blog › posts › 05-1-생물학의-핵심-개념과-용어.md

// 읽기 2분 // 조회 —

05-1. 생물학의 핵심 개념과 용어

입문자 공부 노트. 단독으로 읽을 수 있다.

이 문서를 왜 보는가?

이 문서는 강의·교재에 들어갔을 때 만나는 용어와 도식을 정리한다. 생리·유전·진화·생태 핵심을 노트 한 권에.

A. 세포 — 생명의 기본 단위

A-1. 두 가지 큰 구분

원핵세포(Prokaryote) — 핵 없음
  - 박테리아, 고세균
  - 작음 (~1~10 μm)
  - 막으로 둘러싸인 소기관 거의 없음

진핵세포(Eukaryote) — 핵 있음
  - 동물·식물·곰팡이·원생생물
  - 큼 (~10~100 μm)
  - 다양한 막 소기관

어원:
  pro-karyon = "핵보다 먼저"
  eu-karyon  = "진짜 핵"

A-2. 진핵세포 주요 소기관

세포핵        - DNA 보관, 유전 정보 본부
미토콘드리아  - ATP 생산 (에너지 화폐)
엽록체        - 광합성 (식물·조류만)
리보솜        - 단백질 합성 공장
소포체(ER)    - 단백질·지질 합성/가공
  거친 ER     - 리보솜 부착, 단백질
  매끈 ER    - 지질 합성, 해독
골지체        - 단백질 가공·포장·발송
리소좀        - 분해 효소 모음 (재활용)
세포골격      - 모양 유지, 운동 (마이크로튜불·필라멘트)
세포막        - 인지질 이중층, 선택적 투과
세포벽        - 식물·곰팡이·박테리아만 (셀룰로오스 등)

A-3. 세포 주기와 분열

세포 주기:
  G₁ → S → G₂ → M
  (성장 → DNA 복제 → 성장 → 분열)

체세포 분열(mitosis):
  유전적으로 동일한 두 딸세포
  성장·복구·번식(단세포)

감수 분열(meiosis):
  생식세포 만들기
  유전적으로 다양한 4개 세포 (염색체 수 절반)
  - 교차(crossover)·독립적 분배 → 다양성

체세포는 2n(이배체), 생식세포는 n(반수체).

B. 분자생물학 중심 원리

B-1. 정보 흐름

[중심 원리]
  DNA  →(전사)→ RNA →(번역)→ 단백질

전사(Transcription):
  DNA를 주형으로 RNA 합성
  RNA 중합효소가 수행

번역(Translation):
  mRNA 코돈(3개 염기) → 아미노산
  리보솜에서, tRNA가 아미노산을 운반

코돈 표:
  64개 코돈 (4³) → 20개 아미노산 + 종결
  AUG = 메티오닌 (개시 코돈)
  UAA, UAG, UGA = 종결 코돈

B-2. DNA·RNA 구조

DNA:
  - 이중나선
  - A-T, G-C 짝짓기 (수소결합)
  - 5' → 3' 방향성
  - 데옥시리보스(당) + 인산 + 염기

RNA:
  - 보통 단일 가닥
  - U 대신 T (A-U)
  - 리보스(2'-OH 있음)
  - 종류: mRNA(전령), tRNA(운반), rRNA(리보솜), miRNA(조절)

B-3. 단백질 구조 — 4단계

1차 구조: 아미노산 서열
2차 구조: 알파 나선·베타 시트 (수소결합)
3차 구조: 전체 3D 접힘 (수소결합·이온결합·소수성·이황화)
4차 구조: 여러 사슬의 결합 (예: 헤모글로빈 4개 사슬)

→ 구조가 기능을 결정. 잘못 접히면 질병 (예: 알츠하이머 아밀로이드).

C. 유전 — 멘델에서 후성유전까지

C-1. 멘델 법칙

[분리의 법칙]
  대립 유전자 쌍은 생식세포 형성 시 분리.
  자손은 부모 각각에서 하나씩 받음.

[독립 분배의 법칙]
  서로 다른 형질의 유전자는 독립적으로 분배됨.
  (단, 같은 염색체에 있으면 연관 — 후대에 보충됨)

표현형 비:
  완전 우성 단성잡종 F₂: 3:1
  이성잡종 F₂: 9:3:3:1

C-2. 분자 수준 — 유전자에서 형질로

유전자(Gene)   - 단백질 하나(또는 RNA) 정보를 담은 DNA 구간
유전체(Genome) - 한 생물의 전체 DNA
대립유전자(Allele) - 같은 유전자의 다른 형태
유전자형(Genotype) - 가진 대립유전자 조합 (AA, Aa, aa)
표현형(Phenotype) - 실제 나타나는 형질

→ 환경도 표현형에 영향. 같은 유전자가 다르게 발현될 수 있다.

