생명과학 고3 세포의 구조와 기능

생체 고분자

탄수화물, 지질, 단백질, 핵산 등 세포를 구성하는 주요 유기 고분자의 구조와 기능이다.

탄수화물·지질·단백질·핵산처럼 세포를 이루고 세포의 일을 하는 큰 유기 분자들로, 대부분 작은 단위체가 반복해 이어진 중합체입니다.

레고와 같습니다. 블록의 종류는 몇 가지뿐인데 어떤 순서로 얼마나 길게 잇느냐에 따라 전혀 다른 것이 만들어집니다. 생명의 다양성도 20가지 아미노산과 4가지 염기라는 적은 블록에서 나옵니다.

쉽게 말하면

세포를 이루는 분자들의 종류는 셀 수 없이 많지만, 큰 것들은 네 무리로 정리됩니다. 그리고 그중 셋(탄수화물·단백질·핵산)은 같은 원리로 만들어집니다. 단위체 하나가 다음 단위체와 결합할 때 두 분자 사이에서 물 한 분자가 빠지며 이어지는 것입니다. 이 반응이 탄수화물에서는 포도당끼리를, 단백질에서는 아미노산끼리를, 핵산에서는 뉴클레오타이드끼리를 잇습니다. 반대로 물을 넣어 끊는 것이 소화이자 가수 분해입니다. 세 가지 물질을 따로 외우는 대신 '단위체를 물 빼며 잇는다'는 하나의 문장으로 묶으면 훨씬 가벼워집니다.

지질만 예외입니다. 지질은 반복되는 단위체가 길게 이어진 중합체가 아니라 '물과 잘 섞이지 않는다'는 성질로 묶인 무리입니다. 그래서 인지질·중성 지방·스테로이드처럼 생김새가 서로 크게 다른 분자들이 한 이름 아래 모여 있습니다. 지질을 '4대 고분자'로 함께 배우다 보니 다른 셋과 같은 방식으로 만들어진다고 오해하기 쉽습니다.

이 큰 분자들이 어떤 원자로 되어 있는지도 힌트가 됩니다. 탄수화물과 지질은 탄소·수소·산소로만 이루어져 있고, 단백질에는 질소와 (대부분) 황이 더해지며, 핵산에는 질소와 인이 들어갑니다. 시험에서 '이 물질에는 질소가 있는가'를 물으면 이 구분이 바로 답이 됩니다.

중요한 것은 기능이 구조에서 나온다는 점입니다. 셀룰로스와 녹말은 같은 포도당으로 만들어졌지만 결합의 방향이 달라 하나는 식물의 뼈대가 되고 하나는 저장 양분이 됩니다. 단백질이 하는 일이 그토록 다양한 것도 아미노산 서열에 따라 접히는 모양이 달라지기 때문입니다. '무엇으로 되어 있는가'보다 '어떻게 이어져 어떤 모양이 되었는가'가 기능을 정합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

물이 빠지며 이어지고, 물이 들어가며 끊긴다

포도당 두 개가 이어져 엿당이 될 때 물 한 분자가 빠져나옵니다. 반대로 소화 효소가 엿당을 포도당 둘로 되돌릴 때는 물 한 분자를 집어넣습니다. 단백질의 펩타이드 결합도, 핵산의 뉴클레오타이드 연결도 같은 방식입니다. 소화를 '가수 분해'라고 부르는 이유가 여기 있습니다.
예시 2

같은 블록, 다른 물질

녹말·글리코젠·셀룰로스는 모두 포도당만으로 이루어져 있습니다. 그런데 소는 셀룰로스를 소화하고 사람은 못 합니다. 재료가 아니라 이어진 방식이 달라 효소의 활성 부위에 맞지 않기 때문입니다.
예시 3

질소로 구별하기

질소 비료를 준 식물이 잎을 무성하게 키우는 것은 단백질과 핵산을 만드는 데 질소가 꼭 필요하기 때문입니다. 탄수화물과 지질은 탄소·수소·산소만으로 만들 수 있어 광합성과 물만으로도 되지만, 단백질과 핵산은 흙에서 질소를 얻어야 합니다.

생체 고분자 네 무리

구분	단위체	주요 기능
탄수화물	단당류(포도당 등)	에너지원, 구조 성분(셀룰로스)
단백질	아미노산	효소, 구조, 운반, 항체
핵산	뉴클레오타이드	유전 정보의 저장과 발현
지질	단위체 반복 구조가 아님	막 구성, 에너지 저장, 호르몬