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일반생물학_CH 2. 생명체의 화학적 특성_정리

CH 2. 생명체의 화학적 특성2.1 물질은 순수한 형태 혹은 화합물 형태의 화학원소로 이루어져 있다.(1) 원소와 화합물• 물질(matter): 부피와 질량을 가짐. 원소로 구성• 원소(element): 화학반응에 의해서 더 이상 분해되지 않는 물질• 화합물(compound): 두 개 이상의 다른 원소들이 특정 비율로 결합되어 있는 형태구성 원소들과는 다른 화학적, 물리적 특징을 가짐⇒ 창발적 특징(2) 생명체에 필요한 원소들• 자연계에서 발견되는 약 90여 가지의 원소 중 약 20~25%는,생명체가 건강하게 살고 번식을 하기 위해 필요한 필수원소(essential elements)⋅ 미량원소(trace element): 생명체가 매우 소량만을 필요로 하는 원소Ex) 철, 아이오딘(3) 독성원소에 대한 저항성의 진화• 생명체에 독성을 띠는 원소: 비소, 중금속(수은, 납 등) 등• 독성 환경에의 적응• 해바라기: 고농도의 납과 아연, 그 외 중금속 흡수 → 오염된 토양 정화2.2 원소의 성질은 이를 구성하는 원자의 구조에 의해 결정된다(1) 아원자 입자• 원자(atom): 원소의 특성을 유지하고 있는 물질의 가장 작은 단위→ 원자는 아원자 입자(subatomic particle)로 구성• 아원자 입자• 중성자(neutron): 전하 X , 약 1.710-24 g = 약 1 달톤• 양성자(proton): 양전하(+) , 약 1.710-24 g = 약 1 달톤• 전자(electron): 음전하(-) , 1/2000 달톤 → 질량 무시⋅ 원자핵(atomic nucleus): 원자의 밀도가 높은 중앙 부분양성자+중성자로 구성⋅ 달톤(dalton): 원자질량단위(atomic mass unit, amu)와 동일한 단위(2) 원자번호와 원자량• 원자번호(atomic number): 핵의 양성자 수• 질량수(mass number): 핵의 양성자와 중성자의 합• 원자량(atomic number): 원자의 전체 질량 질량수(3) 동위원소• 동위원소(Isotope): 양성자의 ond) 건조된 상태의 이온화합물은 가장 강한 결합• 수소결합(hydrogen bond)• 반데르발스 인력(van der waals interaction)(1) 공유결합(covalent bond)• 공유결합: 두 원자에 의해 한 쌍의 원자가 전자가 공유되는 것• 분자(molecule): 두 개 혹은 그 이상의 원자들이공유결합에 의해 결합• 결합력 = 원자가(valence)= 원자가 껍질을 채우는 데 필요한 전자의 수= 홀전자 개수 ≠ 원자가 전자 개수• 순수 원소(pure elements): 한 가지 원소로 이루어진 분자• 화합물(compunds): 두 개 혹은 그 이상 여러 종류의 원자로 구성된 분자• 전기 음성도(electronegativity) : 공유결합에 관여하는 전자를 끌어당기는 힘⋅ 전기음성도가 높을수록 공유하고 있는 전자를 더 강하게 끌어당김⋅ 같은 원소끼리 공유결합인 경우 → 두 원자의 전기음성도가 같으므로 똑같은 힘으로 공유• 비극성 공유결합(nonpolar covalent bond): 원자들이 전자를 균등하게 공유• 극성 공유결합 (polar covalent bond): 특정 원자의 전기 음성도가 강해서 두 원자가 전자를 불균등하게 공유→ 전자의 불균등한 공유로 인해, 각 원자 혹은 분자에 약한 양전하(+)/음전하(-) 발생(2) 이온결합(ionic bond)두 원자가 원자가전자를 끄는 힘의 차이가 매우 커서 전기음성도가 높은 원자가 상대 원자로부터 전자를 완전히 뺏는다→ 이온(ion) 생성: 반대 전하를 띠고 있는 원자/분자• 양이온(cation): 양의 전하를 갖는 이온• 음이온(anion): 음의 전하를 갖는 이온• 이온결합: 양이온과 음이온의 결합, 반대 전하를 띠고 있는 원자(이온) 사이의 인력⋅ 전자의 전달 자체가 결합을 형성 (X)→ 전자의 전달이 두 개의 이온을 만들어내기 때문에 결합이 형성소듐(Na)과 염소(Cl)이 만나면 Na의 원자가전자가 Cl에 전달되고 두 원자 모두는 이제 원자가껍질이 완전히 채워지게 된다.(Na의 경양빛이 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 포도당C6H12O6)과 산소(O2)로 전환• 모든 화학반응은 가역적이다: 정반응의 생성물은 역반응의 반응물이 된다• 화학 평형(chemical equilibrium): 정반응과 역반응의 속도가 동일, 동적 평형을 의미→ 반응은 계속 일어나고 있지만, 반응물과 생성물의 농도를 변화시키지는 못함→ 평형은 반응물과 생성물의 농도가 동일하다는 의미 X농도가 특정 비율로 안정화되어 변하지 않는다는 의미 O⇒ 생성물이 형성되는 속도 = 반응물로 분해되는 속도⋅ 화학반응의 속도를 조절하는 요인 중 하나 → 반응물들의 농도반응 분자들의 농도가 높을수록 분자들끼리 더 많이 충돌 → 생성물을 더 많이 만들어냄2.5 수소결합으로 인한 물의 특성으로 지구상의 생명현상이 가능하다⋅ 물은 전자의 불균등한 공유와 V자 모양으로 인해 극성 분자(polar molecule)⇒ 