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생체 물질의 화학조성

살아 있는 모든 세포는 물과 염류 외에 다수의 유기화합물을 포함하고 있다.

일반적으로 세포를 이루고 있는 유기물의 대부분은 단백질·탄수화물·지방으로 분류할 수 있다. 핵산과 여러가지 다른 유기 유도체도 중요한 성분이다. 단백질은 생체의 기본 요소로서, 동물체의 구성성분(예를 들면 콜라겐)과 세균 등의 침입물로부터 생체를 지키는 작용을 하는 항체(抗體) 역할을 할 뿐만 아니라, 필수적인 생체촉매를 이루고 있기도 하다.

단백질은 분자량이 작은 것(분자량 5,700인 인슐린)에서부터 큰 것(분자량 100만 이상)에 이르기까지 크기가 다양하다. 탄수화물에는 당류·녹말·셀룰로오스 등의 물질이 포함되어 있다. 탄수화물의 분해경로, 저장과 이용의 경로 등은 20세기 전반에 밝혀졌다. 호흡이나 근수축과 탄수화물의 관계에 관한 주요한 연구는 1950년대에 이르러 완결되었다.

지방은 에탄올이나 에테르·벤젠 등의 비극성 용매에 의하여 생물 시료로부터 추출되는 유기물이다. 생체의 지방이 탄수화물로부터 형성되는 것에 관한 연구는 1850년초에 실시되었는데, 이 연구와 그 후에 계속된 연구에 의해서 탄수화물이 생체 내에서 끊임없이 지방으로 변환된다는 것이 확인되었다.

지방 대사의 주요기관은 간(肝)이다. 핵산은 모든 생물의 세포와 세균에 존재하는 매우 복잡한 고분자 화합물이다. 핵산은 단백질의 합성과 세대간의 유전정보를 전달하는 데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 1940년대에는 디옥시리보핵산(DNA)과 리보핵산(RNA) 2종류 핵산이 존재한다는 것이 입증되었다. 핵산이 생물학적으로 중요한 의미를 가지고 있다는 것은 1940, 1950년대에 걸쳐 서서히 밝혀졌다.

영양

생화학자들은 오랫동안 동물이 섭취하는 음식물의 화학조성에 흥미를 가져왔다.

모든 동물은 물과 무기물 외에 음식물에 포함되어 있는 유기물을 필요로 하며, 이 유기물은 그 동물이 필요로 하는 에너지를 충분히 공급한다. 탄수화물·지방·단백질은 일정한 한도 내에서 이 목적을 위해 서로 변환되면서 사용된다. 그외에 동물은 영양물질로서 특수한 유기화합물을 필요로 한다. 식물은 동물과 달리 기존의 유기물을 필요로 하지 않는다는 것이 1700년대말에 실시된 연구에서 밝혀졌다. 녹색식물은 이산화탄소·물·무기염·암모니아·질산염 등과 같은 단순한 물질로부터 자기 자신의 세포를 이루는 성분을 합성한다.

이 작용을 광합성이라고 하며, 광합성을 통해 탄수화물이 만들어진다.

소화

동물과 사람이 섭취하는 식물 중의 유기물은 대부분 고분자로 이루어져 있다.

이 분자들은 고등동물의 소화관에서 가수분해되어 구성성분으로 분해된다. 즉 단백질은 아미노산의 혼합물로, 지방의 일부는 지방산과 글리세롤로, 다당류는 단당류로 분해된다. 일반적으로 생물에서 작은 분자는 모두 동일한 것이 이용되지만 크고 복잡한 분자는 각 생물종에 따라 다르다. 그러므로 동물은 식물이나 다른 동물의 단백질을 직접 이용할 수 없으며, 동물은 섭취한 다른 종류의 단백질을 먼저 아미노산으로 분해한 후에 그 동물 고유의 단백질로 재합성한다.

혈액

혈액은 연구자의 호기심을 끊임없이 불러일으켜온 동물조직의 하나이다.

혈액은 생화학이 시작될 때부터 활발하게 연구되었기 때문에, 혈액의 화학조성은 체내의 다른 조직보다 더 상세하고 정확하게 알려져 있다. 혈액색소인 헤모글로빈은 집중적으로 연구되어왔다. 헤모글로빈은 적혈구에 포함되어 있고, 산소를 폐에서 다른 조직으로 운반하는데 산소농도가 높은 폐에서는 산소와 결합하고, 산소농도가 낮은 조직에서는 산소를 방출한다.

대사와 호르몬

세포에서는 복잡하지만 질서있게 진행하는 일정한 화학변화가 일어나고 있으며, 이 화학변화를 통틀어 대사라고 한다.

대사는 열의 방출과 관련되어 있다. 즉 방출된 열은 동일한 화학변화가 생체 밖에서 일어났을 경우에 얻어지는 열의 양과 같다. 이 사실은 열역학 법칙이 생체 내에서도 적용될 수 있음을 보여준다. 호르몬은 대사의 조절인자로 볼 수 있다. 호르몬 연구는 생리적 효과의 결정, 구조결정, 호르몬 작용에 따른 화학적 메커니즘 결정이라는 3가지 측면에서 이루어지고 있다.

유전자

유전자 연구에 의해서 종의 유전형질은 자기복제를 하는 단위인 유전자에 의해서 유지·전달된다는 것이 밝혀졌다.

유전자는 핵산으로 이루어져 있고, 핵의 염색체 내에 있다. 20세기 중반 DNA의 화학구조가 결정되었고, 그 자기복제 메커니즘과 핵의 DNA에 의해서 RNA 합성이 일어나는 방식을 설명하는 것은 생물학사에서 매력적인 부분의 하나이다.