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생명

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목차

1. 개요

생명은 오랫동안 과학자와 철학자들에게 정의하기 어려운 개념으로, 생물학적, 열역학적, 유전학적, 생화학적 등 다양한 관점에서 정의된다. 생명체의 정의는 생장, 물질대사, 생식, 자극 반응 등의 특징을 포함하며, 지구상의 생명체는 탄소 기반 유기체로 구성되고 DNA와 RNA를 통해 유전 정보를 전달하며 진화한다. 생명의 기원은 자연발생설, 배종발달설, 화학적 진화 가설 등으로 설명되며, 생물 분류는 이명법과 계통 분류 체계를 통해 이루어진다. 현대 생물학은 세포, DNA, 진화 등을 중심으로 생명 현상을 연구하며, 세포는 생명의 기본 단위이고 DNA는 유전 정보를 담고 있으며, 진화는 생물 개체군의 유전적 형질 변화를 의미한다.

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생명
기본 정보
산호초의 다양한 생물 형태
산호초의 다양한 생물 형태
명칭생명
로마자 표기saengmyeong
영어Life
분류
분류군생명
하위 분류군도메인과 슈퍼그룹
하위 분류지구의 생명:
세포 생명
세균 도메인
고세균 도메인
진핵생물 도메인
아르케플라스티다
식물계 포함
합티스타
크립티스타
SAR 슈퍼그룹
엑스카바타
프로보라
안키로모나디다
CRuMs
헤미마스티고포라
아모르페아
동물계와 균계 포함
'파라카리온 미오진엔시스' ('incertae sedis')
비세포 생명
바이러스
바이로이드
비로이드
생물학적 특징
공통 조상보편적인 공통 조상
생장세포 성장
자극자극
기타
철학적 접근질료형상론
역사적 접근아리스토텔레스부터 시작
생태계생태계
참고생체계

2. 생명의 정의

생명이란 자체 신호를 가지고 스스로를 유지할 수 있는 물체를, 그러한 기능이 종료되었거나 (죽음) 또는 그러한 기능이 없어 비활성체로 분류되었거나를 막론하고 그렇지 않은 것과를 구별짓는 특성이다. 생명에 대한 정의는 과학자와 철학자들 사이에서 오랫동안 논의되어 왔지만,[2][3][4] 아직까지 완전한 합의에 이르지 못했다. 이는 생명이 물질이 아니라 과정이기 때문이다.[5][6][7] 지구 밖에서 진화했을지도 모르는 생명체의 특징에 대한 지식이 부족하다는 점도 이 문제를 더욱 복잡하게 만든다.[8][9]

생물과 무생물을 구분하는 방법에 대한 유사한 어려움을 가지고 생명에 대한 철학적 정의도 제시되었다.[10] 법적 사망 선고에 대한 논의도 있었지만, 이는 일반적으로 인간의 사망 선언 및 그에 따른 법적 결과에 초점을 맞추고 있다.[11] 최소 123가지의 생명 정의가 수집되었다.[12]

생물학적 정의, 열역학적 정의, 유전학적 정의, 생화학적 정의 등 다양한 관점에서 생명을 정의하려는 시도가 있었다.

2. 1. 생물학적 정의

생물학에서 생명체는 일반적으로 다음과 같은 특징들을 갖는다고 본다. 하지만, 이러한 기준이 엄밀한 것은 아니다.[2][3][4]

  • 생장한다.
  • 물질대사를 한다.
  • 자신과 닮은 개체를 생산해 내는 생식기능이 있다.
  • 외부 자극에 반응한다.


하지만 위의 기준을 엄밀하게 적용하면 몇 가지 문제가 발생한다.

  • 불은 살아있다고 할 수 있다.(살아있지 않다)
  • 노새는 생식 능력이 없으므로 살아있다고 할 수 없다.(그러나 노새의 세포 하나하나는 분열할 수 있다)
  • 바이러스는 성장하지 않고 숙주세포 바깥에서는 생식을 할 수 없으므로 살아있다고 할 수 없다.


