생2칼럼 1) 생명과학2 소개/세포의 특성

안녕하세요! 어제 칼럼 공지글로 인사드렸던 생2 뽀개기입니다. 칼럼 1일차 글을 쓰게 되네요 ㅎㅎ 처음이라서 잘할 수 있을 지 잘 모르겠지만... 일단 시작하도록 하겠습니다!

일단 오늘은 먼저 생명과학2에 대해서 전반적으로 소개를 먼저 하고, 그 이후에 2단원의 '세포' 파트부터 다뤄보도록 하겠습니다.

2021 수능특강 목차

2021 생2 수능특강 목차입니다. 2020 이전에는 단원이 3개밖에 없었는데 쪼개지고 쪼개져서 6개가 됐네요(처음 봤을 때 굉장히 당황스러웠습니다). 이 중에서 생2 킬러 문제로 출제되는 부분은 6,7,8,11,12강 이렇게 다섯 부분이라고 보시면 되겠습니다. 6강에서는 샤가프와 DNA 복제 문제, 7강에서는 코돈, 8강에서는 전사인자(이거는 뜸하게 나오긴 합니다), 11강에서는 하디-바인베르크, 12강에서는 생명공학 기술이 출제됩니다. 아마 일반적인 수능이라면 이 5개 챕터 중 4개 정도에서 킬러 문제가 출제된다고 보면 되겠습니다(실제 대부분의 수능이 그랬습니다). 그래서 이 부분들은 문제 풀이 연습이 상당히 중요하죠. 그렇다고 다른 부분들을 소홀히 하다가는 비킬러에서도 통수 맞는 게 생2입니다(저 수능에서 계통수에서 3분 넘게 걸려서 순간 뇌절 올 뻔 했네요). 그래서 저는 2강부터 차례차례 개념도 자세하게 칼럼에서 다뤄보도록 하겠습니다. 독학생들에게 많은 도움이 됐으면 좋겠네요! 개념 위주의 파트는 한 칼럼에 한 강, 문제풀이가 곁들여지는 파트는 한 강에 여러 칼럼을 잡아먹을 것 같네요.

생명과학2에 대해 많은 사람들이 '어려운 과목이다' '헬파이어'라고 많이들 착각 하시는데, 제 생각에는 그렇게 치면 생1의 유전 문제도 다를 거 없다고 생각해요. 생2 킬러 문제라고 무조건 미친듯이 어려운게 아니고 원리를 알고 차근차근 연습하면 여러분들도 충분히 극복할 수 있을 것입니다. 그리고 2과목 표본 특성상 4등급부터는 컷트라인이 1과목에 비해 매우 낮습니다. 그러니까 개념만 제대로 공부해도 2~3등급은 먹고 들어가니까(!) 너무 걱정 안하셔도 되겠습니다. 이거 구라일 거 같지만 진짜입니다;;

------------그러면 본격적으로 오늘의 칼럼을 시작해볼게요!-------------

2. 세포의 특성 개념정리

2강은 크게 '생명체의 구성' '생명체를 이루는 물질' '세포의 연구 방법' '세포의 구조'로 나뉩니다. 오늘 빠르게 핵심 개념을 정리해보도록 하겠습니다.

1. 생명체의 구성/생명체를 이루는 물질

재수생 이상 분들은 아시겠지만 기존 생1에서 생2로 올라온 파트입니다.

쓰다 보니까 내용이 너무 길어져서...ㅎㄷㄷ 그래서 다음 칼럼에 따로 다루기로 결정했습니다. 죄송합니다 ㅠㅠ

2. 세포의 연구 방법

수능에 출제되는 세포의 연구 방법은 크게 다음과 같습니다.

1. 현미경

현미경에는 크게 세 가지 종류가 있습니다. 바로 광학현미경, 투과전자현미경, 주사전자현미경입니다.