전체 전하가 불균등하게 분포→ 산소: 약한 음전하(-) / 수소: 약한 양전하(+)한 물 분자의 수소(+)는 근처 다른 물 분자의 산소(-)에 끌리게 된다→ 두 물 분자는 수소결합→ 수소결합은 끊어지기 쉬움 → 끊임없이 생기고, 끊어지고, 다시 생긴다→ 각 수소결합은 수조분의 1초 정도밖에 지속되지 않지만 지속적으로 다른 분자와 새로운 수소결합 형성• 물 분자의 4가지 창발적 특징• 응집 현상• 온도 조절 능력• 동결 팽창(얼음이 만들어 질 때 부피의 팽창)• 다양한 물질을 녹일 수 있는 용매(1) 물 분자의 응집• 응집(cohesion): 물 분자가 많은 수소결합으로 연결되어 가까이 붙어있는 것• 수소결합으로 인해 생기는 응집은 식물에서 중력을 거슬러 물과 양분을 수송할 수 있게 해줌⋅ 잎에서 물이 증발될 때,수소결합으로 인해 잎맥을 떠나는 물 분자가 아래에 있는 분자를 끌어당김→ 위로 잡아당겨지는 힘은 물수송세포를 따라 뿌리 끝까지 전달→ 흡착력도 이 과정에 관여→ 물 분자가 수소결합에 의해 세포벽에 흡착되는 힘이 중력을 일부 상쇄시킴• 흡착(adhesion, 부착): 한때, 그 아래 남아 있는 액체의 표면이 냉각되는 것→ 가장 큰 운동에너지를 가진(가장 뜨거운) 분자들이 기체상태로 전환될 가능성이 높기 때문에 생김→ 한 학교에서 달리기가 제일 빠른 100명의 학생들이 다른 학교로 전학가면, 남아 있는 학생들의 평균 속도가 느려진다• 물의 증발냉각은 생명체와 물의 온도를 안정하게 유지시켜 줌⋅ 호수와 연못의 안정적인 온도 유지에 기여⋅ 육상 동물들의 체온이 너무 높아지는 것을 방지⋅ 식물의 잎에서 일어나는 물의 증발로 인해, 햇빛 아래에서 잎의 조직들이 너무 데워지지 않음⋅ 땀의 증발은 더운 날, 과격한 운동에 의해 과도한 열이 생겨날 때 체온을 발산해주어 체온이 높아지는 것을 방지→ 습도가 높은 날에는 공기 중 높은 농도의 수증기가 땀의 증발을 방해하기 때문에 불쾌감 증가(3) 얼음이 액체인 물에 뜨는 현상• 얼음에서의 수소결합은 보다 규칙적이어서, 얼음이 덜 조밀하게 되고, 얼음이 액체인 물 위에 뜬다⋅ 0 °C에서 물 분자들은 결정격자 속에 고정되게 되고, 각 물 분자는 4개의 이웃하는 물 분자와 수소결합을 함→ 수소결합은 물 분자들이 ‘팔의 길이’만큼 떨어져 있게 하며, 이 거리로 인해 4 °C의 물보다 약 10% 정도 밀도가 낮아짐→ 0 °C 이상으로 온도가 올라갈 정도로 열을 흡수하면, 분자들 사이의 수소결합이 끊어짐→ 결정이 붕괴됨에 따라 얼음은 녹고, 분자들은 서로 미끄러져 들어가 더 가까이 위치하게 됨⋅ 4 °C 이상의 온도에서 물은 다른 액체들과 마찬가지로, 따뜻해지면 팽창, 차가워지면 수축→ 물은 4 °C에서 밀도가 가장 크다(4) 물: 생명의 용매• 용액(solution): 물질들이 균질하게 섞여있는 액체• 용매(solvent): 녹이는 물질• 용질(solute): 녹는 물질• 수용액(aqueous solution): 물이 용매인 용액• 이온화합물이 물에 녹으면, 각 이온은 물 분자에 의해 둘러싸여 수화껍질(hydration shell) 형성소금(NaCl)을 물에 넣으면, 결정의 표면에서는 Na+와 Cl-은 완전히 해리되어 수산화 이온(OH-)을 형성하고, 수산화 이온(OH-)이 H+이온과 결합하여 물을 형성함으로써, 간접적으로 강염기로 작용한다.• H+와 OH- 이온의 농도가 동일한 용액은 중성이다.• 암모니아(NH3)는 용액에서 H+와 결합하여 암모늄 이온(NH4+)을 형성해 약염기로 작용한다• 이 반응은 가역반응이며, 이중 화살표로 나타낸다• 탄산(H2CO3)는 탄산염이온(HCO3-)과 H+으로 해리되어 약산으로 작용한다가역적으로 수소이온을 방출하기도 하고 받아들이기도 한다구분강염기약염기물에 녹았을 때거의 100% 이온화(해리)부분적으로만 이온화해리 정도완전 해리부분 해리(동적 평형 존재)→ NH3와 NH4+가 동시에 존재물에 넣으면 Na⁺ + OH⁻로 완전히 해리됨물에 넣으면, 물에서 나온 H⁺를 받아서 NH₄⁺로 변함예시NaOH, KOH, Ba(OH)₂ 등NH₃, CH₃NH₂(메틸아민) 등OH⁻ 생성물에 녹자마자 바로 OH⁻ 방출직접 OH⁻를 방출하는 게 아니라 H⁺를 받아서 간접적으로 OH⁻ 농도 증가OH⁻가 직접 H⁺를 받아서H2O 형성→ 즉각적으로 OH⁻을 공급하는 강염기NH₃는 직접 OH⁻를 공급하지 않고,H⁺를 잡아먹음으로써 물 속 OH⁻의 상대 농도를 증가시킴→ 이 반응은 100% 일어나는 게 아니라 일부만 반응하기 때문에→ 약염기결론물에 녹자마자 거의 완전히 해리해서 OH⁻를 직접 방출하는 염기물에 녹은 후, 일부만 H⁺를 받아들이고 간접적으로 OH⁻ 농도를 증가시키는 염기구분강산약산물에 녹았을 때거의 100% 이온화(해리)부분적으로만 이온화해리 정도완전 해리부분 해리(동적 평형 존재)→ H2CO3, HCO3-, H+ 가 동시에 존재물에 넣으면 H⁺ + Cl⁻로 완전히 해리됨물에 넣으면, H2CO3가HCO3-와 H+로 일부만 해리됨예시HCl, HNO₃, H₂SO₄등H2CO3, CH3COOH(아세트산), HF, HCN 등H+ 생성물에 녹자마자 바로 H+ 방출직접 H⁺를 방출하는 게 아니라 일부만 해리되어 H3O⁺(=H+) 농도 증가HCl은 충액