생물학자들은 살아있는 생명체가 다음과 같은 현상을 보인다고 한다.

  • 살아있는 생명체는 탄수화물, 지질, 핵산, 단백질과 같은 성분을 지니고 있다.
  • 살아있는 생명체는 살아가기 위해 에너지와 물질을 모두 필요로 한다.
  • 살아있는 생명체는 하나나 그 이상의 세포로 이루어져 있다.
  • 살아있는 생명체는 항상성을 유지한다.
  • 살아있는 생명체의 종은 진화한다.


지구상의 생명체는 모두 탄소로 이루어진 유기체로 이루어져 있다. 어떤 사람들은 이러한 점이 우주의 모든 생명체에도 해당한다고 보지만, 다른 이들은 이 현상을 '탄소 쇼비니즘'이라고 부른다.

생명은 주어진 환경에서 자신의 존재를 유지, 증진 또는 강화하는 특징으로 간주된다.[13][14][15][16][17] 이는 다음 특성의 전부 또는 대부분을 의미한다.[4]

  • 항상성: 일정한 상태를 유지하기 위해 내부 환경을 조절하는 것. 예를 들어 온도를 낮추기 위한 땀.
  • 조직화: 생명의 기본 단위인 하나 이상의 세포로 구조적으로 구성됨.
  • 대사: 에너지의 변환으로, 화학 물질을 세포 구성 요소로 전환(동화 작용)하고 유기물을 분해(이화 작용)하는 데 사용된다. 생물체는 항상성 및 기타 활동에 에너지가 필요하다.
  • 성장: 이화 작용보다 동화 작용의 속도가 더 높게 유지되는 것. 성장하는 생물체는 크기와 구조가 증가한다.
  • 적응: 생물체가 서식지에서 더 잘 살 수 있도록 하는 진화 과정.[18][19][20]
  • 자극에 대한 반응: 외부 화학 물질로부터 멀어지는 단세포 생물의 수축, 다세포 생물의 모든 감각을 포함하는 복잡한 반응 또는 태양을 향해 돌아가는 식물 잎의 움직임(광주성) 및 화학 주성 등.
  • 생식: 새로운 개체를 생산할 수 있는 능력. 무성 생식으로 단일 모체 생물에서 또는 유성 생식으로 두 모체 생물에서 생산된다.

2. 2. 열역학적 정의

열역학적 관점에서 생명은 주변 환경의 기울기를 이용하여 자신의 불완전한 사본을 만드는 열린 계로 정의된다. 즉, 외부 에너지를 이용하여 자신의 질서를 유지하고, 복제하며, 진화하는 시스템이다.[23]

물리학적 관점에서 유기체는 스스로를 복제하고 생존에 따라 진화할 수 있는 조직적인 분자 구조를 가진 열역학적 계이다.[21][22] 주변 기울기를 이용하여 불완전한 자기 복제본을 만드는 열린 계로 설명되기도 한다.[23]

칼 세이건의 제안을 바탕으로 NASA 위원회가 우주생물학을 위해 제시한 정의에 따르면, 생명은 "다윈식 진화를 겪을 수 있는 자기 지속적인 화학 시스템"이다.[24][25] 그러나 이 정의는 단일 성적 생식 개체가 스스로 진화할 수 없다는 점에서 비판받기도 한다.[26]

생태계 이론에서는 생물을 자기조직화하고 자기생산(오토포이에틱)하는 것으로 정의한다. 스튜어트 카우프만은 '자율적 에이전트, 또는 자기복제가 가능하고, 적어도 하나의 열역학적 작동 사이클을 완료할 수 있는 멀티 에이전트계'라고 정의하기도 했다.[185]

2. 3. 유전학적 정의

찰스 다윈의 종의 기원은 1859년에 출판되어 자연선택을 통한 진화론을 제시하여 생물학에 큰 영향을 미쳤다.[2] 1865년에 발표된 그레고어 멘델의 멘델의 유전법칙은 유전 형질이 유전자를 통해 다음 세대로 전달되는 방식을 설명하며 유전학의 기초를 마련했다.[2]