광학현미경은 우리가 보통 사용하는 현미경으로 광원으로 가시광선을 이용합니다. 그리고 해상력(가까이 있는 서로 다른 두 점을 다른 점으로 인식할 수 있는 최소 길이)이 세 가지 현미경 중 가장 좋지 않습니다. 하지만, 장점으로는 컬러로 구현된다는 것과 살아있는 세포도 관찰할 수 있다는 점이 있습니다.

투과전자현미경은 광원으로 전자선을 사용하기 때문에 해상력이 매우 뛰어납니다. 하지만, 흑백으로만 볼 수 있고, 전자현미경의 내부는 진공상태이기 때문에 죽은 세포만 관측 가능합니다. 전자선을 시료에 투과시켜서 상을 얻는 방식을 쓰기 때문에 세포의 단면을 관찰할 수 있습니다. 

주사전자현미경은 역시 광원으로 전자선을 사용하지만, 투과전자현미경과 다르게 전자선이 시료 표면에서 반사되기 때문에 세포의 표면을 3D로 관측할 수 있습니다. 이외의 사항들은 투과전자현미경과 유사하지만 해상력은 약간 낮습니다.

그리고 전자현미경은 육안으로 관찰할 수 없고 화면으로 관찰해야 한답니다.

한눈에 표로 정리해 놓은 그림입니다!(출처: Google Images)

2. 세포 분획법

세포 내의 세포 소기관들을 밀도(단위부피당 질량)에 따라 분리해내는 방법으로, 원심 분리기를 사용합니다. 먼저 균질기로 세포를 분쇄시켜서 세포막을 파괴한 후에 원심 분리기를 활용하여 원심 분리를 시켜줍니다. 원심 분리를 하면 무거운 물질부터 먼저 침전됩니다. 그리고 남은 상층액을 다시 더 빠른 속도로 원심분리하여 그 중에서 무거운 물질을 또 걸러내는 방식입니다. 주의할 점은 식물세포와 동물세포에서의 세포 분획 시 결과물이 다르다는 점입니다(매우매우중요)

                    무거움가벼움

식물세포: (세포벽)-핵-엽록체-미토콘드리아-소포체와 리보솜-(세포액)

동물세포: 핵-미토콘드리아-소포체와 리보솜-(세포액)

식물세포의 세포분획법을 정리해놓은 사진입니다.(출처:Google Images)

아래의 기출문제에서 만나보시면 되겠습니다.

3. 자기 방사법

방사성 동위 원소를 유기물에 표지시켜서 그 유기물의 이동 경로를 파악하는 방법입니다. 방사성 동위원소란 원래 원소와 중성자 개수가 달라서 불안정해진 원소로, 이 원소들은 방사능을 방출하는 성질을 갖고 있습니다. 따라서 유기물에 14C, 32P, 35S 와 같은 방사성 동위원소를 표지시키면 이 유기물들이 이동하는 경로를 파악할 수 있겠죠? 나중에 광합성 단원에 가서 이 방법을 이용한 실험이 소개될 것입니다.

4. 세포/조직 배양법

말 그대로 세포나 조직을 영양 배지에서 배양시키는 방법입니다. 이 세포 연구방법을 통해서는 식물의 대량 생산 및 복제, 세포의 보존을 할 수 있습니다.

3. 세포의 구조

세포 소기관 별로 정리해보도록 하겠습니다. 재수생 이상 중 생1을 공부해보신 분들은 상당 부분을 알고 있을 겁니다.

1. 핵

먼저 핵입니다. 핵은 세포의 모든 생명확동의 중심이 되는 세포 소기관이죠? 핵은 이중막 구조인 핵막으로 둘러싸여 있는데, 핵막에는 '핵공'이라는 구멍이 여러 개 뚫려있습니다. 이 핵공을 통해서 RNA나 단백질 등 여러 물질들이 통과합니다. 핵 속에는 유전 정보를 담은 염색사가 있고, 이 염색사는 히스톤 단백질과 DNA로 이루어져 있죠? 그리고 핵 속에는 인이라는 부위가 있습니다. 인은 막으로 달리 둘러싸여있지 않은데, rRNA와 단백질로 구성되어있습니다. 인에서는 이 두 가지의 재료들을 통해서 리보솜이 합성됩니다.

