1. 생물의 구성 단계
지난 11, 12에서는 식물의 광합성과 호흡에 대해서 다루었다면, 13부터 진행되는 이야기는 동물 안에서의 이야기라고 할 수 있다. 단원의 분류 상 생명과학에 포함되고, 고등과정에서 다룰 생물의 중요한 특성들이니 잘 숙지해 두기를 바란다.
생물을 다루기 위해서는, 먼저 생물을 구성하는 '구조'를 기억해야 한다. 항상 모든 공부의 시작은 체계화임을 잊지 말도록 하자. 생물의 기본 단위는 무엇일까. 여러 가지 조건이 있겠지만, '세포'로 구성되어 있다는 것이다. 이러한 세포는 한 종류만 존재하는 것이 아니라, 다양한 종류가 존재하는데, 이들이 모이면 비슷한 기능을 하는 새로운 집단이 될 수 있다. 이러한 것들을 '조직'이라고 한다. 마찬가지로 조직들이 모이게 되면, 이를 '기관'이라고 하며 개개의 기관들이 모여 '개체'가 된다.
그런데 이에 대해 식물과 동물 사이에 차이가 존재한다. 이동성이 없으며 광합성을 할 수 있는 식물의 경우, 조직과 기관 사이에 더 높은 체계성을 원하였고, 이에 따라 중간에 '조직계'라고 하는 계(system)를 구성한다. 반명, 이동성이 크고 광합성은 불가능한 동물의 경우, 기관들이 모여 개체가 되기까지 더 높은 체계성을 원하였고, 이에 따라 중간에 '기관계'라고 하는 계를 구성하였다.
정리해 보면 다음과 같다. 우리는 동물에 대해서 다룰 것이므로 동물에 대한 그림을 살펴 보겠다.
우리 몸에는 여러 가지 기관계가 존재하며, 이들 중 생명 활동에 매우 주요한 기능을 하는 4가지의 기관계를 다룰 것이다. 그것이 바로 '소화계, 순환계, 호흡계, 배설계' 이며, 각각에서 일어나는 '소화', '순환', '호흡', '배설'을 다루게 되는 것이다.
2. 영양소
생물의 구성 단계에 대해 다루었다면, 다음으로는 영양소에 대해 이야기할 필요가 있다. 영양소는 생물체가 생명을 영위하기 위해 필수적으로 존재해야 하는 것이기 때문이다. 위에서와 마찬가지로, '체계성'은 매우 중요하다. 영양소는 크게 에너지원으로 사용될 수 있는 '주영양소' 혹은 '3대 영양소'와, 에너지원으로 사용은 불가능하지만, 몸의 생리활동을 조절하는데 주요한 기능을 하는 '부영양소'로 구분한다.
주영양소는 '탄수화물' '단백질' '지방'의 세 가지로 이루어진다. 이들 각각의 특징은 다음과 같다.
| 구분 | 특징 | 식품 |
| 탄수화물(Carbohydrate) | 1g당 4kcal 주로 에너지원으로 사용(몸 구성비율 낮다) 남은 것은 지방으로 전환 녹말, 포도당, 엿당, 젓당 등 |
감자, 고구마, 쌀, 밀 등 |
| 단백질(Protein) | 1g당 4kcal 주로 몸을 구성하며, 에너지원으로도 사용된다 효소와 항체 근육 등을 구성 |
육류, 콩류 등 |
| 지방(Lipid) | 1g당 9kcal 몸을 구성하며, 에너지원으로도 사용된다 |
견과류 등 |
부영양소는 '무기염류' '바이타민' '물'로 이루어진다. 이들 각각의 특징은 다음과 같다.
| 구분 | 특징 | 비고 |
| 무기염류(Mineral) | 뼈나 혈액 등을 구성하며, 몸의 기능을 조절 나트륨, 철, 아연, 마그네슘, 인, 칼륨, 칼슘 등 |
멸치, 버섯, 다시마, 우유 등 |
| 바이타민(Vitamin) | 몸의 구성 성분이 아님 적은 양으로도 몸의 기능 조절 가능 바이타민 A B C D 등 |
바이타민 A 결핍증: 야맹증 바이타민 C 결핍증: 괴혈병 과일 채소 등 |
| 물(Water) | 몸의 6~70%를 구성 영양소, 노폐물 등의 운반작용 체온 조절 (항상성 유지) |
어떤 물질에 영양소가 들어 있는지를 어떻게 알 수 있을까. 단순한 방법으로 해답을 찾을 수 있다. 바로 지시약을 사용하는 것이다. 특정 영양소에 반응하는 지시약을 사용한다면 특정 물질에 들어 있는 영양소를 수월하게 찾을 수 있다. 아래에 보인 네 개의 영양소 검출 실험은 매우 중요하므로 반드시 암기해주기 바란다.