학교| 2025.05.28| 22페이지| 2,000원| 조회(140)

생물학, 생명과학, 일반생물학, 캠벨, 일생, 캠벨 일반생물학

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일반생물학_CH 5. 막을 통한 수송과 세포의 신호 교환_정리

CH 5. 막을 통한 수송과 세포의 신호 교환개요: 생체의 가장자리• 세포막: 세포를 주위 환경과 구분, 선택적 투과성(특정한 물질이 다른 물질에 비해 더 잘 통과)5.1 세포막은 지질과 단백질로 구성된 유동 모자이크이다• 인지질: 양친매성(amphipatic) → 소수성, 친수성 부위 모두 가짐• 인지질 이중층은 물로 차있는 두 공간 사이에 안정한 경계를 형성• 유동 모자이크 모델(fluid mosaic model): 막은 유동성이 있는 인지질 이중층에 단백질 분자가 모자이크처럼 박혀 움직이고 있는 상태(1) 막의 유동성• 막에 위치하는 대부분의 지질과 일부 단백질은 측면 방향으로 이동할 수 있다.• 측면 방향으로의 인지질의 이동은 빠른 반면, 단백질의 이동은 그에 비해 느리다.• 일부 단백질은 방향성 있게 이동하며, 다른 일부는 고정되어 있는 것처럼 보인다.• 일부 단백질은 막에서 떠다닌다.• 불포화 탄화수소 꼬리를 가진 인지질이 막의 유동성 유지• 스테로이드 콜레스테롤 (막 유동성의 buffer역할)-따뜻한 온도(정상 체온)에서는 콜레스테롤이 인지질의 이동을 제한-낮은 온도에서는 막지질이 밀착되게 채워지는 것을 방해하므로 막의 유동성을 유지그림 5.5 막의 유동성에 영향을 주인 요인들(2) 막단백질과 기능(3) 막의 합성과 양면의 차이5.2 막 구조 때문에 선택 투과성이 나타난다• 세포는 세포 경계를 가로지르는 물질의 수송을 조절해야만 한다.• 세포막의 선택적 투과성(selective permeability)- 세포의 물질 수송 조절- 당, 아미노산, 기타 영양 물질은 세포 안으로- 세포 호흡을 위해 산소는 세포 안으로, 이산화탄소는 세포 바깥으로- Na+, K+, Ca2+, Cl- 등과 같은 무기이온은 세포막을 가로질러서 움직임(1) 지질 이중층의 물질 투과성• 인지질 이중층의 중심부는 소수성• 탄화수소와 같은 소수성(비극성) 분자는 막의 지질 이중층에 녹아 들어갈 수 있어 막을 쉽게 통과• 설탕과 같은 극성 분자는 막을 쉽게 통과하지 못함• 물도 비극ein): 친수성의 통로를 가지고 있어,특정한 물질이나 이온 수송- 운반체 단백질이(carrier protein): 특정 분자에 결합하고 모양이 변함으로써막을 가로질러 그 분자를 왕복해 수송5.3 수동 수송(Passive transport)은 에너지투입 없이 물질이 막을 통과하는 확산이다• 확산(diffusion): 분자가 골고루 퍼져나가는 경향• 물질은 농도 기울기를 따라서 농도가 높은 곳에서 농도가 낮은 곳으로 이동 (에너지 소모 x)(1) 물 균형에 미치는 삼투 현상의 영향• 삼투(osmosis): 선택적 투과성을 가진 막을 가로질러자유로운 물 분자가 확산되는 현상• 물은 용질의 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로양쪽의 농도가 같아질 때까지 확산(2) 세포벽 유무에 따른 세포의 물 균형(3) 촉진 확산(facilitated diffusion): 단백질의 도움을 받는 수동 수송• 통로 단백질은 특정한 분자나 이온이 막을 가로질러 이동할 수 있는 전용 통로 제공, 수송 속도↑- 물의 촉진 확산을 위한 아쿠아포린- 자극에 반응하여 열리고 닫히는 이온 통로 (개폐성 통로; gate channel)5.4 능동 수송(active transport)은 농도 기울기를 거슬러 용질을 이동시키기 위해 에너지를 사용한다• 능동 수송은 세포가 주변 환경과는 다른 농도 기울기를 유지할 수 있게 해준다(막전위(membrane potential) 생성).• 능동 수송은 주로 ATP 형태의 에너지를 필요로 한다.• 소듐-포타슘 펌프(sodium-potassium pump): 능동 수송 시스템의 한 종류이며, 원형질막을 가로질러 Na+와 K+ 를 교환 (동물 세포에서 주된 전기 발생 펌프(electrogenic pump))• 양성자 펌프(proton pump): 식물, 곰팡이, 박테리아에서 주요 전기 발생 펌프• 전기 발생 펌프는 세포 내에서 일에 사용될 수 있는 에너지의 저장을 돕는다.(1) 이온 펌프는 어떻게 막전위를 유지시키는가?• 막전위(membrane potential): 막을 • 공동 수송은 수송체가 한 용질의 기울기를 따른 이동을 다른 용질의 전기 화학적 기울기를 거스르는 이동과 연결시킬 수 있을 때 일어난다.• 식물 세포는 양성자 펌프에 의해 생성된 수소 이온의 농도 기울기를 사용하여 세포 안으로 영양 물질을 능동 수송한다.5.5 세포막을 통과하는 집단 수송은 세포외 배출과 세포내 섭취 작용에 의해 일어난다• 작은 용질과 물은 인지질 이중층을 통하거나 수송 단백질에 의해 세포 안과 밖으로 이동한다.• 다당류와 단백질 등의 거대 분자들은 소낭을 사용해 대량으로 막을 통과한다.• 대량 수송은 에너지를 필요로 한다.(1) 세포외 배출(Exocytosis)• 세포외 배출- 수송 소낭이 막으로 이동하고,막과 융합하여 내용물 방출- 소화효소, 호르몬, 신경전달물질 등(2) 세포내 섭취(Endocytosis)• 세포막에서 새로운 소낭을 형성함으로써 분자와 입자들을 받아들인다.