2. 리보솜/소포체/골지체

리보솜은 단백질을 합성하는 막으로 둘러싸이지 않은 기관입니다. 리보솜은 세포질에 둥둥 떠있거나 거친면 소포체의 표면에 달라붙어 있습니다. 거친면 소포체는 표면에 달라붙어 있는 리보솜이 합성한 단백질을 수송하는 역할을 합니다.(매끈면 소포체에는 리보솜이 없는데 매끈면 소포에는 지질의 합성및 수송 등 거친면 소포체와는 다른 역할을 수행합니다) 이렇게 거친면 소포체를 단백질이 통과하게 되면 거친면 소포체에서 골지체로 수송 소낭을 통해서 단백질이 이동됩니다. 골지체는 소포체에서 유래된 소기관으로, 골지체에서는  단백질을 분비 소낭으로 다시 포장하여 세포 외로 분비하거나 세포 내의 필요한 곳으로 보냅니다. 소포체와 골지체는 단일막 구조입니다.

3. 리소좀

리소좀은 골지체에서 떨어져 나온 막이라고 보면 됩니다. 리소좀 내에는 가수분해 효소가 들어있어서 세포 외부에서 침투해온 유해 물질이나 세포 내 노폐물, 낡은 소기관 등 필요없는 물질들을 분해하는 역할을 합니다. 리소좀은 단일막 구조라는 것도 기억해주세요!

4. 미토콘드리아

미토콘드리아는 포도당의 화학 에너지를 이용하여 ATP를 합성하는 세포 소기관입니다. 미토콘드리아에는 세포의 핵과 별개로 자체적인 DNA, RNA, 리보솜이 존재하기 때문에 미토콘드리아는 스스로 복제, 증식이 가능합니다. 미토콘드리아는 외막과 내막의 2중막 구조이고 내막의 안쪽 부분을 미토콘드리아 기질이라고 합니다. 추후 세포호흡 과정에 대해 다룰 때 자세하게 볼 수 있을 것입니다.

5. 엽록체(식물에만 존재!)

엽록체는 식물에만 존재하는 소기관으로 빛에너지를 이용하여 화학 에너지를 합성하는 기관입니다. 엽록체에는 미토콘드리아와 마찬가지로 자체적인 DNA, RNA, 리보솜이 존재하며 스스로 복제, 증식할 수 있습니다. 또한 엽록체는 막 구조인 그라나와 엽록체 기질인 스트로마로 구성되어있습니다. 추후 광합성 과정에서 이에 대해 매우매우 자세히 다룰 겁니다.

6. 세포골격

세포 골격은 크게 세 종류입니다. 크기 순서대로 나열하자면 미세소관>중간섬유>미세섬유 입니다. 크기 정도만 알아두면 수능에서는 문제 없을 것입니다(각각의 기능까지는 제대로 안물어봐 왔습니다).

-중심립(동물에만 존재): 중심립은 동물세포가 세포 분열을 진행할 때 방추사를 형성하는 소기관입니다. 중심립은 미세 소관이 9개가 둥글게 모여 있는 9+0(중심에는 없음) 구조이며, 중심립 2개가 모여 중심체가 됩니다.

-섬모와 편모: 주로 움직일 수 있는 단세포 생물에 존재합니다. 섬모와 편모 역시 미세소관으로 이루어져 있는데, 중심체와는 다르게 9+2(중앙에 2개가 있음) 구조로 되어있습니다.

