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발열반응, 흡열반응, 에너지 효율 평가B괜찮아요

REPORT▧발열반응▧흡열반응▧ 에너지 효율과목명:담당교수:학번:이름:1. 발열반응(exergonic reaction, -?G)과 흡열반응(endergonic reaction, +?G)1) 발열반응- 열을 방출하는 화학 반응으로, 원자핵 반응과 연소반응, 중화반응, 상온에서의 반응 등이 있다.- 반응물질과 생성물질 간에도 서로가 가지고 있는 에너지에 차이가 있으므로 그 차이만큼 에너지가 방출되기도 하고 흡수되기도 한다.- 발열반응은 반응한 물질들의 에너지가 생성된 물질들의 에너지보다 더 커 그 차이만큼에 해당하는 에너지가 외부로 방출되는 반응이다.▧ 발열반응에서 에너지는 낮은 에너지를 갖는 산물과 반응물의 차이만큰 방출한다. ?G는 음의 값을 갖는다.그림 1. 발열반응 모식도▶ 발열반응의 예1) 연소반응 : C(s) +O2(g) → CO2(g) +394KJ- 빠른연소 : 화석연료의 연소, 우주 왕복선의 액체 수소의 연소반응수소 +산소 → 물 +135.6Kcal- 느린연소 : 몸 속에서 음식물의 산화과정으로 에너지 공급2) 중화반응 : HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl2(aq)+H2O(l) +58KJ3) 금속과 산의 반응 : Mg(s)+2HCl(aq) →MgCl2(g)+H2(g) + 열4) 물질의 용해 : 진한 황산을 묽히는 반응, 수산화나트륨의 용해 반응 등2) 흡열반응- 반응물질의 에너지가 상대적으로 작고 생성물질의 에너지가 큰 경우로써, 이 반응이 진행되기 위해서는 주위로부터 열에너지를 흡수해야 한다. 이 반응은 반응 시 열을 방출하는 발열반응의 역반응이기도 하다.- 흡열반응은 이와 같이 반응물이 가진 내부에너지보다 생성물이 가진 내부에너지가 커 주위로부터 열에너지를 흡수하면서 진행되는 반응이다. 반대로 반응물질의 에너지가 생성물의 에너지보다 커 열을 주위로 방출하면서 진행되는 반응은 발열반응이라 한다. 흡열반응의 역반응은 발열반응이며, 발열반응의 역반응은 흡열반응이다.▶ 흡열반응의 예1) 광합성 : 6CO2(g)+12H2O(l)+2876KJ → C6H12O6(s)+6CO2(g)+6H2O(l)2) 열분해 : CaCO3(s)+299KJ → CaO(s)+CO2(g)3) 냉매의 기화반응, 염화나트륨, 염화암모늄, 질산암모늄의 용해반응, 수산화물과 염화암모늄의 반응▧ 흡열반응을 위해서는 에너지가 더해져야만 한다. 여기에서 반응물은 높은 에너지 수준이 가해지면서 산물로 전환되고, ?G는 양의 값을 갖는다.그림 2. 흡열반응 모식도3) ATP : 세포내에서의 에너지 전이- ATP는 에너지 유통의 한 종류로서 운영된다. 어떤 발열반응에 의해 방출된 자유에너지의 일부가 ATP에 포획되고, 그 후 흡열반응을 유도하기위해 자유에너지를 방출하게 된다.