• 세포내 섭취의 3가지 형태- 식세포 작용 (phagocytosis)- 음세포 작용 (pinocytosis)- 수용체 매개 세포내 섭취(receptor mediated endocytosis)5.6 세포막은 대부분의 세포 신호 전달에서 핵심적 역할을 담당한다• 다세포 생물에서 세포와 세포의 신호 교환은 체내의 여러 세포가 그들의 활성을 통합적으로 조절할 수 있게 해준다.• 신호 교환 과정에는 대개 세포의 원형질막이 관여한다.• 세포 사이의 신호 교환은 여러 단세포 생물에서도 필수적이다.(1) 근거리 신호 전달• 직접적인 접촉에 의한 신호 교환: 동물세포의 간극연접, 식물세포의 원형질 연락사• 신호를 보내는 세포에서 국소 조절자라는 신호 분자 분비 (아주 짧은 거리만 이동)→ 측분비 신호 전달(paracrine signaling)• 시냅스 신호 전달(synaptic signaling): 한 신경 세포를 따라 전달된 전기 신호가 신경 전달 물질의 분비를 유도하여 발생(2) 원거리 신호 전달• 호르몬(hormone) 사용• 내분비 신호 전달이라 불리는 동물의 호르몬 신호 전달드; ligand)와 수용체가 특이적으로 결합하여 수용체의 구조 변화를 일으킨다.• 대부분의 신호 수용체는 세포막 단백질이다.• 리간드는 대체로 너무 커서 세포막을 자유롭게 이동 할 수 없다.(4) 세포막의 수용체• 대부분의 수용성 신호 분자는 세포막을 관통하고 있는 수용체 단백질의 특정부위에 결합한다.• 막 수용체의 두 주요 형태- G 단백질 결합 수용체- 리간드 개폐성 수용체• G 단백질 결합 수용체(G protein coupled receptor, GPCRs)- 에너지가 큰 분자인 GTP와 결합- 포유 동물에서는 배아의 발생, 시각, 냄새, 맛, 감각까지 포함한 다양한 기능 담당- G 단백질 기능 억제 세균 독소에 의한 질병: 콜레라, 백일해, 보툴리누스 중독 등• 리간드 개폐성 이온 통로(ligand-gated ion channel):수용체의 구조가 변화할 때 이온에 대한 “관문”으로써 작용• 신호 분자가 리간드로서 수용체에 결합하면 관문이 열려Na+ 또는 Ca2+ 등과 같은 특정 이온이 수용체의 통로를 통해 이동할 수 있게 해준다.(5) 세포내 수용체• 표적 세포의 세포질이나 핵에 위치• 작거나 소수성인 화학 신호 전달자는 막을 쉽게 통과하여 수용체를 활성화- 동물의 스테로이드, 갑상샘 호르몬,동물과 식물의 일산화질소(NO) 등- 알도스테론(스테로이드 호르몬의 일종)호르몬은 수용체 단백질에 결합하여수용체를 활성화- 활성화한 수용체는 핵으로 들어가전사 인자로써 작용하여 물과 소듐의 운반을조절하는 유전자의 발현 촉진(6) 연쇄적인 분자 간 상호 작용에 의한 신호의 전달• 신호 전달은 대개 여러 단계로 일어난다.• 다단계 경로는 신호를 증폭할 수 있다. 몇 개의 분자 만으로도 큰 세포의 반응을 만들어 낼 수 있다.• 다단계 경로는 단순한 시스템보다 세포 반응을 통합하고 조절할 수 있는 기회를 더 많이 제공한다.• 도미노가 쓰러지듯이 수용체는 다른 단백질을 활성화하고 이것은 다음 단백질을 활성화하며,순차적인 활성화 과정이 세포의 반응을 일으키는 단백질이 활성백질 활성-인산기 제거: 신호전달 경로 차단• 단백질 인산화 효소(protein kinase): ATP로부터 단백질로 인산기 전달(인산화)• 단백질 탈인산화 효소(protein phosphatase): 단백질에서 인산기를 제거(탈인산화)• 인산화 연쇄 반응(phosphorylation cascade): 인산화와 탈인산화를 포함하는 신호 전달 경로(8) 2차 전달자로 사용되는 작은 분자와 이온들• 세포외 신호 분자(리간드)는 경로의 “1차 전달자”• 2차 전달자는 작고 단백질이 아니며 수용성인 분자 또는 이온으로써 세포 내에서 확산- 고리형 AMP (cyclic adenosine monophosphate, cAMP), 칼슘 이온: 광범위하게 사용되는 2차 전달자- 아데닐산 고리화 효소: 세포막에 있는 효소로써, 다양한 세포외 신호에 반응하여 ATP를 cAMP로 빠르게 전환(9) 반응: 전사 또는 세포질 내 활성 조절• 하나의 신호 전달 경로는 하나 또는 여럿의 세포 활성 조절• 반응은 세포질이나 핵에서 발생- 여러 신호 전달 경로가 효소나 단백질의 합성을 조절→ 대개 핵에서 유전자의 발현을 촉진하거나 억제- 다른 경로는 효소의 기능을 조절하고 이온 통로를 열거나 세포대사의 변화 야기요약• 세포막은 지질과 단백질로 구성된 유동 모자이크이다.– 인지질 이중층, 양친매성 단백질– 콜레스테롤 (온도 변화에 의한 유동성 변화 대응)• 막 구조 때문에 선택 투과성이 나탄다.– 선택 투과성, 수송체 단백질• 수동수송은 에너지의 투입 없이 물질이 막을 통과하는 확산이다.– 농도기울기에 따른 확산– 고장액, 등장액, 저장액– 촉진 확산: 이온통로• 능동 수송은 에너지를 사용해서 농도기울기를 거슬러 용질을 이동시킨다– 화학적 기울기, 공동수송• 세포외배출과 세포내섭취 작용으로 세포막을 통한 대용량의 수송이 일어난다.– 세포내섭취, 식세포작용, 음세포작용, 수용체 매개 세포내섭취• 세포막은 대부분 세포 신호전달에서 핵심적 역할을 한다.– 단거리: 직접 접촉, 측분비 신호전달, 시냅온)