3. 소화의 전과정
이제 본격적인 소화에 관해 이야기해 보자. 소화란 아주 단순한 정의로는 큰 물질을 작은 물질로 분해하는 과정이다. 이 과정을 물리적으로 (으깨거나 부수거나) 진행하는 경우 '물리적 소화'라고 하며, 화학 반응에 의한 경우를 '화학적 소화' 라고 한다. 이로 음식을 으깨는 운동인 '저작 운동'의 경우 대표적인 물리적 소화의 예시이다. 한편 우리가 주로 다루고자 하는 소재는 바로 화학적 소화라고 할 수 있다.
어떤 물질이 완전히 분해되는 데는 얼마나 시간이 걸릴까. 실제로 우리 몸은 24시간 이내로 모든 영양소를 흡수 후 항문으로 찌꺼기를 배출하게 된다. 그러나 이것을 자연적으로 시키게 된다면 엄청 많은 시간이 소요된다. 즉, 소화를 제대로 시키기 위해서는 이를 돕는 '서포터'가 필요하다. 우리는 이러한 것을 '효소(enzyme)'이라고 하며, 소화를 돕는다 하여 소화 효소로 칭한다.
생물학적인 정의로는, 효소란 '생체내의 유기적 정촉매'라고 정의할 수 있겠다.
한편 소화계에 대한 정의도 해 보자. 소화계는 크게 '음식물이 직접 지나가는지' 여부로 구분할 수 있다. 음식물이 직접 지나가는 통로를 '소화관'이라고 하며, 직접 통과하지는 않지만 소화 효소들을 분비하거나 보관하는 기관을 '분비관(소화샘)'이라고 한다.
우리가 이번 단원에서 다룰 소화관은 입 - 식도 - 위 - 소장 - 대장 - 항문의 순서이며, 침샘, 간, 쓸개, 이자의 네 개가 분비관의 종류가 된다.
소화의 과정을 한번 예시로 들어 보자. 탄수화물, 단백질, 지방이 모두 포함되어 있는 음식물을 먹었다고 가정해 보면, 제일 먼저 그들이 향하는 곳은 '입'이다. 입에 들어간 음식은 이를 통한 '저작운동'에 의해 쪼개지며, 이때 침과 섞이게 되는데, 이 침에 들어있는 소화효소가 바로 '아밀레이스(amylase)' 이다. 아밀레이스는 녹말을 엿당으로 분해하는 기능을 가지고 있다. 반면 입에서는 단백질과 지방의 소화는 일어나지 않는다.
| 아밀레이스(Amylase) | 녹말을 엿당으로 분해 | 침샘에서 저장, 입으로 분비 |
자, 다음으로는 음식을 삼켜 보도록 하자. 그렇게 되면 식도를 타고 내려간 음식물이 위에 도착하게 된다. 위는 위액이라는 물질을 분비하는데, 그 내부 성분은 위산이라고 한다. 위산의 대부분은 HCl, 즉 염산으로 이루어져 있다. 위산이 염산으로 구성된 이유는 바로 여기서 분비되는 소화효소인 '펩신(pepsine)' 때문이다. 펩신은 높은 산성 조건에서 활성화되는데, 염산의 높은 산성 조건은 펩신이 활발이 작용할 수 있도록 한다. 펩신은 단백질을 중간 산물로 분해하게 된다.