C-3. 유전의 복잡한 패턴

- 불완전 우성: AA 빨강 + aa 흰색 → Aa 분홍 (중간)
- 공동 우성: AA + aa → 둘 다 동시 표현 (혈액형 AB)
- 다인자 유전: 키·피부색 등 — 여러 유전자가 합쳐 결정
- X 연관 유전: 색맹·혈우병 — 남성에 더 흔함
- 미토콘드리아 유전: 어머니에서만

C-4. 후성유전학(Epigenetics)

DNA 서열은 같지만 발현이 다르게 조절되는 메커니즘.

주요 도구:
  - DNA 메틸화 (CG 자리에 메틸기)
  - 히스톤 변형
  - 비번역 RNA

특성:
  - 환경(스트레스·식이)에 영향
  - 일부는 세대를 넘어 전달 가능
  - 노화·암·정신질환과 연결

D. 진화 — 메커니즘과 증거

D-1. 자연 선택의 4 조건(다윈)

1) 변이(Variation) — 같은 종 안에서 차이가 있다
2) 유전(Heredity) — 그 차이가 후손에 전달된다
3) 경쟁(Struggle) — 자원은 유한하다
4) 선택(Selection) — 더 잘 살아남고 번식한 변이가 다음 세대 다수가 된다

→ 시간 누적되면 종 자체가 변한다.

D-2. 진화의 다른 메커니즘

유전적 부동(Genetic Drift):
  - 작은 집단에서 우연이 큰 영향
  - 병목 효과(bottleneck), 창시자 효과(founder)

유전자 흐름(Gene Flow):
  - 다른 집단과의 교배로 유전자 이동

돌연변이(Mutation):
  - 새 변이의 원천
  - 점 돌연변이, 삽입·결손, 염색체 재배열

성 선택(Sexual Selection):
  - 짝짓기 선호로 인한 형질 선택 (공작 꼬리)

D-3. 종 분화(Speciation)

이소적 종분화: 지리적 격리 → 분기
  예: 갈라파고스 핀치들

동소적 종분화: 같은 지역에서 생태 분기
  예: 다른 식물에 적응한 곤충들

생식적 격리: 다른 종이 됐다는 결정적 기준
  - 이종교배 자체가 안 됨
  - 또는 잡종이 불임 (예: 노새)

D-4. 진화의 증거

- 화석 기록 (지층별 형태 변화)
- 비교 해부학 (상동기관: 인간 팔, 박쥐 날개, 고래 지느러미)
- 발생학 (배아 단계 유사성)
- 분자 비교 (DNA·단백질 서열의 일치도가 분기 시간과 비례)
- 직접 관찰 (항생제 내성, 핀치 부리 변화)

E. 생리학 — 기관계의 작동

E-1. 항상성(Homeostasis)

체온 36.5℃, 혈당 80~120 mg/dL, 혈액 pH 7.35~7.45 등을 일정하게 유지.

음성 피드백:
  벗어남 감지 → 반대 방향 조절 → 정상 복귀
  예: 체온 ↑ → 땀 → 증발 냉각 → 체온 ↓

양성 피드백 (드물게 일어남):
  증폭 효과
  예: 출산 시 옥시토신, 혈액 응고

E-2. 핵심 기관계 11종

신경계        - 정보 전달·통합 (뇌·척수·말초신경)
내분비계      - 호르몬 (느린·장기적)
순환계        - 혈액 순환 (심장·혈관)
호흡계        - 가스 교환 (폐)
소화계        - 영양 흡수 (위·소장·대장)
배설계        - 노폐물 제거 (콩팥)
면역·림프계   - 외부 침입자 방어
근육계        - 운동
골격계        - 지지·보호·조혈
생식계        - 번식
외피계        - 피부 (외부 경계)

E-3. 신경 전달

뉴런(Neuron):
  세포체 + 가지돌기 + 축삭

활동전위(Action Potential):
  Na⁺·K⁺ 이온 흐름의 빠른 변화
  "전기 신호"

시냅스(Synapse):
  두 뉴런 사이 틈
  신경전달물질(아세틸콜린, 도파민, 세로토닌 등) 분비

E-4. 호르몬 주요 예

인슐린/글루카곤 - 혈당 조절 (췌장)
아드레날린       - 스트레스·각성 (부신)
코르티솔         - 장기 스트레스
갑상선 호르몬     - 대사율
멜라토닌         - 수면 주기
성호르몬         - 에스트로젠·테스토스테론
옥시토신·바소프레신 - 사회적 결합·체액 조절