학교| 2025.05.28| 16페이지| 2,000원| 조회(96)

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CH 3. 생명의 탄소와 분자 다양성3.1 탄소 원자는 4개의 다른 원자와 결합하여 다양한 분자를 형성한다• 살아있는 생물체는 대부분 탄소 원소(C)에 기초한 화학 물질로 이루어져 있다• 유기 화합물(organic compound): 탄소를 포함한 화합물• 모든 생물체는 4가지 주요 분자로 이루어져 있다• 탄수화물(Carbohydrates)• 지방(Lipids)• 핵산(Nucleic acids)• 단백질(Proteins)(1) 탄소와의 결합 형성• 4개의 원자가 전자를 가지는 탄소는 다양한 원자와 4개의 공유 결합을 형성할 수 있다.→ 크고 복잡한 분자를 만들 수 있게 한다.탄소 개수결합 개수1Meth1개Single bond-ane2Eth3Prop4But2개Double bond-ene5Pent6Hex⋅ 유기 분자에서 탄소는 대개 단일 혹은 이중 공유결합 형성• 원자가(valence): 형성할 수 있는 공유결합의 수 = 원자가껍질에서의 홀전자 개수(2) 탄소골격의 변이에서 유래된 분자 다양성1) 탄화수소• 탄소 사슬은 대부분의 유기 분자의 골격을 형성한다• 탄소 원자는 다른 탄소 원자와 공유결합을 형성하여 원자를 사슬로 연결시킨다• 탄화수소(hydrocarbons): 탄소와 수소로만 이루어진 유기 분자2) 이성질체• 이성질체(Isomers): 같은 원소의 원자 수는 같지만 구조와 성질이 다른 화합물동일한 종류의 원소로 이루어져 있으나 그 배열 구조가 달라서 성질도 다른 화합물• 구조 이성질체(Structural isomers): 구성 원소들 사이의 공유 결합 배열이 다른 것이중결합의 위치가 달라질 수도 있음• 시스-트랜스 이성질체(cis-trans isomer): 탄소는 동일한 원자에 공유결합을 갖지만,원자는 이중결합의 경직성 때문에 공간 배열이 다른 것탄소와 원자들 사이의 공유결합 위치는 공일하지만, 회전이 제한된 이중결합을 중심으로 그 공간적 배열이 달라진 것• 거울상 이성질체(enantiomer): 서로 대칭 이미지로, 비대칭 탄소의 존재로 인해 모양이 다량체(monomer): 중합체의 소재 역할을 하는 반복 단위(1) 중합체의 합성과 분해효소(enzyme): 화학반응의 속도를 높이는 특별한 거대 분자축합반응(condensation reaction): 하나의 단량체를 다른 단량체 또는 중합체에 연결하는 반응→ 이 반응에서 두 분자가 서로 공유결합으로 결합되면서 작은 분자가 소실→ 물 분자가 소실된다면 탈수반응(dehydration reaction)→ 이를 반복하면 단량체가 차례로 사슬에 첨가되어 중합체의 길이가 늘어남• 중합체 결합: 탈수반응으로 두 개의 단위체가 물 분자의 손실을 통해 결합 = 축합반응가수분해(hydrolysis): 탈수반응의 역과정, 물을 사용해 분해→ 단량체 간의 결합은 물 분자가 첨가되면서 끊어짐→ 물 분자의 H+는 한 단량체에 결합, OH-는 인접한 다른 단량체와 결합• 중합체 분해: 물에 의한 단위체로 분해되는 가수분해 반응• 반응은 효소에 의해 촉진됨⋅ 각 종류의 거대 분자들은 개별 구성 성분에서는 볼 수 없는 창발적 특성을 가지고 있다3.3 탄수화물은 연료와 구성물질의 역할을 한다• 탄수화물(carbohydrates): 당과 당 중합체를 포함한다- C+H2O ➔ Cn(H2O)n ➔ CnHn(OH)n- 가장 단순한 탄수화물은 단당류(monosaccharides) 또는 단순당(sugars)이당류: 2개의 단당류가 공유결합에 의해 연결된 당- 탄수화물 거대 분자(다당류)는 많은 당의 구성요소들이 탈수반응으로 연결된 중합체(1) 당• 단당류(monosaccharides)는 보통 CH2O의 배수인 분자식• 가장 일반적인 단당류: 포도당(glucose)(C6H12O6)포도당의 구조는 당의 대표적 특징 → 1개의 카르보닐기(>C=O)와 많은 수산기(-OH)로 구성• 단당류는 탄소 골격에 있는 탄소의 수와 카르보닐기의 위치에 따라 분류된다.⋅ 카르보닐기가 선형의 당 분자 맨 끝에 부착 가능 → 포도당처럼내부 탄소에 부착 가능 → 과당처럼→ 그래서 당은 알데하이드 또는 케톤⋅ 당 분자의 탄소 골격 균류에서 세포벽의 구성 물질인 다당류⋅ 키틴은 포도당 단량체에 질소를 포함하는 잔기가 붙어있는 것을 제외하고는 셀룰로스와 유사함3.4 지질은 다양한 종류의 소수성 분자들이다• 지질(lipids)은 진정한 고분자를 형성하지 않는다. (거대분자라고 여길만큼 크지는 않다)• 지질은 비극성 공유 결합을 형성하는 탄화수소로 주로 구성되기 때문에 소수성이다.