가) ATP의 가수분해는 에너지를 방출한다.- 하나의 ATP 분자는 세 걔의 인산기가 붙어 있는 리보오스에 질소를 함유한 염기인 아데닌으로 구성된 분자이다.- ATP의 가수분해는 ADP와 무기인산이온, 자유에너지를 생성한다.ATP + H2O → ADP + Pi + 자유에너지나) ATP는 발열반응 및 흡열반응과 연계되어 있다.- ATP의 가수분해는 발열반응이며, ADP, Pi, 자유에너지를 생성한다.- 그 역반응인 ADP와 Pi로부터 ATP의 생성은 흡열반응이고, ATP가 분해될 때 방출되었던 만큼의 자유에너지를 소비한다.ADP +Pi + 자유에너지 → ATP + H2O- 세포에서 여러 가지 다양한 효소 촉매의 발열반응들은 ADP를 ATP로 전환하기 위한 에너지를 생성할 수 있다.- ATP의 형성과 분해는 ‘에너지짝 회로(energy-coupling cycle)'라고 하며, 여기서 ATP는 발열반응으로부터 흡열반응으로 에너지를 운반한다.- 발열반응은 ADP와 Pi로부터 ATP를 생성하는 흡열반응을 수반한다.▧ 발열적인 세포과정은 ADP로부터 ATP를 만드는데 필요한 에너저를 방출한다. 거꾸로 ATP가 ADP로 전환되면서 방출된 에너지는 흡열반응에 연료를 공급하기 위해서 사용될 수 있다.그림 3. ATP의 생성과 사용- 그림 4는 에너지짝 회로의 예를 보여주고 있다.- 아미노산인 글루타민(glutamine)의 형성은 +?G(흡열반응) 값을 가지며, 이 반응은 ATP 가수분해에 의한 자유에너지의 유입 없이는 진행되지 않는다.- 이때 ATP의 가수분해는 -?G(발열반응) 값을 가진다.- 이러한 짝반응에 대한 전체 ?G는 음의 값을 갖는다. 그러므로 그들이 짝지어질 때 반응은 자발적으로 진행되며, 글루타민이 합성된다.▧ 글루탐산과 암모늄이온으로부터 아미노산인 글루타민의 합성은 흡열반응이고, ATP의 가수분해에 의한 발열반응과 반드시 짝지워져야 한다.그림 4. ATP의 가수분해는 흡열반응과 짝지워진다.- 실제로 모든 반응은 두 단계로 진행되고, 두 반응은 공통적으로 인산화된 중간매개체를 포함한다.① 첫 번째 반응에서, ATP는 글루탐산을 인산기를 옮겨 주어, 높은 에너지를 갖는 인산화된 글루탐산을 생성한다.② 두 번째 반응에서, 인산화된 글루탐산의 가수분해는 암모늄이온과 더불어 글루타민의 생성을 유도하기 위한 충분한 자유에너지를 제공한다.2. 에너지 효율1) 포도당 한 분자가 이산화탄소와 물로 완전히 산화될 때 ATP가 얼마나 생성되는가 ?- 포도당 한 분자가 이산화탄소와 물로 완전히 산화될 때 ATP는 기질 수준의 인산화에서 4분자, 산화적 인산화에서 32～34분자가 생산된다.- 포도당 1분자에서 생성되는 ATP의 수가 36개일 수도 있고, 38개일 수도 있는 까닭은 해당 과정에서 생성된 세포질 속의 NADH가 산화되기 위해서 미토콘드리아로 전달될 때 이용되는 순환 경로가 둘이기 때문이다.

