07. 자연의 구성 물질

1. 지각을 구성하는 물질의 규칙성

1. 지각을 구성하는 물질

•      지각의 구성: 암석 → 광물로 구성. 조암 광물 대부분은 규산염 광물 (전체 광물의 약 92 %)
•      규산염 광물: 규소(Si)와 산소(O)가 결합한 기본 단위체인 규산염 사면체(Si-O 사면체)가 규칙적으로 결합하여 형성
•      지각의 8대 구성 원소:
         산소(46.6%), 규소(27.7%), 알루미늄(8.1%), 철(5.0%), 칼슘(3.6%), 나트륨(2.8%), 칼륨(2.6%), 마그네슘(2.1%)

2. 규산염 사면체(Si-O 사면체)

•      전하: Si = +4, 각 O = -2 → 전체 전하 = -4
•      안정화 방법: ① 양전하를 띤 금속 이온(양이온)과 결합  ② 산소를 다른 규산염 사면체와 공유
•      산소 공유 시 전하 변화: 공유 0개: -4 / 1개: -3 / 2개: -2 / 3개: -1 / 4개: 0

 

▶ 규산염 사면체의 결합 구조와 광물

구분	독립형	단사슬	복사슬	판상	망상
공유 산소 수	0개	2개	2~3개	3개	4개
결합 방식	Fe·Mg 등 양이온으로 연결	단일 사슬 모양	이중 사슬 모양	넓은 판 모양	3차원 입체 구조
결합구조
광물	감람석	휘석	각섬석	흑운모	석영, 장석
쪼개짐/깨짐	깨짐 발달	두 방향 쪼개짐	두 방향 쪼개짐	한 방향 쪼개짐	깨짐 발달
화학적 풍화	가장 약함	약함	보통	강함	가장 강함

 

2. 생명체를 구성하는 물질의 규칙성

생명체를 구성하는 탄수화물, 단백질, 지질, 핵산은 탄소 골격에 수소, 산소, 질소, 황 등이 결합한 탄소 화합물이다. 작고 간단한 단위체가 연결되어 크고 복잡한 물질을 이룬다.

 

1. 단백질

(1) 단백질의 역할

•  단백질은 몸의 각 부분을 구성하고 다양한 기능을 담당한다.
•  피부, 근육, 머리카락, 혈액 등 사람 몸의 많은 부분을 구성한다.
•  효소와 호르몬의 주성분으로 체내에서 일어나는 화학반응을 조절하고 생명활동이 월활하게 일어나도록 한다.
•  체내에 탄수화물이나 지방애ㅣ 부족할 때 에너지원으로 사용되어 1g당 4kcal의 열량을 낸다.
•  구성 원소: 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S 포함 가능)

 (2) 단백질의 형성

•      단위체: 아미노산 (약 20종류)
•      아미노산 구조
        -  탄소를 중심으로 아미노기(-NH₂), 카복실기(-COOH), 수소 원자, 곁사슬(R) 결합 → 종류는 곁사슬에 의해 결정

•      펩타이드결합
    -  한 아미노산의 카복실기(-COOH)와 다른 아미노산의 아미노기(-NH₂) 사이의 공유 결합. 결합 시 물(H₂O) 1분자 빠져나옴
    (탈수 축합 반응)

•      ➡ 많은 아미노산이 펩타이드결합으로 연결 → 폴리펩타이드 → 단백질
•      단백질 종류 결정 요인: 아미노산의 종류·개수·배열 순서 (예: 20종 아미노산, 10개 배열 → 20 ¹⁰가지)가지

(3) 단백질의 구조

구조 단계	내용
1차 구조	아미노산이 펩타이드결합으로 연결된 폴리펩타이드 사슬
2차 구조	폴리펩타이드 사슬이 접히거나 꼬여 알파(α) 나선 구조 또는 베타(β) 병풍 구조를 이룸
3차 구조	2차 구조가 다시 꺾이거나 접혀서 입체 모양 구조를 이룸 → 단백질의 기능 결정
4차 구조	3차 구조를 이룬 여러 폴리펩타이드가 모여 하나의 기능을 갖는 단백질 형성

 •      변성: 열이나 산·염기를 가하면 입체 구조가 변형되어 기능 상실 (예: 달걀 가열 시 단단해짐)

 

2. 탄수화물과 지질 (참고)

구분	탄수화물	지질
구성 원소	탄소(C), 수소(H), 산소(O)	탄소(C), 수소(H), 산소(O) 등
단위체	단당류 (포도당, 과당, 갈락토스 등)	단위체 개념 없음
종류	단당류, 이당류(엿당·설탕·젖당), 다당류(글리코젠·녹말·셀룰로스)	중성지방, 인지질, 스테로이드
열량	1 g당 4 kcal (주에너지원)	1 g당 9 kcal (저장 에너지원)
특징	글리코젠(동물), 녹말(식물): 포도당 저장 셀룰로스: 식물 세포벽 구성	인지질: 세포막 주요 성분 스테로이드: 콜레스테롤, 성호르몬

 

3. 핵산

세포에서 유전정보를 저장하거나 전달하고, 단백질 합성에 관여. 종류: DNA, RNA

(1) 핵산의 단위체: 뉴클레오타이드

•      구성 원소: 탄소(C), 산소(O), 수소(H), 질소(N), 인(P)
•      구성: 인산 + 당(5탄당) + 염기 = 1:1:1 결합 → 결합한 염기 종류에 따라 뉴클레오타이드 종류 결정
•      5탄당 종류: 디옥시라이보스(DNA용), 라이보스(RNA용)
•      염기 종류: 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 타이민(T, DNA만), 유라실(U, RNA만)

(2) 핵산의 형성
•  핵산은 많은 수의 뉴클레오타이드가 결합해 형성된 긴 가닥의 폴리뉴클레오타이드로 이루어져 있다.
•  하나의 뉴클레오타이드에 포함된 당이 다른 뉴클레오 타이드의 인산과 결합하고, 이 결합이 반복되면 긴 사슬 모양의 폴리뉴클레오타이드가 형성된다.     

(3) DNA와 RNA 비교

구분	DNA	RNA
기능	핵에서 유전정보 저장	유전정보 전달·단백질 합성 관여
당	디옥시라이보스	라이보스
염기	A, G, C, T	A, G, C, U
분자 구조	이중나선구조 (두 가닥의 폴리뉴클레오타이드)	단일 가닥 구조
염기 상보결합	A-T, G-C (수소결합으로 연결)	해당 없음 (단일 가닥)

(4) DNA 이중나선 구조

•      상보결합: A는 항상 T와, G는 항상 C와 수소결합 → A 수 = T 수, G 수 = C 수