• 생물학적으로 가장 중요한 지질- 중성지방(triglyceride)- 인지질(phospholipids)- 스테로이드(steroids)(1) 지방⋅ 지방은 중합체 X → 탈수반응에 의해 작은 분자들로부터 조립된 큰 분자• 지방(fat) = 1 글리세롤(glycerol)+3 지방산(fatty acids)- 글리세롤: 각 탄소에 수산기가 부착된 3-탄소 알코올 (탄소 3개인 알코올)- 지방산: 한 쪽 끝에 카르복실기를 가진 긴 탄소 골격 (카르복실기를 제외한 부분은 탄화수소 사슬)⋅ 지방이 소수성인 이유: 지방산의 탄화수소 사슬에 있는, 상대적으로 비극성인 C-H 결합 때문→ 물 분자는 다른 물 분자와 수소결합을 하고, 지방을 배제함⋅ 지방을 만들려면, 각 지방산 분자가 탈수반응에 의해 글리세롤에 결합⇒ 에스터 결합 : 수산기(-OH)와 카르복실기(-COOH) 간의 결합⋅ 완성된 지방은 하나의 글리세롤 분자에 3개의 지방산이 결합되어 있음➔ 지방의 다른 명칭: 트리아실글리세롤(triacylglycerol) 또는 트리글리세라이드(triglyceride)• 지방산은 길이(탄소의 수)와 이중 결합의 위치가 다양하다.- 포화 지방산(saturated fatty acid): 이중 결합 x사슬 사이에 이중결합이 없으면 H는 탄소 골격에 가능한 한 많이 붙게 된다→ 수소에 의해 포화 상태⇒ 포화지방은 실온에서 고체- 불포화 지방산(unsaturated fatty acid): 1개 또는 그 이상의 이중 결합이중결합을 하는 탄소 하나당 한 개의 H를 적게 가진다 → 불포화→ 시스 구조를 가진 이중결합은 탄화수소 사슬에 꺾임 구조를 만든 띰둘 다 전하를 띠므로 친수성 아미노산⋅ 아미노기와 카르복실기는 모두 이온화 형태로 표기 → 세포내 pH 조건에서 일반적으로 존재하는 형태이기 때문⇒ 물은 극성(+)이 강한 분자라서, 주변 분자랑 H⁺를 주고받으려고 함→ 아미노산의 카르복실기(-COOH) 와 아미노기(-NH2)는-COOH는 원래 H⁺를 잘 내놓으려는 성질 / -NH2는 H⁺를 잘 받아들이려는 성질=> 자연스럽게 이온화됨* 작용기를 보고 친수성인지 소수성인지만 알면 됨→ C랑 H로만 이루어진 것 + S, NH 만 있는 건 친수성→ OH, SH, NH2 있는 건 소수성(2) 폴리펩타이드(아미노산의 중합체)한 아미노산의 카르복실기(-COOH)가 다른 아미노산의 아미노기(-NH2)에 인접하게 놓이면,물 분자가 제거되는 탈수반응에 의해 두 아미노산이 연결→ 그 결과로 생긴 공유결합을 펩티드 결합이라고 함→ 이 과정이 계속 반복되면서 많은 아미노산이 펩타이드 결합에 의해 연결된 중합체인 폴리펩타이드가 생성• 펩티드 결합(peptide bonds): 아미노산 단위체 간의 결합• 폴리펩타이드(polypeptides): 아미노산의 중합체- 몇 개 아미노산 ~ 수천 개 또는 그 이상의 아미노산- 각 폴리펩타이드는 카르복실 말단(C-말단)과 아미노 말단(N-말단)을 가지는 선형 구조(3) 단백질의 구조와 기능• 폴리펩타이드의 아미노산 서열은 단백질의 3차원 구조 유도➔ 단백질의 구조가 그 기능을 결정• 기능성 단백질은 하나 또는 그 이상의 폴리펩타이드가 정밀하게 꼬이고, 접히고, 감겨 독특한 형태를 구성⋅ 단백질이 갖게 될 3차원적 구조를 결정해 주는 것은 폴리펩타이드의 아미노산 서열이다⋅ 단백질 기능은 정교한 분자 순서에 의해 나타나는 창발적 특성이다.1) 단백질 구조의 4단계2차 구조는 골격 구성 성분 간의 상호작용에 의한 것이지만, 3차 구조는 다양한 아미노산의 곁사슬, 즉 R기 간의 상호작용에 의한 폴리 펩타이드의 총체적인 형태이다.3차 구조에 기여하는 상호작용 중 한 유형은 소수성 상호작용(hydrop 직접 폴리펩타이드를 생산하고, 이는 단백질의 전체 혹은 일부분으로 접히게 됨단백질을 합성하는 장소: 리보솜(작은 세포 구조물)진핵세포에서 리보솜은 핵과 원형질막 사이의 부위인 세포질 내에 위치하고 있으며, DNA는 핵 내에 있다.전령 RNA는 단백질을 합성하라는 유전적 지시를 핵으로부터 세포질로 전달한다.원핵세포는 핵이 없지만 리보솜과 세포의 다른 장치로 DNA 메시지를 전달하여 암호화된 정보를 아미노산 서열로 번역하는 과정에서 RNA를 사용한다.(2) 핵산의 구성 성분• 뉴클레오타이드 단위체: 하나 이상의 인산기, 5탄당, 질소성 염기로 구성• 뉴클레오사이드: 인산기를 제외한 뉴클레오타이드• 핵산: 뉴클레오타이드 단위체로 만든 중합체 (= 폴리뉴클레오타이드)각 질소성 염기는 질소 원자를 갖는 하나 또는 두 개의 고리를 가지고 있다.(질소 원자는 용액으로부터 H+를 받아들이는 경향이 있어 염기로 작용하기 때문에 질소성 염기라고 부른다.)질소성 염기 종류- 피리미딘(pyrimidine}: 탄소와 질소 원자로 구성된 하나의 육각형 고리로 되어 있다.→ 피리미딘 종류: 사이토신(cytosine, C), 타이민(thymine, T), 유라실(uracil, U)- 퓨린(purine): 피리미딘보다 크고, 육각형 고리가 오각형 고리와 합쳐져 있다.→ 퓨린 종류: 아데닌(adenine, A)과 구아닌(guanine, G)* 타이민은 DNA에서만, 유라실은 RNA에서만 발견당의 종류DNA에는 디옥시리보오스(deoxyribose)가 있고, RNA에는 리보오스(ribose)가 있다질소성 염기와 당을 합한 구조를 뉴클레오사이드라고 한다.뉴클레오사이드를 뉴클레오타이드로 만들기 위해서는 당의 5’ 탄소에 인산기를 붙여야 한다이렇게 인산이 부착된 분자는 이제 뉴클레오타이드(뉴클레오사이드 일인산염)이 된다.(3) 뉴클레오타이드 중합체뉴클레오타이드를 연결하여 폴리뉴클레오타이드를 형성하는 과정은 탈수반응을 포함한다폴리뉴클레오타이드에서 인접한 두 뉴클레오타이드는 인산디에스테르 결합(phos

학교| 2025.05.28| 30페이지| 2,000원| 조회(164)