자연과학| 2010.12.09| 7페이지| 1,000원| 조회(1,780)

광합성, 발열반응, 흡열반응, 에너지효율

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종분화 메커니즘

REPORT-종분화 메카니즘-Speciation Mechanism1. 종분화 메카니즘? 생물의 개체들로 구성된 집단 내에는 개체들이 갖는 유전자의 집합체로서의 유전자풀을 형성한다. 이 유전자풀은 돌연변이, 유전자 유입 유전자 재조합 등을 통하여 그 다양성을 극대화 시킨다.? 다양한 유전자형에 의해 발현된 표현형들이 주어진 환경에 더 잘 적응할 수 있는 형질상태를 소유하는 개체는 살아남고 적응하지 못하는 형질상태를 소유하는 개체는 소멸되는데, 이 때 가지고 있는 형질들이 모두 자연선택의 대상으로 작용한다.? 선택된 형질들은 해당 유전자의 출현 빈도의 변화로 대변된다. 이 유전자 빈도가 때로는 자연선택과는 별도로 우발적 변화가 발생하는데 그 변화율은 집단의 크기가 작을수록 더욱 심해진다.? 이와 같이 유전자풀은 자연선택과 집단의 크기에 따른 유전적 부동의 결과에 의해 조정되며 시간이 경과하면서 결국 환경에 적응하는 변화된 유전자풀을 갖게 된다.? 집단의 유전자는 늘 다양성을 보유하고 있고 분화가 커지면 종분화를 유도하게 되는 것이다.? 종은 생식적 격리 단위로서 다른 종과 성공적으로 교배할 수 없다. 그러므로 종분화는 이전에는 교배가 가능했던 같은 종의 두 집단 사이에 생식적 격리가 일어남으로써 발생한다. 그 과정은 두 집단의 유전적 차이에서 시작하여 자연선택을 통해 완결된다.? 서식지에 의해 한 종이 두 집단으로 분리될 수 있다. 예를 들어 두 호수를 연결하는 수역이 말라버리면 시간이 지나면서 각 집단은 그 유전적 구성 또는 유전자풀(gene pool)이 서로 달라질 때까지 변화하는 환경에 적응해간다. 만일 이 시점에서 각기 새롭게 변화하는 두 집단이 두 호수가 다시 연결된다는 등의 이유로 재결합하면 어버이의 유전적 부조화로 인해 생존력이 없어지거나 생식 자체가 이루어지지 않는 몇몇의 잡종자손만이 생긴다. 이 잡종은 보다 더 잘 적응된 비잡종에 의해 자연선택을 통해 제거되므로 두 집단의 구성원 중 서로 유전적으로 교배가 이루어지지 않는 비잡종 개체들만 살아남아 번성하게 된다. 이러한 방식으로 두 집단간의 생식적 격리가 완결되며, 두 종은 완전히 분리된 종으로 존재하게 된다. 이러한 과정을 지리적 종분화라 한다.? 어떤 집단은 그 종의 서식지로부터 지리적으로 격리된 후 결코 다시는 재결합하지 않을 수도 있다. 적응방산의 과정을 통해 이 두 집단은 독립적으로 새로운 종으로 진화하여 새로운 환경에서 특정한 생태적 지위에 적합하도록 변화함으로써 어버이 종으로부터 생식적으로 완전히 격리되기 위해 결코 자연선택을 필요로 하지 않는다.? 따라서 새로운 환경에서 새로운 종의 집단들은 제각기 퍼져나가게 된다. 적응방산의 좋은 예는 갈라파고스 핀치새류에서 찾아볼 수 있다.? 또한, 어떤 종의 한 집단에서 염색체 돌연변이가 발생하여 생식적 격리가 신속히 이루어지는 과정이다. 돌연변이 집단이 원래의 집단과 교배하면 부적합한 잡종자손이 생산되며, 지리적 격리의 경우처럼 자연선택에 의해 두 집단의 격리가 이루어진다.2. 종분화1) 지리적 격리의 역할? 생물학자들은 종분화의 첫 번째 요인으로서 지리적 격리를 들고 있다. 어떤 종의 집단은 직접 또는 간접적으로 접할 수만 있다면, 비록 종내변이가 있다 할지라도 유전자교류는 집단을 통하여 계속 일어날 수 있으며, 따라서 이러한 집단은 분리되지 않는다. 그러나 교류가 일어나던 집단도 어떤 지리적인 장벽에 의해 격리될 경우 분리된 집단 사이에 유전자교류가 차단되며, 따라서 제각기 독립적으로 진화가 일어나게 될 것이다.◇ 지리적으로 격리된 집단이 종분화되도록 작용하는 요인- 대부분의 종들은 지리적 변이를 가지고 있으므로, 어떤 장벽에 의히 두 집단으로 분리될때 유전적으로 정확한 비율로 나누어질 수는 없기 때문이다. 