F. 면역 — 외부 침입에 대한 방어

F-1. 두 시스템

선천면역(Innate):
  태어날 때부터, 모든 침입자에 같은 방식으로
  - 피부·점막의 물리 장벽
  - 백혈구(호중구·대식세포)
  - 보체 단백질
  - 염증 반응

적응면역(Adaptive):
  특정 항원에 맞춤·기억
  - T 세포 (세포성)
    - 도움 T → 다른 세포 활성화
    - 살해 T → 감염 세포 제거
  - B 세포 (체액성) → 항체 생성
  - 기억 세포 → 재감염 시 즉각 반응

F-2. 항원·항체

항원(Antigen): 면역계가 인식하는 외부(또는 비정상) 분자
항체(Antibody): B 세포가 만드는 Y자 단백질, 항원에 결합

작동:
  결합 → 표시 → 다른 면역세포가 처리

F-3. 백신과 면역 기억

원리:
  약화·죽인 병원체(또는 일부) 주입
  → 면역계 학습 → 기억 세포·항체 형성
  → 진짜 침입 시 즉시 박멸

종류:
  - 약독화 생백신 (홍역·볼거리)
  - 사백신 (인플루엔자 일부)
  - 하위단위 (HPV)
  - mRNA (코로나 백신 — 2020 이후 첫 상용)

F-4. 알레르기·자가면역·면역결핍

알레르기:    무해한 것을 적으로 오인 (꽃가루, 음식)
자가면역:    자기 조직을 적으로 오인 (류머티즘, 1형 당뇨)
면역결핍:    면역이 약해짐 (HIV → AIDS, 선천성)

G. 생태학 — 생물과 환경

G-1. 위계

개체 → 개체군(같은 종) → 군집(여러 종) → 생태계(생물 + 비생물) → 생물권

G-2. 에너지 흐름과 영양 단계

태양 → 생산자(식물) → 1차 소비자(초식) → 2차 소비자(육식) → 분해자

10% 법칙:
  각 단계에서 ~10%만 다음 단계로 전달.
  나머지는 호흡·열로 손실.
  → 큰 포식자가 적은 이유.

G-3. 물질 순환

탄소 순환     - 광합성↔호흡, 화석연료
질소 순환     - 질소 고정 박테리아
물 순환       - 증발·강수
인 순환       - 광물·생체

→ 인류가 이 순환을 교란한 결과가 기후 위기·부영양화 등.

G-4. 생물 다양성

종 다양성     - 종의 수와 균일성
유전 다양성   - 한 종 안의 변이
생태계 다양성 - 다양한 서식지

다양성 위협:
  서식지 파괴, 침입종, 오염, 남획, 기후변화
  현재 멸종 속도는 자연 배경의 100~1000배 (6번째 대멸종 진단)

H. 흔히 헷갈리는 용어 사전

종(Species)         - 자연 상태에서 교배해 가임 자손을 낳는 무리 (생물학적 종 개념)
계통(Phylogeny)     - 진화적 관계 (계통수로 표현)
표현형/유전자형     - 보이는 형질 / 유전자 조합
유전자/유전체        - 유전 단위 / 모든 DNA
체세포/생식세포     - 일반 세포(2n) / 정자·난자(n)
효소(Enzyme)        - 단백질 촉매
호르몬(Hormone)     - 신호 분자
대사(Metabolism)    - 동화(분자 만듦) + 이화(분자 분해)
ATP                 - 세포의 "에너지 화폐"

자기 점검 체크리스트

□ 원핵·진핵 세포의 차이를 댈 수 있다
□ 진핵세포 주요 소기관 8개와 역할을 안다
□ DNA → RNA → 단백질 흐름과 코돈 개념을 안다
□ 단백질 구조 4단계를 안다
□ 멘델 두 법칙을 자기 예시로 설명할 수 있다
□ 자연 선택 4 조건을 외운다
□ 종 분화의 두 종류(이소적·동소적)를 구분한다
□ 진화의 증거 5개 이상을 안다
□ 항상성과 음성 피드백의 작동을 안다
□ 선천·적응 면역의 차이를 안다
□ 백신의 작동 원리를 한 단락으로 쓸 수 있다
□ 영양 단계 10% 법칙의 의미를 안다

Comments

// 댓글을 불러오는 중...