| 펩신(Pepsine) | 단백질을 중간 산물로 분해 | 산성 조건에서 활성 |
위를 통과한 음식물은 십이지장 등의 여러 곳을 거쳐 소장으로 도착한다. 이 소장은 소화의 결정체라고 할 수 있는데, 그 이유는 바로 정말 다양한 소화 효소가 분비되기 때문이다. 먼저 쓸개즙에 대해서 이야기해 보자. 소장에서는 쓸개즙이 분비되는데, 이 쓸개즙은 소화 효소는 아니지만, 지방을 '유화'시켜서 잘 소화될 수 있도록 돕는다. 쓸개즙은 쓸개에서 저장되지만 간에서 생성된다는 사실을 잘 기억해 두도록 하자. 두 번째는 이자액이다. 이자액 역시 이자에서 만들어지고 보관되며, 소장에서 분비된다. 이자액에는 세 종류의 소화효소가 있는데, '아밀레이스' '트립신(trypsine)' '라이페이스(lipase)' 가 그것이다. 입에서 이미 분비된 아밀레이스가 다시 한번 분비됨으로서 미처 분해되지 못한 녹말을 엿당으로 분해한다. 트립신은 위에서 분비된 펩신과 비슷한 기능을 하며, 단백질을 중간 산물로 분해한다. 마지막으로, 라이페이스는 쓸개즙에 의해 유화된 지방을 분해하는데, 이 과정에서 지방은 지방산(Fatty acid)과 모노글리세리드(Monoglyceride)로 분해된다.
한편 소장은 소장의 자체 소화효소를 가지고 있는데, '탄수화물 분해 효소'와 '단백질 분해 효소'가 그것이다. 과거에는 각 효소의 이름을 배웠으나, 중학 과정에서 제외되었으니 더 이상 신경 쓸 필요는 없다. 탄수화물 분해 효소는 엿당을 완전히 분해하여 가장 기본 단위인 포도당(Glucose)으로 분해하며, 단백질 분해 효소는 단백질 중간 산물을 기본 단위인 아미노산(amino acid)으로 분해한다. 이렇게 분해된 물질들은 소장의 융털에서 흡수된다.
| 쓸개즙 | 쓸개즙 | 지방 유화 |
| 이자액 | 아밀레이스(Amylase) | 녹말을 엿당으로 분해 |
| 트립신(Trypsine) | 단백질을 중간 산물로 분해 | |
| 라이페이스(Lypase) | 지방을 지방산과 모노글리세리드로 분해 | |
| 소장 | 탄수화물 소화 효소 | 엿당을 포도당으로 최종 분해 |
| 단백질 소화 효소 | 중간 산물을 아미노산으로 최종 분해 |
융털에는 모세혈관과 암죽관 이라고 하는 두 구조가 존재한다. 영양소는 물에 녹는지 여부에 따라 수용성과 지용성으로 구분할 수 있다. 이 각각은 서로 섞이지 않기 때문에, 이들을 같은 곳으로 전달한다면 문제가 생길 수 있다. 따라서, 수용성 영양소는 물이 많이 존재하는 모세혈관을 통해 이동하며, 지용성 영양소는 암죽관을 통하여 이동하게 된다. 투트랙으로 이동하게 되는 것이라고 생각하면 쉽다. 한편 수용성 영양소는 바로 심장으로 가는 것이 아니라 간을 한번 거쳐가며, 지용성 영양소는 바로 심장으로 이동하게 된다.
| 모세혈관 | 수용성 영양소(포도당, 아미노산, 수용성 바이타민, 무기염류 등) | 간을 거쳐 심장으로 이동 |
| 암죽관 | 지용성 영양소(지방산, 모노글리세리드, 지용성 바이타민 등) | 심장으로 이동 |
한편 남은 찌꺼기는 대장으로 이동한다. 대장은 소화 효소가 분비되지 않으며, 주로 물의 흡수가 일어나게 된다. 남은 물질들은 수분이 마른 상태로 항문을 통해 체외로 배출되며, 이를 우리가 대변이라고 부른다. 그런데 여기서 조금만 더 살펴보면, 정말 대장에서는 영양분이 전혀 흡수되지 않는가, 그것은 아니다. 대장에는 우리가 대장균 이라고 부르는 다양한 세균이 살아가고 있는데, 이들에 의해 분해된 일부 바이타민 등이 흡수되기도 한다.
Edited. 21.09.14
Edited by 푸른삿포로
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