CHAPTER 03

생명체의 구성분자들

51개 시트3,888개 노드표 40개그림 362개교재 3종 통합전문가 정밀 구조

Obsidian 통합 · 전문가 재구성

편입 심화 보충 · 물의 분자적 성질과 생리 연결

73개 노드 · 최대 5단계 · 그림 클릭 시 원본
  • 생명체의 구성분자들8
    • 물의 분자구조와 극성2
      • 전자구조3
        • 산소 주위 전자영역 4개 → 결합 전자쌍 2개 + 비공유 전자쌍 2개
        • 전자영역 기하는 정사면체형이지만 분자 기하는 굽은형
        • H–O–H 결합각 약 104.5°
      • 쌍극자 형성3
        • O의 전기음성도 > H → O에 δ−, H에 δ+ 부분전하
        • 굽은형 구조 때문에 두 O–H 결합쌍극자가 상쇄되지 않음 → 순쌍극자
        • 극성은 용해성·수소결합·높은 유전율의 분자적 근거
    • 수소결합 네트워크2
      • 공여체와 수용체3
        • O–H의 H는 수소결합 공여체, O의 비공유전자쌍은 수용체
        • 물 1분자는 이론상 최대 4개의 수소결합에 참여
        • 개별 결합은 공유결합보다 약하지만 다수 결합의 총효과는 큼
      • 동적 성질2
        • 액체에서 수소결합은 피코초 규모로 끊어지고 재형성
        • 동적 네트워크가 유동성과 응집성을 동시에 제공
    • 열적 성질2
      • 높은 비열2
        • 흡수한 열의 상당 부분이 수소결합 해체에 사용 → 온도 변화 완충
        • 체액·수생환경의 급격한 온도 변화를 억제
      • 높은 기화열2
        • 기화하려면 분자간 수소결합을 끊어야 하므로 많은 에너지 필요
        • 발한·헐떡임의 증발냉각에서 고에너지 분자가 이탈 → 체표 온도 감소
    • 응집·부착·표면장력3
      • 응집(cohesion): 물–물 수소결합 → 연속된 물기둥 유지
      • 부착(adhesion): 물–친수성 표면 상호작용 → 모세관 현상 보조
      • 표면장력2
        • 표면 분자는 내부보다 이웃 분자가 적어 순내향 인력을 받음
        • 폐포 계면활성제는 공기–액체 경계의 표면장력을 낮춰 허탈을 억제
    • 용매 작용과 소수성 효과3
      • 이온·극성 용질3
        • 물의 부분전하가 이온 주위를 배향 → 수화껍질 형성
        • 높은 유전율이 반대 전하 사이 정전기적 인력을 약화 → 해리 촉진
        • 극성 작용기는 물과 이온–쌍극자 또는 수소결합을 형성
      • 비극성 용질4
        • 비극성 표면 주위 물의 배열이 제한 → 물의 엔트로피 감소
        • 비극성 표면끼리 뭉치면 노출면적 감소 → 물의 자유도 증가1
          • 열역학 해석: ΔG=ΔH−TΔS2
            • 주변 물의 엔트로피 증가가 ΔG를 낮추면 비극성 분자의 회합이 자발적
            • 온도·용질·분자 표면에 따라 엔탈피와 엔트로피 기여의 상대값은 달라짐
        • 소수성 효과는 직접적인 비극성 결합이 아니라 용매가 구동하는 자유에너지 효과
        • 단백질 접힘·막 이중층·미셀 형성의 핵심 구동력
      • 양친매성 분자2
        • 친수성 머리는 물과 접촉, 소수성 꼬리는 물에서 차폐
        • 단일꼬리 계면활성제는 미셀, 이중꼬리 인지질은 이중층을 선호
    • 고체·액체의 밀도 이상3
      • 얼음에서 수소결합이 열린 육각격자를 형성 → 같은 질량의 부피 증가
      • 얼음 밀도 < 액체 물 밀도 → 얼음이 뜸
      • 담수는 약 4°C에서 밀도 최대 → 겨울 수괴의 층화와 수생생물 생존에 기여
    • 물의 이온화·pH·완충3
      • 자동이온화3
        • 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
        • 25°C에서 Kw=[H⁺][OH⁻]=1.0×10⁻¹⁴
        • pH+pOH=14는 25°C 조건식이며 온도 변화 시 중성 pH도 변함
      • 약산 완충계4
        • HA ⇌ H⁺ + A⁻; Ka=[H⁺][A⁻]/[HA]
        • Henderson–Hasselbalch: pH=pKa+log([A⁻]/[HA])2
          • pH=pKa+1 → [A⁻]:[HA]=10:1
          • pH=pKa−1 → [A⁻]:[HA]=1:10
        • pH=pKa에서 [A⁻]=[HA]이고 완충능이 최대
        • 유효 완충범위는 대략 pKa±1