복제는 유전 물질(DNA 또는 RNA)이 자기 복제를 하는 것을 의미하며, 이를 통해 유전 정보가 전달된다.[2] 변이는 같은 종의 생물 개체에서 나타나는 서로 다른 특성을 의미하며, 유전 변이와 환경 변이로 나뉜다.[2] 자연선택은 생물의 형태나 기능이 환경 조건에 잘 적합하여 개체와 종족 유지에 도움이 되는 것을 말하며, 이는 진화 과정에서 중요한 역할을 한다.[2]

유전학적 관점에서 생명은 다음과 같이 정의할 수 있다.

  • 유전 물질(DNA 또는 RNA)을 통해 유전 정보를 전달한다.
  • 복제를 통해 자신과 동일한 유전자를 가진 개체를 생성한다.
  • 변이를 통해 다양한 형질을 나타낸다.
  • 자연선택을 통해 환경에 적응하고 진화한다.

2. 4. 생화학적 정의

생명체는 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산과 같은 성분으로 구성된다.[282] 이들은 탄소를 중심으로 한 유기 분자 화합물이며, 생명 유지에 필수적인 효소 반응을 통해 생명 현상을 유지한다. 핵산은 유전 정보를 담고 있는 DNA와 RNA로 구성되어 있으며, 생명체의 유전형질을 결정하고 단백질 합성을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.[283]

분자생물학은 DNA, RNA, 단백질 등의 분자 수준에서 생명 현상을 연구하는 학문이다. 1940년대에 DNA가 유전자의 본체임이 밝혀지고, DNA의 유전 정보가 RNA를 통해 세포질에서 단백질 합성을 조절한다는 사실이 알려지면서 분자생물학이 발전하기 시작했다. 1953년 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 DNA의 이중나선 구조 모형을 제시하면서 분자생물학은 새로운 단계에 접어들었다.

이후 분자생물학은 DNA 복제 및 단백질 생합성을 중심으로 유전의 본질과 메커니즘을 설명하고, 나아가 생물체의 조절 작용이나 진화 현상을 설명하는 방향으로 발전했다. 분자생물학의 중심은 분자유전학이라고 할 수 있다. 그러나 근육 수축 단백질인 악토미오신의 분자 구조를 바탕으로 근육 수축 운동을 설명하거나, 뇌에서의 기억 기작을 단백질이나 RNA의 미세한 구조 변화로 설명하는 연구 등도 분자생물학에 포함된다.

3. 생명의 기원

생명의 기원에 대한 연구는 현재진행형이며, 여러 가설들이 제시되고 있다. 지구의 나이는 약 45억 4천만 년이며,[64] 지구상의 생명체는 적어도 35억 년 전부터 존재해 왔다.[65][66][67][68] 가장 오래된 생명체의 흔적은 37억 년 전으로 거슬러 올라간다.[69][70] 타임트리 공개 데이터베이스에 요약된 분자시계 추정치에 따르면 생명의 기원은 약 40억 년 전으로 추정된다.[71]

생명의 기원에 대한 가설들은 최초의 공통 조상이 형성되는 과정을 설명하려고 시도한다.[72] 2016년에는 최후의 만능 공통 조상으로부터 유래한 355개의 유전자 집합이 잠정적으로 확인되었다.[73]

2015년에는 서호주에서 41억 년 된 암석에서 "생물체의 잔해"가 발견되었다.[65] 2017년에는 캐나다 퀘벡 주의 누부아기툭 벨트(Nuvvuagittuq Belt)의 열수 분출공 침전물에서 발견된 화석 미생물이 42억 8천만 년이나 된 것으로 추정된다는 발표가 있었는데, 이는 지구상에서 가장 오래된 생명체 기록이며, 44억 년 전 해양 형성 이후 "거의 즉각적인 생명체의 출현"을 시사한다.[75]

생물학적 단계에서는 초기의 생명 형성에 참여했을 만한 생체분자들에 대한 연구가 이루어졌다.