7. 세포막

세포막은 세포의 내부와 외부의 경계를 짓는 막이죠. 추후에 다룰 세포막을 통한 물질 출입 단원에서 더 자세히 배웁니다만, 간단하게 짚고 넘어가겠습니다. 세포막은 선택적 투과성, 또는 반투과성을 가지기 때문에 특정 물질만 들여보내고 다른 물질은 들어가지 못하게 합니다. 따라서, 세포막은 물질 출입 조절 기능을 한다고 볼 수 있습니다. 또한, 세포막은 인지질과 단백질 콜레스테롤 등으로 이루어져 있습니다.

8. 세포벽(식물에만 존재!)

세포벽은 식물에게만 있는데, 세포막 밖에서 식물세포의 형태를 유지해주는 역할을 맡고 있습니다. 참고적으로 세포벽은 1차벽과 2차벽으로 구성되어있는데 셀룰로스로 구성된 1차벽이 먼저 만들어진 뒤 여러 잡다한 물질(리그닌, 큐틴, 수베린)로 이루어진 2차벽이 점차 두꺼워지게 됩니다. 세포막이 반투과성인 것과 달리 세포벽은 전투과성(모든 물질을 통과시킴)이므로 물질 출입 조절 능력은 없습니다.

-한 분이 질문을 주셔서 내용 추가했습니다. 세포벽은 식물에만 존재한다고 기술했는데, 실제로는 진정세균과 고세균, 균계의 세포에도 세포벽이 있습니다. 이에 대해선 추후 생물의 분류 파트에서 따루 다루고 지금은 식물에 대해서만 먼저 다루도록 하겠습니다.

9. 액포(식물에만 존재!)

식물은 동물과 달리 배출이나 배설을 하지 않습니다.(식물들이 배설한다면 정말 끔찍하겠네요. 은행만으로도 이미 충분합니다.) 그렇기 때문에 식물은 물질대사 과정에서 생성된 노폐물을 '액포'라는 곳에 따로 저장해 두는 것이죠. 이 액포에는 물, 색소, 독성물질, 노폐물 등이 섞여 있습니다.

식물세포와 동물세포 사진 출처: 학습백과 ZUM

기출문제(2020)

이정도만 알고 있으면 기출문제는 껌이죠? 개념만 알면 쉽게 풀 수 있는 문제들이 출제됩니다.

2020 수능 1번입니다

가장 먼저 분리된 ㄱ이 가장 무거운 것이므로 핵이겠죠. ㄴ은 엽록체 ㄷ은 미토콘드리아가 차례대로 되겠습니다.

2020 9월 평가원 1번입니다.

특이하게 현미경의 발명 순서를 물어봤는데, 광학 현미경이 가장 먼저 발명되었으므로 C이고 단면을 통과한 전자선을 이용하는 B는 투과전자현미경입니다.

2020 6월 평가원 1,2번입니다. 생명과학2는 6월 평가원은 전범위가 아니기 때문에 1단원 문제가 많습니다.

(풀이는 생략)

그리고 생1 수능기출이지만 이제는 생2 범위로 들어온 한 문제도 갖고왔습니다.

표피 조직은 표피 조직계에 속하므로 B는 틀렸습니다. 체관은 조직이고 잎은 기관이므로 C도 틀렸네요.

이상 칼럼을 마치도록 하겠습니다. 휴우... 생각보다 길어졌네요. 처음이라 많이 부족한 점도 있을텐데 댓글로 개선할 점(내용, 양, 사진, 기출문제,구성 등등) 알려주시면 반영하겠습니다! 특히 구성 관련해서 여러분들의 의견을 많이 반영할 생각입니다. 댓글로 수정사항 알려주시면 바로바로 수정도 가능합니다! 좋아요도 많이 눌러주세요~~~!

다음 시간에는 세포막을 통한 물질 이동을 주제로 찾아뵙겠습니다! 그럼 이만 ㅇㅅㅇ

-본 칼럼은 언제까지나 칼럼일 뿐, 핵심 개념들을 요약한 정도입니다. 생명과학2를 처음 독학하시는 분들께서는 꼭 상세한 개념도 공부해 주시길 바랍니다.-