      • 생리적 완충계 연결3
        • 세포외액: CO₂/H₂CO₃/HCO₃⁻ 계가 폐·신장 조절과 결합
        • 세포내액·소변: 인산계의 기여가 상대적으로 큼
        • 단백질: His 등 이온화 가능한 곁사슬과 말단기가 H⁺를 수수
    • 편입시험 통합 함정5
      • 수소결합에서 H를 공유결합처럼 공유하는 것이 아니라 부분전하 사이 인력이 작용
      • 소수성 효과는 비극성 분자 사이의 새로운 강한 결합 형성이 주원인이 아님
      • pH 1 차이는 [H⁺] 10배, pH 2 차이는 100배
      • 완충액은 pH 변화를 없애는 것이 아니라 일정 범위에서 완화
      • 삼투는 물의 순이동이며 입자 수에 의존하는 총괄성; 용질의 화학종 자체와 구분
편입 심화 보충 · 물의 분자적 성질과 생리 연결72%
생명체의 구성분자들
물의 분자구조와 극성
전자구조
산소 주위 전자영역 4개 → 결합 전자쌍 2개 + 비공유 전자쌍 2개
전자영역 기하는 정사면체형이지만 분자 기하는 굽은형
H–O–H 결합각 약 104.5°
쌍극자 형성
O의 전기음성도 > H → O에 δ−, H에 δ+ 부분전하
굽은형 구조 때문에 두 O–H 결합쌍극자가 상쇄되지 않음 → 순쌍극자
극성은 용해성·수소결합·높은 유전율의 분자적 근거
수소결합 네트워크
공여체와 수용체
O–H의 H는 수소결합 공여체, O의 비공유전자쌍은 수용체
물 1분자는 이론상 최대 4개의 수소결합에 참여
개별 결합은 공유결합보다 약하지만 다수 결합의 총효과는 큼
동적 성질
액체에서 수소결합은 피코초 규모로 끊어지고 재형성
동적 네트워크가 유동성과 응집성을 동시에 제공
열적 성질
높은 비열
흡수한 열의 상당 부분이 수소결합 해체에 사용 → 온도 변화 완충
체액·수생환경의 급격한 온도 변화를 억제
높은 기화열
기화하려면 분자간 수소결합을 끊어야 하므로 많은 에너지 필요
발한·헐떡임의 증발냉각에서 고에너지 분자가 이탈 → 체표 온도 감소
응집·부착·표면장력
응집(cohesion): 물–물 수소결합 → 연속된 물기둥 유지
부착(adhesion): 물–친수성 표면 상호작용 → 모세관 현상 보조
표면장력
표면 분자는 내부보다 이웃 분자가 적어 순내향 인력을 받음
폐포 계면활성제는 공기–액체 경계의 표면장력을 낮춰 허탈을 억제
용매 작용과 소수성 효과
이온·극성 용질
물의 부분전하가 이온 주위를 배향 → 수화껍질 형성
높은 유전율이 반대 전하 사이 정전기적 인력을 약화 → 해리 촉진
극성 작용기는 물과 이온–쌍극자 또는 수소결합을 형성
비극성 용질
비극성 표면 주위 물의 배열이 제한 → 물의 엔트로피 감소
비극성 표면끼리 뭉치면 노출면적 감소 → 물의 자유도 증가
열역학 해석: ΔG=ΔH−TΔS
주변 물의 엔트로피 증가가 ΔG를 낮추면 비극성 분자의 회합이 자발적
온도·용질·분자 표면에 따라 엔탈피와 엔트로피 기여의 상대값은 달라짐
소수성 효과는 직접적인 비극성 결합이 아니라 용매가 구동하는 자유에너지 효과
단백질 접힘·막 이중층·미셀 형성의 핵심 구동력
양친매성 분자
친수성 머리는 물과 접촉, 소수성 꼬리는 물에서 차폐
단일꼬리 계면활성제는 미셀, 이중꼬리 인지질은 이중층을 선호
고체·액체의 밀도 이상
얼음에서 수소결합이 열린 육각격자를 형성 → 같은 질량의 부피 증가
얼음 밀도 < 액체 물 밀도 → 얼음이 뜸
담수는 약 4°C에서 밀도 최대 → 겨울 수괴의 층화와 수생생물 생존에 기여
물의 이온화·pH·완충
자동이온화
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
25°C에서 Kw=[H⁺][OH⁻]=1.0×10⁻¹⁴
pH+pOH=14는 25°C 조건식이며 온도 변화 시 중성 pH도 변함
약산 완충계
HA ⇌ H⁺ + A⁻; Ka=[H⁺][A⁻]/[HA]
Henderson–Hasselbalch: pH=pKa+log([A⁻]/[HA])
pH=pKa+1 → [A⁻]:[HA]=10:1
pH=pKa−1 → [A⁻]:[HA]=1:10
pH=pKa에서 [A⁻]=[HA]이고 완충능이 최대
유효 완충범위는 대략 pKa±1
생리적 완충계 연결
세포외액: CO₂/H₂CO₃/HCO₃⁻ 계가 폐·신장 조절과 결합
세포내액·소변: 인산계의 기여가 상대적으로 큼
단백질: His 등 이온화 가능한 곁사슬과 말단기가 H⁺를 수수
편입시험 통합 함정
수소결합에서 H를 공유결합처럼 공유하는 것이 아니라 부분전하 사이 인력이 작용
소수성 효과는 비극성 분자 사이의 새로운 강한 결합 형성이 주원인이 아님
pH 1 차이는 [H⁺] 10배, pH 2 차이는 100배
완충액은 pH 변화를 없애는 것이 아니라 일정 범위에서 완화
삼투는 물의 순이동이며 입자 수에 의존하는 총괄성; 용질의 화학종 자체와 구분