3. 1. 자연발생설

생물은 자연적으로 우연히 무기물로부터 발생한다는 설로, 이 설에 의하면 생물은 어버이가 없이도 생길 수 있다고 주장한다.[51] 아리스토텔레스가 주장한 이후 2000년 동안 논쟁이 계속되다가, 19세기 후반 프랑스의 미생물학자인 루이 파스퇴르의 실험에 의해 이 가설이 거짓임이 확증되었으며,[53][54] 그 결과 생물은 결코 자연 발생하지 않는다는 생물속생설이 확립되었다.

자연발생에 관한 최초의 관념은 민달팽이, 개구리, 쥐 등이 돌연히 나타나는 것처럼 보이는 것에 근거한다. 아리스토텔레스는 무척추동물뿐만 아니라 고등척추동물도 자연발생한다고 주장하였다.[52] 17세기에는 독에서 쥐의 새끼를 낳게 할 수 있다는 처방이 발표되기도 하였고, 한편으로는 프란체스코 레디가 썩은 고기에서 구더기가 자연발생한다는 생각은 잘못이라는 것을 실험으로 제시하였다. 18세기 초에는 끓인 육즙 속에서 미생물이 발생한 것을 보고 적어도 미생물만은 자연발생된다는 니담의 주장에 대해, 스팔란차니가 실험을 통해 반대 주장을 제시하였다.

18세기 중엽에는 자연발생에 대한 논쟁이 매우 활발하였다. 이 논쟁은 19세기 후반 루이 파스퇴르의 실험으로 완전히 끝을 맺었다. 파스퇴르는 끓인 고기즙에 공기는 통하면서 미생물이 들어가는 것을 막을 수 있는 S자형 플라스크를 만들어 두었더니 고기즙에 미생물이 번식하지 못한다는 결과를 관찰하였다. 이에 따라 세균의 자연발생은 공기 속의 포자(胞子)가 침입하여 번식한 것에 지나지 않는다는 것을 실험으로 증명하여 자연발생설을 부정하였다. 파스퇴르는 이 실험으로 생물속생설을 확립시켰다.

3. 2. 배종발달설

19세기 초, 프랑스의 학자 몽리보는 생명의 씨앗을 지닌 천체 조각들이 지구에 도달하여 생명이 시작되었을 것이라고 생각했다. 리히터는 천체가 빠른 속도로 운동할 때 떨어져 나온 작은 조각들에 미생물 포자가 묻어 우주 공간을 떠돌다가 지구와 같은 행성에 내려앉아 생명이 시작되었을 것이라고 주장했다.[206]

1906년, 스웨덴의 물리화학자 아레니우스는 배종발달설을 제창했다. 그는 생명의 씨앗이 빛 또는 우주선의 복사압력에 의해 다른 행성에서 지구로 왔다고 주장했다. 아레니우스는 직경이 약 0.2µm 되는 세균 포자가 태양계에서 가장 가까운 별에서 지구까지 오는 데 약 9,000년이 걸릴 것이라고 계산했다.

3. 3. 화학적 진화

현재 가장 유력한 가설은 화학적 진화 가설로, 원시 지구 환경에서 무기물로부터 유기물이 합성되고, 이 유기물들이 복잡한 과정을 거쳐 원시 세포가 탄생했다는 주장이다.

화학적 진화는 다음과 같은 단계로 추정된다.

  • 지구물리학적 단계
  • 처음에 대기는 수소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 기체로 이루어져 있었을 것이다.
  • 산소와 수증기는 거의 없었을 것이다.
  • 지각이 식어서 물이 응결되면서 비가 오고 물의 순환이 시작되었다.
  • 화학적 단계
  • 연구의 다변화
  • 20개 이상의 아미노산, 당, 핵산의 염기, ATP 생성
  • 의미: 무생물에 들어 있는 주요 탄소 고분자의 생성 시나리오
  • 가능한 환경
  • 심해의 용오름
  • 물의 증발과 농축이 반복되면서 생기는 조수력
  • "RNA 세계"로 이어지는 일련의 화학적 사건들


"RNA|RNA영어 세계" 가설은 초기 생명체가 DNA가 아닌 RNA|RNA영어를 유전 물질로 사용했을 것이라는 주장이다.

