다 294

성택(聖擇), 난자와 정자의 만남 298

인위적으로 수정을 조절할 수 있다 299

10.2 수정란의 발생 300

수정란이 태아로 발생한다 300

발생은 세포분열, 분화와 형태 형성과정을 포함한다 303

불임부부도 아이를 가질 수 있다 ― 시험관 아이 305

줄기세포로 손상된 장기를 교체할 수 있다 307

동물의 복제와 장기의 생산에 핵치환법이 이용된다 308



11 몸 - 순환, 호흡, 소화와 배설계

11.1 몸 316

몸은 정교한 건축물이다 316

몸은 ‘세포-조직-기관-기관계’의 구성체계를 가진다 317

몸은 항상 일정해지고자 한다(항상성) 318

순환, 호흡, 소화, 배설계는 통합적으로 작용한다 319

11.2 순환계 321

심장은 펌프작용으로 혈액을 순환시킨다 321

혈압은 동맥 혈관벽에 가해지는 압력을 말한다 324

저밀도 지단백체는 관상동맥경화의 원인이 될 수 있다 325

혈액은 ‘심장 → 동맥 → 모세혈관 → 정맥’의 방향으로

이동한다 327

혈액의 조성 328

11.3 호흡계 330

폐의 폐포에서 기체교환이 벌어진다 330

헤모글로빈은 산소와 이산화탄소를 운반한다 332

소화는 입, 위와 작은창자에서 벌어진다 335

11.4 소화계 335

소장에서는 화학적 소화의 대부분과 흡수가 벌어진다 337

간에서는 여러 영양소들의 재분배가 이루어진다 338

간 질환들 339

11.5 배설계 340

콩팥은 수많은 네프론을 가진다 340

네프론에서는 여과, 재흡수와 분비 현상이 벌어진다 341

물의 재흡수는 헨레고리를 중심으로 일어난다 342

항이뇨호르몬과 알도스테론은 각각 물의 재흡수와 혈액 Na+

농도를 조절한다 343

혈압은 콩팥 기능에 의해 조절된다 343

신부전증 환자는 투석치료를 받는다 346



12 생명의 통신체계 - 신경계와 내분비계

12.1 신경계와 뉴런 354

신경전달은 신경세포인 뉴런에 의해 수행된다 354

신경 자극이 없을 때 Na+-K+펌프를 통해 휴지전위를 형성한다 356

활동전위는 축삭돌기의 세포막에서 이온들의 출입에 의해 형성된다 356

활동전위 파동은 축삭돌기를 타고 말단부로 전달된다 358

말이집(수초)은 신경 전달의 속도를 촉진한다 359

시냅스는 신경전달물질을 통해 뉴런들 간의 신경 자극이 전달되는 공간이다 360

마약은 가짜 신경전달물질이다 361

12.2 신경계의 구성 364

뇌는 신경전달의 최고 사령탑이다 365

뇌의 능력 367

기능적 자기공명영상 기술 368

척수는 뇌와 말초신경계를 연결하는 통로이다 369

반사궁은 뇌를 필요로 하지 않는다 374

말초신경계는 신체의 각 부분과 중추신경계를 연결하는 신경계를 말한다 375

감각기관은 수용기 전위를 일으켜 중추신경계에 전달한다 377

12.3 감각계와 골격계 377

눈 378

로돕신과 전기적 파도 379

다른 감각기관들 381

골격근은 뼈대와 함께 몸을 움직이도록 한다 381

근육의 수축은 액틴과 마이오신의 결합으로 시작된다 383

마이오신 머리에 ATP가 결합하여 액틴을 근절 안쪽으로 잡아당긴다 384

근육에의 신경전달은 칼슘이온을 필요로 한다 385

호르몬은 내분비샘에서 생성되고 표적세포에 전달된다 387

12.4 내분비계 387

시상하부와 뇌하수체는 많은 내분비샘의 상위 조절자이다 388

체온의 항상성 유지에는 시상하부, 뇌하수체와 부신이 관여한다 390

혈당량은 인슐린과 글루카곤의 길항작용에 의해 조절된다 391

당뇨병 I형은 인슐린-의존형, II형은 인슐린-비의존형으로 구분된다 393

표적세포의 수용체는 번역 능력을 가진다 394



13 인체의 방어체계와 질병

13.1 우리 몸의 방어체계 402

비특이적 면역체계와 염증반응 402

특이적 면역체계는 침입자의 정체에 따른 맞춤형 방어이다 403

림프구는 골수에서 생성된다 404

어떻게 비자기를 인식할까? 405

세포성 면역에서는 세포독성 T 림프구가 침입자를 직접 공격한다 406

체액성 면역은 항체에 의한 면역이다 407

기억세포는 2차방어의 중심에 있다 408

항체는 두 종류 4개의 폴리펩타이드 사슬을 가진다 409

항체의 다양성은 유전자 재조합의 결과이다 410

보조 T 림프구는 세포성 면역과 세포성 면역을 모두 활성화시킨다 411

HIV 바이러스는 보조 T 림프구를 공격한다 411

면역과 관련된 질환들 413

13.2 인류의 적 ? 병원성 미생물 415

질병의 성립 416

우리를 다치게 하는 병원균의 수단 417

RNA 바이러스는 변신의 귀재 418

질병의 퇴치 419

백신 420

항생제 420



14 하나뿐인 지구

14.1 생태계 430

생태계에서의 물질 순환과 에너지 흐름 431

지구 내에서 물질은 순환하지만 에너지는 순환하지 않는다 432

탄소의 순환 433

질소의 순환 434

미생물과 생태계 435

생태계를 이루는 대표적인 생물적 요인으로 생산자, 소비자와 분해자가 있다 436

생물들은 먹이사슬로 연결되어 있다 437

각 영양단계별 에너지의 이동 효율이 낮아 먹이사슬은 피라미드 구조를 이룬다 438

생태계는 항상성을 유지하고자 한다 439

생물들의 집단 ― 개체군과 군집 442

14.2 개체군의 특성과 성장 443

개체군 내의 각 개체들 간에는 다양한 상호작용이 있다 444

인구는 다양한 요인에 의해 조절된다 445

군집의 특성과 분포 447

군집 내에는 다양한 상호작용이 있다 449

군집은 오랜 세월에 걸쳐 천이과정을 거쳐 극상에 이른다 450

천이의 예 ― 광주 무등산 삼림 451

바위 위의 대표적인 개척종은 지의류이다 452

14.3 생물다양성 453

생물다양성은 유지되어야 한다 454

아이랜드 감자 기근 ― 생물다양성의 중요성 456

생태계의 가장 큰 적은 인간이다 459

환경파괴와 사례들 460

생물다양성을 유지하기 위해 지속가능한 보존 방법이 추구되어야 한다 463

에필로그 471

해답 473

한글 찾아보기 481

영문 찾아보기 489