생명과학 고3 생명활동과 에너지

물질대사

생명체에서 일어나는 동화 작용과 이화 작용을 포함한 모든 화학 반응의 총체이다.

생명체 안에서 일어나는 모든 화학 반응의 총체로, 작은 물질을 큰 물질로 만드는 동화 작용과 큰 물질을 작게 쪼개는 이화 작용으로 나뉩니다.

몸을 공장으로 보면, 이화 작용은 원료를 태워 전력을 얻는 발전 공정이고 동화 작용은 그 전력으로 제품을 조립하는 생산 공정입니다. 두 공정은 따로 도는 것이 아니라 ATP라는 전선으로 이어져 있습니다.

쉽게 말하면

생물의 특성 중 하나가 물질대사입니다. 물질대사가 멈추면 형태는 남아도 살아 있다고 하지 않습니다. 그런데 '몸에서 일어나는 모든 화학 반응'이라는 말은 너무 넓어서, 두 방향으로 갈라 보아야 정리가 됩니다.

이화 작용은 포도당을 이산화 탄소와 물로 분해하는 세포 호흡처럼 큰 분자를 작게 쪼개는 반응입니다. 결합이 끊어지며 에너지가 나오므로 발열 반응이고, 그 에너지의 일부가 ATP에 담깁니다. 동화 작용은 광합성이나 단백질 합성처럼 작은 분자를 이어 붙여 큰 분자를 만드는 반응입니다. 에너지를 넣어야 진행되는 흡열 반응입니다.

두 작용의 관계가 물질대사의 핵심입니다. 흡열 반응인 동화 작용은 저절로 일어나지 않습니다. 세포는 이화 작용이 만들어 둔 ATP를 곁에 붙여 두 반응을 하나로 묶습니다. 전체적으로 에너지가 방출되는 쪽이 되게 만들어 진행시키는 것인데, 이것을 짝지음이라고 합니다. 그래서 이화 작용이 멈추면 동화 작용도 곧 멈춥니다.

모든 물질대사 반응에는 그 반응을 담당하는 효소가 붙어 있습니다. 체온 정도의 미지근한 온도에서 이 많은 반응이 제 속도로, 그것도 필요할 때만 일어나는 이유가 효소입니다. 그리고 대사는 한 방에 끝나지 않고 여러 단계로 쪼개져 있습니다. 단계마다 에너지를 조금씩 꺼내야 낭비 없이 ATP에 담을 수 있고, 중간에 끊거나 조절할 수도 있기 때문입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

소화와 세포 호흡은 둘 다 이화 작용

밥을 씹어 녹말을 엿당으로, 다시 포도당으로 쪼개는 소화도 큰 분자를 작게 만드는 이화 작용입니다. 다만 소화에서 나오는 에너지는 거의 없고, 진짜 에너지는 포도당이 세포 안에서 산화될 때 나옵니다. '분해했으니 에너지가 나왔다'가 아니라 '어떤 결합이 어떻게 끊어졌는가'를 봐야 합니다.
예시 2

광합성은 동화 작용

이산화 탄소와 물이라는 작고 안정한 분자를 포도당이라는 크고 에너지 높은 분자로 조립합니다. 그러려면 에너지를 넣어야 하고, 그 에너지가 빛입니다. 식물이 빛 없이 자라지 못하는 이유는 빛이 '신호'라서가 아니라 동화 작용의 에너지원이기 때문입니다.
예시 3

체온과 대사

우리 몸이 따뜻한 것은 이화 작용에서 나온 에너지 중 ATP에 담기지 못한 몫이 열로 빠져나가기 때문입니다. 에너지 전환이 100% 효율일 수 없다는 사실이 체온으로 드러나는 셈입니다.

동화 작용과 이화 작용

구분	동화 작용	이화 작용
물질의 변화	작은 분자 → 큰 분자	큰 분자 → 작은 분자
에너지	에너지를 흡수(흡열)	에너지를 방출(발열)
ATP	ATP를 소비	ATP를 생성
예	광합성, 단백질 합성	세포 호흡, 소화