4. 생명의 분류

생물 분류는 생물을 체계적으로 정리하고 연구하기 위한 방법이다.

최초의 생물 분류는 그리스의 철학자 아리스토텔레스(기원전 384-322년)에 의해 이루어졌으며, 주로 이동 능력을 기반으로 생물을 식물 또는 동물로 분류했다. 그는 유혈동물과 무혈동물을 구분하고, 유혈동물을 태생사족동물(포유류), 난생사족동물(파충류와 양서류), 조류, 어류, 고래의 5가지 그룹으로 나누었다. 무혈동물은 두족류, 갑각류, 곤충류(거미, 전갈, 지네 포함), 유각류(대부분의 연체동물과 극피동물), Zoophyte|식물과 비슷한 동물영어의 5가지 그룹으로 나누었다. 이 이론은 1천 년 이상 지배적이었다.[273]

1740년대 후반, 카를 폰 린네는 종을 분류하기 위해 "이명법"을 도입했다. 린네는 불필요한 수사를 없애고, 새로운 기술 용어를 도입하여 그 의미를 정확하게 정의함으로써, 그 이전의 명칭의 다량 구성을 개선하고 길이를 단축하려고 했다.[274]

균류는 원래 식물로 취급되었다. 린네는 한때 균류를 동물계(Animalia)의 편형동물로 분류했지만, 나중에 식물계(Plantae)로 되돌렸다. 허버트 코플랜드는 균류를 원생생물로 분류하여 단세포 생물에 포함시킴으로써 문제를 부분적으로 해결했지만, 균류에게 특별한 지위를 부여했다.[275] 이 문제는 궁극적으로 로버트 휘태커의 오계설에서 균류에게 독자적인 계(균계)를 부여함으로써 해결되었다. 진화의 역사는 균류가 식물보다 동물과 더 가까운 친척임을 보여준다.[276]

현미경법의 발전으로 세포와 미생물에 대한 상세한 연구가 가능해짐에 따라, 새로운 생물군이 밝혀지고, 세포생물학과 미생물학 분야가 창설되었다. 이러한 새로운 생물들은 처음에는 동물로서 원생동물문과, 식물로서 엽상식물으로 분류되었지만, 에른스트 헤켈에 의해 원생생물계로 통합되었다. 그 후, 원핵생물은 모네라계로 분할되어, 최종적으로 세균과 고세균의 두 그룹으로 나뉘었다. 이것이 육계설로 이어지고, 마침내 진화적 관계를 기반으로 하는 현재의 3역설에 이르렀다. 그러나 진핵생물, 특히 원생생물의 분류에 대해서는 지금도 논의가 계속되고 있다.[277]

미생물학이 발전함에 따라, 세포가 아닌 바이러스가 발견되었다. 이것들을 생물로 간주할지 여부에 대해서는 의견이 분분하다. 바이러스는 세포막, 신진대사, 증식 및 환경에 대한 적응 능력과 같은 생명의 특징을 갖고 있지 않다. 바이러스는 그 유전학적 특성을 기반으로 "종(species)"으로 분류되어 왔지만, 그러한 분류의 많은 측면에서 논쟁이 계속되고 있다.[278]

원래의 린네 분류법은 여러 번 수정되어 왔다.