원래의 모집단으로부터 소수의 개체가 분리되어 새로운 환경에서 집단을 형성할 때, 이러한 소수의 창시자 집단은 모집단의 전체 유전자급원중에서 극히 일부만이 분리되어 나왔으므로 유전적 부동 현상이 일어난다. 오랜 시간이 경과함에 따라 이러한 소수의 창시자 집단은 모집단과는 유전적 구성이 기획적으로 다르게 변할 수밖에 없게 되는데, 이러한 유전적 부동현상을 창시자 효과(founder effect)라 한다.- 분리된 두 집단이, 서로 제각기 돌연변이는 이어나지만 유전자 교류가 차단되어 있으므로, 점차 유전적 구성을 달리함에 따라 종분화의 근거를 마련한다.- 격리된 집단은 제각기 다른 환경하에서 상이한 선택압을 받기 때문에 유전적 구성이 달라지게 되고, 따라서 집단분화에 결정적 역할을 하게 된다.2) 생식적 격리의 역할가) 생태지리적 격리(Ecogeographic isolation)? 초창기에 환경적 장벽에 의해 분리된 두 집단은, 각각 서로 다른 생태적?환경적 조건하에서 제각기 독립적으로 적응하기 때문에, 진화과정에서 격리될 수밖에 없는 유전적 차이를 지닌다.나) 서식지 격리(Habitat isolation)? 두 동소집단이 같은 분포권 내에서 서로 다른 서식지를 점령하고 있다면, 각기 집단내의 개체들은 같은 서식지 내의 구성원들끼리 교배될 확률이 훨씬 높다. 이런 결과로 같은 분포권 내에서도 두 집단으로 분리될 수 있을 것이다.다) 계절적 격리(Seasonal isolation)? 유사한 두 종이 같은 집단내에 살고 있지만 계절적으로 서로 다른 시기에 출현하고 교배한다면, 이들 두 종은 생식적 격리될 수밖에 없다.라) 행동적 격리(Behavioral isolation)? 자기 종을 인식하여 성을 유인하거나 교배하는 데 있어서 행동이 중요하다는 것은 분명한 사실이다. 이러한 행동의 기작을 통하여 다른 종과의 교배를 피하고 있다.마) 기계적 격리(Mechanical isolation)? 서로 유사한 종이라 할지라도, 생식기의 구조나 외부 형태적인 차이가 있다면 교배가 불가능하므로, 두 종 사이에 유전자 교류가 차단되게 된다.바) 배우자 격리(Gametic isolation)? 종이 다른 두 동물사이나 어떤 종의 화분이 다른 종의 자성 생식기관에 수분이 되었다 할지라도 실질적인 수정은 불가능 하다.사) 발생학적 격리(Developmental isolation)? 두 종 사이에 비록 수정이 된 경우라도 배의 발생이 불규칙하게 일어나기 때문에 출생 전에 사망하게 된다.아) 잡종의 생존불능(Hybrid inviability)? 일반적으로 잡종은 연악하고 기형적이기 때문에 그들이 생식활동을 하기 전에 사망하는 수가 많다.자) 잡종 불임(Hybrid sterility)? 이종교배의 의해 생긴 잡종이 건강한 경우도 있으나 불임인 수가 많다.차) 잡종의 적응력 감소? 유사한 종 사이에 잡종이 출생하였을때, 이들 종은 적응적으로 불리한 입장에 놓여지고, 자연선택에 의해 점차 도태될 것이므로 원래의 두 종은 결국 격리될 수밖에 없다.3) 염색체 변이에 의한 종분화가) 배수성에 의한 종분화? 이질배수성은 두 종간에 교잡에 의해 염색체 수가 갑자기 배수로 증가하는 것으로 말한다. 이러한 배수성은 동물에서는 거의 볼 수 없으나, 식물의 경우 흔히 일어나는 현상이다. 배수성은 생식력이 있으며, 또한 배수성끼리는 교배가 가능하다, 그러나, 이러한 배수성을 일으킨 원래의 양친형과는 교배가 되지 않는다. 따라서 배수성 집단은 분명 충분한 조건을 갖춘 종으로 볼 수 있다. 즉, 이들은 유전적으로 뚜렷한 구분이 있고 다른 종과는 생식적으로 격리가 되어 있기 때문이다.

자연과학| 2010.12.09| 5페이지| 1,000원| 조회(267)

종분화, 격리기작

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