생물학, 생명과학, 일반생물학, 캠벨, 일생, 캠벨 일반생물학

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CH 4. 세포로의 여행개요: 생명체의 기본 단위• 모든 생명체는 세포로 구성되어 있다.• 세포는 살아가는데 필요한 최소한의 물질을 모아 놓은 형태이다.• 모든 세포는 그들의 조상 세포와 연관성이 있다.• 세포들이 서로 상당히 달라 보여도 공통된 특징을 가지고 있다.4.1 생물학자들은 세포 연구를 위해 현미경과 생화학적 도구를 이용한다(1) 현미경1) 광학 현미경(Light microscope, LM)• 광학 현미경: 가시광선이 표본과 렌즈를 통과하고 렌즈가 빛을 굴절시켜 상을 확대 (~1,000배)• 현미경의 세 가지 중요한 척도- 배율(Magnification): 물체의 이미지와 실제 크기의 비율- 해상력(Resolution): 가까운 두 점이 분리되어 보이는 최소한의 거리- 대비(Contrast): 시료 내 명암 차이 (대비를 높이기 위해 염색, 표지 등 방법 사용)2) 전자 현미경(Electron microscope, EM)• 가시광선 대신 전자빔 사용• 가시광선의 파장보다 전자빔의 파장이 짧아 높은 해상력을 가짐주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)투과 전자 현미경(transmitting electron microscope, TEM)샘플의 표면에 전자빔을 쏘아 3차원상을 제공전자빔이 샘플을 투과,주로 세포의 내부 구조를 연구하기 위해서 이용• 광학 현미경의 기술적 발전- 분자나 구조를 형광 표지로 표지하여 자세하게 볼 수 있게 됨- 공초점 현미경과 다른 형태의 현미경들을 이용하여 조직이나 세포의 상을 정밀하게 볼 수 있게 됨- 새로운 기술과 표지 방법을 통해 해상력을 향상시켜 10–20 mm의 작은 구조를 볼 수 있게 됨• 초저온 전자 현미경(Cryo-electron microscopy, cry-E.M): 극단적으로 낮은 온도에서 샘플을 보존하여, 원래의 세포 환경에서 구조 확인 가능(2) 세포 분획(Cell fractionation)• 세포 분획법: 세포를 파쇄하여 원심분리를 통해 세포소기관을 분리하는 기술-의 막 단백질로 구성-세포의 대사과정에 직접적으로 참여• 효율적인 물질대사를 위해 세포의 표면적 대 부피의 비가 매우 중요• 표면적은 n2 으로 증가하며, 부피는 n3 으로 증가• 작은 세포는 부피에 비해서 상대적으로 좀 더 큰 표면적 가짐(2) 진핵세포의 개관4.3 진핵세포의 유전 정보는 핵 안에 있으며, 리보솜에 의해 번역된다(1) 핵: 세포내 유전 정보 센터• 핵(nucleus): 세포내 유전자의 대부분을 포함 (보통 가장 잘 보이는 소기관)• 핵막(nuclear envelope): 핵을 둘러싸고 있으며 핵을 세포질부터 분리- 이중막(double membrane)으로 되어 있으며, 각 막은 인지질 이중층으로 되어 있음• 핵공복합체(nuclear pore complex): 핵으로의 분자 출입 조절• 핵막 하층(nuclear lamina): 핵의 모양 보호, 중간섬유의 망상구조• DNA는 핵 속의 염색체(chromosome)에 존재• 염색체: 염기성 히스톤(histone) 단백질과 결합된 하나의 긴 DNA 사슬• 염색사(chromatin): DNA+히스톤- 염색사는 세포가 분열기로 들어가면서 염색체를 형성하기 위하여 응축• 인(nucleolus)- 핵 안에 있으며, DNA 정보를 바탕으로 rRNA를 합성하는 장소- 세포질로부터 유입된 단백질과 rRNA 복합체를 이루어 리보솜(대단위체+소단위체) 생성(2) 리보솜: 단백질 공장• 리보솜(Ribosomes): rRNA와 단백질의 복합체- 자유 리보솜(free ribosome): 세포질에 위치→ cytoplasmic protein (설탕 분해 효소 등) 합성- 부착 리보솜(bound ribosome): 조면소포체의 외부나 핵막에 부착→ secretory protein (소화효소, 스테로이드 등) 합성4.4 내막계는 단백질 이동, 변형을 조절하고 물질대사 기능을 수행한다• 내막계(endomembrane system)의 성분- 핵막(Nuclear envelope)- 소포체(Endoplasmic reticulum, ER가 수송소낭의 형태로 다른 내막계로 전달)• 활면 소포체(smooth ER)- 지방을 합성- 탄수화물 대사에 관여- 약물과 독성 물질을 해독 (대체로 –OH 기 붙여 용해도↑)- 근육세포에 존재하는 활면소포체는 칼슘 이온 저장(2) 골지체: 운반하고 받는 장소• 골지체(Golgi apparatus): 시스터나 (cisternae; 납작한 막성 구조물들이 층층이 쌓여 있는 구조)라고 불리는 편평한 막 주머니- 시스(cis)면, 트랜스(trans)면• 골지체의 기능– 물질을 분류 → 소낭으로 수송– 소포체 산물을 변형 (chemical modification)– 일부 고분자 합성– 리소좀(Lysosome) 생산(3) 리소좀: 소화 기관• 리소좀(lysosome): 고분자를 분해하는 가수분해 효소(hydrolytic enzyme)가 들어있는 막 주머니- 리소좀 효소는 리소좀 내부의 산성 환경에서 가장 잘 작용(리소좀이 망가져서 세포질로 효소가 새어나와도 세포질의 중성 pH 환경에서는 효소 활성이 낮음)- 일부 세포는 식세포 작용(phagocytosis)에 의해 다른 세포를 삼켜 식포(food vacuole)를 형성→ 리소좀은 식포와 융합하여 물질 소화• 리소좀의 자가 소화 과정(autophagy): 효소의 작용으로 세포 자신의 소기관과 고분자들을 재사용(3) 액포: 다양한 기능을 수행하는 소기관• 액포(Vacuoles): 소포체와 골지체로부터 나온 커다란 주머니• 식포: 동물세포의 식세포 작용에 의해서 형성- 담수 원생생물(예: 짚신벌레)의 수축포(Contractile vacuoles): 과도한 물을 외부로 배출 → 스스로 수분 균형 유지- 식물이나 균류의 액포: 리소좀과 같은 가수 분해 효소를 가지고 있으며, 식물에서 유기 물질 포함- 중심 액포(Central vacuoles): 성숙한 식물 세포에서 발견, 무기 이온(K+, Cl-) 보관소4.5 미토콘드리아와 엽록체는 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있다• 미토콘드리아(mitochondria): 산소 합성하는 효소 작용을 돕기 위해 넓은 표면적 제공)• 막 사이 공간: 양성자 동력 형성• 기질(mitochondrial matrix): 기질의 효소들에 의해 세포 호흡의 일부 대사 단계 수행+ 미토콘드리아의 DNA와 리보솜 존재(3) 엽록체: 빛에너지의 획득• 엽록체: 엽록소(chlorophyll) 및 광합성 과정에서 작용하는 효소 및 다른 분자 보유- 이중막: 외막, 내막- 틸라코이드(Thylakoids): 막 주머니로 쌓여서 그라나(granum) 형성- 스트로마(Stroma): 엽록체 내부 액체 성분(효소, 엽록체 DNA, 리보솜 포함)(4) 퍼옥시좀: 산화 작용• 퍼옥시좀(Peroxisomes): 단일막으로 둘러 싸인 특화된 대사가 일어나는 소기관- 과산화수소(H2O2)를 생산하며 물로 전환시킨다- 간에서 알코올과 다른 해로운 화합물을 해독한다- 어떻게 진화되었는지는 알려져 있지 않다4.6 세포 골격은 섬유들의 그물망 구조로 세포 내의 구조와 활동을 조직화한다• 세포 골격(cytoskeleton): 세포질을 통해 뻗어나가는 섬유소 망(네트워크)- 세포의 구조와 활동성을 조직화(1) 세포 골격의 역할: 지지 및 운동성• 세포를 지지하고 모양 유지• 많은 소기관과 분자들을 고정하지만, 또한 매우 역동적이기도 함• 세포 골격은 운동 단백질과 상호 작용하여 운동할 수 있도록 한다.• 세포 내부에서 소낭과 다른 소기관들은세포 골격에 의해서 제공된 트랙을 따라 운동 단백질을 이용하여 이동할 수 있다.(2) 세포 골격의 구성 물질• 섬유소의 3가지 형태: 미세소관 > 중간섬유 > 미세섬유1) 미세 소관(Microtubules)• 중심체(Centrosomes), 중심립(Centrioles)- 동물 세포에서 미세 소관은 핵 가까이의 중심체로부터 자란다.• 중심체는 한 쌍의 중심립을 가지고 있으며,각 중심립은 3개의 미세 소관이 한 단위(triplet)가 되어 9세트가 둥글게 배열된 구조→ 움직이지 않는 미세소관 (9 triplet+0)• 방추사를 만드는 구조물 (염색체하여 일부 동물의 세포에서만 발견• 소기관들이 제 자리에 있도록 고정하고 지지• 미세 섬유 및 미세 소관보다 더 영구적인 세포 골격4.7 세포 간의 연결과 세포외 구성 물질을 통해 세포 활동이 조절된다• 원형질막은 일반적으로 살아있는 세포의 경계로 간주되지만,대부분의 세포는 원형질막 외부에 있는 물질을 합성하고 분비한다.• 이렇게 분비된 물질이 세포 밖에 있을지라도, 세포외 물질은 세포의 많은 기능에 관여하고 있다.(1) 식물의 세포벽• 세포벽(cell wall): 식물 세포의 세포외 구조- 식물 세포 보호, 모양 유지, 과도한 물 수용 억제- 셀룰로오즈 섬유소로 구성• 식물 세포벽의 여러 층- 1차 세포벽(Primary cell wall)⋅ 상대적으로 얇고 유연- 중간 라멜라(Middle lamella)⋅ 인접한 세포들의 1차 세포벽 사이의 얇은 층⋅ 펙틴(다당류)으로 구성- 2차 세포벽(Secondary cell wall) (일부 세포)⋅ 원형질막과 1차 세포벽 사이에 있는 층(2) 동물 세포의 세포외 기질(ECM)• 동물 세포는 세포외 기질(extracellular matrix, ECM)로 둘러싸임 (세포벽x)• 세포외 기질: 콜라젠, 프로테오글리칸, 피브로넥틴과 같은 당단백질로 구성(3) 세포간 연접• 동식물 세포에서 이웃하는 세포들은 직접적인 접촉을 통해서 서로 상호 작용하거나 교신을 한다.• 여러 형태의 세포간 연접- 원형질 연락사(Plasmodesmata): 식물세포- 밀착 엽접(Tight junctions)- 데스모좀(Desmosomes)동물세포- 간극 연접(Gap junctions)1) 식물 세포의 원형질연락사• 원형질 연락사(Plasmodesmata): 식물 세포벽을 뚫고 지나가는 통로• 원형질 연락사를 통해서 물과 작은 용질들과 때로는 단백질과 RNA도 세포 간에 이동 가능2) 동물 세포의 밀착 연접, 데스모좀, 간극 연접개념: (세포) 생명체의 기본 단위인 세포는 세포소기관의 집합 이상의 의미를 지닌다요약• 생물학자들은 세포 연구를 위해 닌다.

