생화학의 기반 2
대장균의 세포질은 리보솜, 효소, 대사물질, 보조인자 그리고 무기이온을 가진다.
핵양체는 하나의 원형 DNA 분자를 가진다. 플라스미드는 주변 환경에 있는 독소와 항생물질에 내성을 갖는 작은 원형의 DNA 단편 진핵세포는 다양한 막상 소기관을 갖고 있으며, 이것들을 분리하여 연구할 수 있다. 미토콘드리아(사립체)는 세포에서 필요로 하는 대부분의 에너지 추출반응이 일어나는 장소. 세포질 세망과 골지 복합체는 지질과 막단백질들의 합성과 가공에서 중심적인 역할을 한다. 과산화소체는 긴-사슬 지방산들이 산화되는 장소, 활성 산소 종의 해독, 용해소체는 소화효소들로 가득 차 있음. 세포질에는 전분과 지방 같은 저장 영양소를 함유한 과립들이 존재한다. 액포는 많은 양의 유기산을 저장, 엽록체 =햇빛이 광합성의 과정으로 ATP 합성을 유도하는 곳이다.
진핵세포의 구조에 대해 알아보자.
조직의 세포소기관 분획은 첫 번째 단계는 원형질막을 파열시키기 위해 물리적인 전단에 의해 세포나 조직을 파괴하고 두 번째 단계는 파쇄액 원심분리한다. 세포소기관은 크기와 침전물이 다른 크기로 있다. 세포질은 세포골격으로 이루어져 있으며, 지극히 동적이다. 세포골격은 진핵세포에서 단백질의 단섬유들의 3차원 그물구조이다. 액틴 잔 섬유, 미세소관, 중간 잔 섬유 이들 모두는 세포질의 구조와 조직화에 기여하고 세포의 모양을 유지한다. 액틴과 미세소관은 세포소기관들 또는 세포 전체의 이동에도 관여한다. 잔 섬유는 단백질 소단위로 끊임없이 해리되기도 하고, 다시 잔 섬유로 재구성되기도 한다. 세포질의 구조적 조직에 대해 알아보자. 내막계 (내막 시스템)은 개개의 대사 과정은 분리되어 일어나며 효소 촉매 반응이 일어날 수 있는 표면을 제공한다. 세포 외 방출 and 세포 내 함입은 수송 기전 ( 각각 세포 밖과 안으로), 막 융합과 분열을 포함한다. 세포질과 주변 매질 사이의 경로를 제공한다. 세포는 초 분자적 구조를 하고 있다. 비공유 결합에 의한다. (수소결합, 이온 상호작용, 판데르 발스 상호작용, 소수성 효과) 시험관 내 실험을 통해 생체분자 간의 중요한 상호작용을 알 수 있다. in vitro (시험관 내)는 “in glass”, In VIVO (살아 있는 생체 내)는 “in the living”, 분자는 세포 내와 세포 외에서 다르게 행동할지도 모른다. 생화학의 중심적인 과제의 하나는 효소 각각의 기능과 연관된 세포 조직과 거대분자의 영향을 해명하는 것, 즉 시험관내뿐만 아니라 생체 내에서의 기능을 해명하는 것이다.
1.3 물리적 기반
“생화학적 연구 목표 중의 하나는 살아 있는 세포에서 에너지가 어떤 과정을 통해 추출되고 운반되며 소비되는가를 정략적 및 화학적으로 이해하는 것이다.” 생물은 동적 항정상태로 존재하며 결코 주변 환경과 평형을 이루지 않는다. 작은 분자나 거대분자 그리고 초거대 분자에 이르기까지 모든 분자는 끊임없이 합성되거나 분해된다. 혈액 중의 헤모글로빈과 포도당의 양이 거의 일정한 상태로 유지되고 있는 것은 그 각각의 합성 또는 섭취의 속도가 분해나 소비 또는 다른 어떤 생성물로의 전환의 속도와 균형을 잘 이루고 있기 때문이다. 동적 항정상태를 유지하는 데에는 연속적인 에너지의 공급이 필요하다. 생물은 주변 환경에서 얻은 에너지와 물질들을 변환시킨다. 반응계(system)는 현재의 반응물과 생성물 및 이것들이 들어 있는 용매와 이를 둘러싸고 있는 대기. 고립(isolated)은 반응계가 물질이나 에너지를 외계와 전혀 교환하지 않음. 폐쇄 반응계(closed system)는 반응계가 에너지는 교환하지만, 그것을 둘러싼 주위 환경과 물질을 교환하지 않는 경우이다. 개방 반응계(open system)는 반응계가 주위 환경과 에너지 물질을 둘 다 교환하는 경우(살아있는 생명체)이다. 생명체에서 에너지의 변환에서 열역학의 제1 법칙 (에너지 보존의 원리)는 물리적 또는 화학적 변화에 있어서 그 에너지의 형태는 변화되더라도 우주에 존재하는 에너지의 총량은 일정하다. 독립영양생물 (autotrophs) and 종속영양생물 (heterotroph)들이 궁극적으로 태양에 의해 유도되는 O2 and CO2의 지구 전체적인 순환에 참여하여 두 생명체 부류들이 서로 의존하게 된다. 사실상 세포의 모든 에너지 변환은 한 분자에서 다른 분자로의 전자의 흐름, 다시 말하면 높은 전기화학 전위에서 낮은 전기화학 전위로의 “내리막” 흐름이므로 그 과정을 추적할 수 있다. 전자 흐름을 수반하는 반응을 설명한다. 자유에너지에서 엔탈피 (enthalpy), H는 열량, 결합의 수와 종류를 반영한다.
자유에너지 (free energy)
어떤 화학 반응이 일정 온도에서 일어날 때 자유에너지 변화 ∆G= ∆H −T∆S 식을 따른다. ∆H는 열을 방출하는 반응에서 음(-)이고 ∆S는 반응계의 무작위성이 증가하는 반응에서 양(+)이다. ∆G가 음(-)의 값일 때에만 반응이 자발적으로 일어난다. (반응에서 자유에너지가 방출되면)
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