학교| 2025.05.28| 26페이지| 2,000원| 조회(77)

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일반화학실험_질량과 부피 및 밀도 예비보고서

일반화학실험질량과 부피 및 밀도 보고서① 학번 및 이름 :② 실험 날짜 :③ 실험 목적 : 화학실험에서 가장 기본적으로 알아야 할 물리량인 질량, 길이, 부피, 온도를 직접 측정해보고 물질의 밀도를 계산해봄으로써 Chemical balance와 Pipette Filler, Vernier calipers 등의 각종 실험 기구의 사용법을 익히고 정량분석의 의미와 기본적인 물리량의 개념, 측정의 정확도 및 유효 숫자의 의미를 이해한다.④ 실험 원리1) 측정과 단위과학적 관찰의 방법은 크게 두가지 방식으로 나눌 수 있다. 정성적인 관찰과 정량적인 관찰이 그 두 가지 방법이다. 정성적인 관찰은 어떤 사건이나 현상에 대한 묘사 등의 성질을 보는 관찰이고, 정량적인 관찰은 주로 측정을 이용하는 관찰이다. 정량적인 관찰은 항상 측정을 동반하므로 측정하는 행위 자체를 정량적인 관찰이라고도 할 수 있다.정량적인 관찰, 즉 측정은 두 부분으로 나뉘어진다. 측정한 물리량의 크기인 수(number)와 어떠한 물리량을 측정하였는지에 대한 단위(unit)이다. 수와 단위가 함께 나타나야 측정값으로써의 의미를 갖게 된다. 국제단위계(System International)는 여러 종류가 있지만 그 중에 가장 빈번하고 기본적으로 쓰이는 7개의 단위가 있다. 길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 물질의 양, 광도 등이 바로 그 기본 단위이다.기본량(기호)SI 기본 단위명칭기호길이미터m질량킬로미터kg시간초s전류암페어A온도켈빈K물질의 양몰mol광도칸델라cd2) 측정값의 불확실도와 유효숫자측정값을 나타낼 때에는 수와 단위를 함께 나타내어야 그 의미를 제대로 보전할 수 있다. 측정한 값의 신뢰도를 나타내는 지표로써 정밀도(Precision)와 정확도(Accuracy)가 있다. 정밀도는 동일한 조건 하에서 같은 양을 여러 번 반복 측정을 하는 경우 측정한 값들이 서로 얼마나 가깝게 나오는가를 나타내는 척도로서 측정한 값의 편차가 적으면 적을수록 정밀하다고 할 수 있다. 정확도는 측정한 값이나 근삿값이 참값과 참값의 차이인 오차가 적으면 적을수록 이 측정값이나 참값의 정확도가 높다고 하고, 오차를 참값으로 나눈 오차율이 적으면 정밀도가 높다고 한다.정밀도를 높이기 위해서는 정밀한 기기를 사용하여야 하고, 이러한 정밀한 기기들을 사용하여 얻은 측정값들은 일반적으로 정확도가 높은 것으로 가정한다.하지만 아무리 정밀하게 측정을 하고 측정 횟수를 늘린다고 한들, 아주 정확한 참값을 찾는 것은 불가능하다. 따라서 참값에 가장 가까운, 즉 오차가 가장 적은 값을 찾아내는 것이 목표인 것이다. 측정한 값은 항상 오차가 존재하기 때문에 과학에서 수를 적을 때에는 유효숫자를 사용하여 측정값에서 오차를 고려해도 신뢰할 수 있는 숫자를 적는다.그 수를 구성하는 숫자들의 개수가 의미를 가지고 있는 것을 유효숫자라고 한다. 유효숫자에서 가장 끝자리 숫자는 불확실한 수이며, 그 바로 앞자리 수까지는 확실한 수이다.이때 유효숫자의 가장 마지막 숫자는 그 다음 자리의 수를 반올림하여 생기는 정도의 오차를 포함하는 것으로 가정한다. 따라서 측정한 숫자를 적을 때에는 최소 눈금보다 한자리 아래까지 읽거나, 그 다음 자리의 수를 반올림하여 적어야 한다.모든 측정값에는 항상 불확실도가 존재한다. 측정값의 정밀도, 불확실성은 측정 장치의 정밀도에 의해 결정되는데, 이는 측정 횟수를 충분히 늘림으로써 점차 줄여나갈 수가 있다. 실험을 반복하면 할수록 그 평균값은 참값에 가까워진다고 볼 수 있다. 실험의 결과는 반복하여 측정한 값의 평균값과 함께 불확실도를 기록하는 것이 가장 이상적인데, 이때 불확실도는 표준 편차를 이용하여 나타낸다.위의 공식에서는 불확실도를 나타내고, 은 측정 횟수, 는 측정값, 는 측정값의 평균값을 나타낸다. 측정 횟수가 많을수록 불확실도는 낮아진다. 측정 횟수가 적을 경우에는 확실한 모든 자리 숫자와 불확실한 첫 자리 숫자를 적는다.3) 밀도밀도는 물질이 가지고 있는 고유한 특성이기 때문에 일반적으로는 바뀌지 않는다. 따라서 어떤 물질인지를 결정하고 그 양을 정하는 데에 유용하으로 계산할 수 있어서 물체의 부피와 질량만 알면 밀도를 알 수 있다. 물체의 부피와 질량은 쉽게 알 수 있기 때문에 밀도 또한 실험실에서 쉽게 결정할 수 있다. 질량의 SI 기본 단위는 kg이고, 부피의 SI 기본 단위는 이기 때문에 밀도의 SI 기본 단위는 kg/이다. 관용적으로도 많이 쓰이는 단위는 g/mL이다.일반적으로 기체는 입자들끼리 멀리 떨어져있어 잘 접촉하지 않고, 서로 무질서하게 운동한다. 또한 입자들간의 거리가 멀기 때문에 서로에게 작용하는 인력이 거의 없다. 액체는 비교적 기체보다는 입자들이 가깝게 붙어있어서 빈번하게 접촉이 일어나며, 약간의 인력이 작용하고 액체를 담는 용기에 따라 모양이 유동적으로 바뀐다. 고체는 입자들이 매우 가깝게 붙어있기 때문에 서로 간에 강한 인력이 작용하고, 매우 견고하다는 점이 특징이다.밀도는 단위 부피당 질량으로 계산하기 때문에 동일한 부피에 입자가 가장 많이, 가깝게 붙어있는 고체가 상대적으로 밀도가 가장 높고 액체, 기체 순으로 밀도가 높다.용액에 물질을 넣었을 때 용액의 밀도가 물질의 밀도보다 크면 물질은 용액의 표면으로 둥둥 뜨게 되며, 물질의 밀도가 용액의 밀도보다 크면 물질은 용액 속으로 가라앉게 된다. 하지만 예외적으로 물은 액체 상태의 밀도가 고체 상태의 밀도보다 더 크기 때문에 액체 상태의 물에 얼음을 넣게 되면 얼음이 떠오르게 된다. 이는 물이 수소결합을 하기때문에 발생하는 현상이다. 액체 상태의 물에서 수소결합은 무질서하게 존재하기 때문에 빈틈이 거의 없는 편이라 단위 부피당 질량, 즉 밀도가 큰 편이지만 고체 상태의 물에서 수소결합은 일정한 패턴을 보여 빈 공간이 많이 생기기 때문에 밀도가 상대적으로 더 작다.⑤ 시약 및 기구1) ReagentChemical namepropertiesStructureDistilled waterMolecular formula :Molar mass : 18.02 g/molDensity : 1 g/Boiling point : 0°CMelting point : 지 않는 경우에는 인공호흡을 실시하고, 호흡이 힘든 경우에는 산소를 공급한다. 가열시 용기가 폭발할 수 있다.그림출처: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6173603&cid=62802&categoryId=628022) Instrument&ApparatusVernier calipers, Eraser, 50mL beaker, Pipette filler, Weighing paper, Pipette, 100mL graduated cylinder, Chemical balance, Wipe all, Pincette⑥ 실험 방법실험A. Pipette을 이용한 액체 옮기기와 부피 계산1. Pipette과 Pipette filler의 사용법을 익힌다.2. 바닥에 Wipe all을 깔고 그 위에 Beaker를 놓은 후 Distilled water가 바닥에 흘러내리지 않도록 그 위에서 Pipette를 돌려가며 Distilled water로 Pipette 내부를 헹구고 Distilled water를 충분히 털어낸다.3. Chemical balance의 사용법을 익힌다.4. Chemical balance를 바닥에 놓고 영점을 맞춘 후 그 위에 50mL beaker 한 개를 올려 질량을 측정한다.5. Pipette filler를 Pipette에 끼우고 미리 Distilled water를 채워놓은 Beaker에서 Pipette에 Distilled water 2mL를 채운 후 50mL beaker에 옮긴다.6. Pipette filler를 Pipette에서 분리한다.7. Chemical balance를 바닥에 놓고 영점을 맞춘 후 그 위에 Distilled water 2mL가 들어있는 50mL beaker 한 개를 올려 질량을 측정하고 이 과정을 3회 반복한다.8. 부록 2에 있는 물의 밀도를 이용하여 Pipette으로 50mL beaker에 옮긴 Distilled water 2mL의 부피를 계산한다.9. 계산한 값을 이용해 부피의 평균값과 불확로 50mL beaker에 옮긴 Distilled water 2mL의 부피와 질량으로부터 계산한 부피의 차이를 구한다.실험B. Vernier calipers와 100mL graduated cylinder를 이용한 Eraser의 밀도 측정1. Chemical balance를 바닥에 놓고 그 위에 Weighing paper를 올려 영점을 맞춘 후 그 위에 Eraser 한 개를 올려 질량을 측정한다.2. Vernier calipers의 사용법을 익힌다.3. Vernier calipers로 Eraser의 높이, 길이. 폭 등을 측정하여 부피를 계산한 후 밀도를 구한다.4. 100mL graduated cylinder의 내벽에 물방울이 생기지 않도록 씻은 후 100mL graduated cylinder를 돌려가며 Distilled water로 충분히 헹구어 준다.5. 목측 관측으로 100mL graduated cylinder에 Distilled water를 약 20mL 채우고 부피를 측정한다.6. Eraser를 Pincette으로 잡고 100mL graduated cylinder에 넣은 뒤, 물이 튀지 않도록 Eraser를 Pincette으로 벽 쪽으로 밀어넣으면서 조심히 넣고 목측 관측으로 부피를 측정한다.7. Eraser의 부피를 구한 후 밀도를 계산한다.⑦ 결과⑧ 고찰⑨ 참고문헌MSDS/물/2022.03.18/https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do화학백과/정밀도/2022.03.18/https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5827571&cid=62802&categoryId=62802물리학백과/정확도/2022.03.18/https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537254&cid=60217&categoryId=60217두산백과/유효숫자/2022.03.18/https://terms.naver.com/entry.naver?docId=11329754

자연과학| 2024.11.28| 6페이지| 1,500원| 조회(1,741)

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