진핵생물을 소수의 계로 조직화하려는 시도에는 이견이 있다. 원생동물은 분지군이나 자연적인 분류를 형성하지 않고,[279] 크로미스타도 마찬가지이다.[280] 많은 완전한 게놈의 염기서열 결정이 가능해짐에 따라, 생물학자들은 계통수 전체의 계통 발생을 메타게놈적으로 파악할 수 있게 되었다. 이를 통해 생물의 대부분이 세균이며, 모든 기원은 공통적이라는 것이 밝혀졌다.[281]

5. 생명과 물질의 경계

생명과 무생물을 명확하게 구분하는 것은 쉽지 않다.[2][3][4] 생명은 물질이 아니라 과정이기 때문이다.[5][6][7]

전자 현미경으로 본 아데노바이러스


바이러스는 생물인지 아닌지에 대해 논란이 있다.[33][34] 대부분 바이러스는 생명체라기보다는 유전자 암호화 복제자로 간주된다.[35] 바이러스는 유전자를 가지고 있고, 자연 선택에 의해 진화하며,[37][38] 자기 조립을 통해 복제본을 만들기 때문에 "생명의 경계에 있는 유기체"로 묘사되기도 한다.[36] 그러나 바이러스는 스스로 신진대사를 하지 않으며, 새로운 물질을 만들기 위해 숙주 세포가 필요하다. 숙주 세포 내에서의 바이러스 자기 조립은 생명의 기원 연구에 시사점을 제공하는데, 생명이 자기 조립 유기 분자로 시작되었다는 가설을 뒷받침할 수 있기 때문이다.[39][40]

에르빈 슈뢰딩거는 Was ist Leben? Die lebende Zelle mit den Augen des Physikers betrachtet|생명이란 무엇인가?de에서 생명의 본질을 정보와 음의 엔트로피로 설명했다.[159][160][161]

6. 진화

진화는 여러 세대에 걸쳐 생물 개체군의 유전 가능한 형질 특징이 변화하는 것을 말한다. 이는 새로운 종의 출현과 종종 기존 종의 사멸로 이어진다.[76][77] 진화는 자연선택(성 선택 포함)과 유전적 부동과 같은 진화 과정이 유전적 변이에 작용하여 여러 세대에 걸쳐 개체군 내에서 특정 형질의 빈도가 증가하거나 감소할 때 발생한다.[78] 진화 과정은 모든 수준의 생물학적 조직에서 생물 다양성을 만들어냈다.[79][80]

멸종은 종이 사라지는 과정이다.[84] 멸종의 순간은 그 종의 마지막 개체가 죽는 순간이다. 종의 잠재적인 서식 범위는 매우 넓을 수 있기 때문에 이 순간을 결정하기는 어렵고, 일반적으로 일정 기간 동안 보이지 않은 후에 소급하여 판단한다. 종은 변화하는 서식지에서 더 이상 생존할 수 없거나 우월한 경쟁에 맞설 수 없을 때 멸종된다. 지금까지 살았던 모든 종의 99% 이상이 현재 멸종되었다.[85][86][87][88] 대멸종은 새로운 생물 그룹이 다양화될 기회를 제공함으로써 진화를 가속화했을 수 있다.[89]

6. 1. 용불용설

생물에는 환경에 대한 적응력이 있어, 자주 사용하는 기관은 발달하고 사용하지 않는 기관은 퇴화하여 없어지게 된다는 학설로 J.라마르크가 제창한 진화설이다.

라마르크는 1809년에 출간한 《Philosophie Zoologique프랑스어》에서 생물종이 점진적으로 변화하는 기본 원리를 처음으로 제시하였다. 《동물 철학》에는 진화가 일어나는 기본 법칙이 두 가지로 설명되어 있다.

용불용설은 한 개체에서 형질의 변화가 일어나는 원인을 설명하는 이론으로 첫 번째 법칙에 해당된다. 이와 같은 맥락에서 그의 이론을 형질전환 이론(theory of transformation)이라고 칭하기도 한다.

6. 2. 적자생존

'''적자생존'''은 생존경쟁의 원리를 함축한 말이다. 다윈의 진화론 원리로 잘 알려져 있지만, 다윈이 처음 사용한 말이 아니며 영국의 철학자이자 경제학자인 스펜서가 1864년 "생물학의 원리(Principles of Biology)"라는 저서에서 처음 사용했다.

7. 현대 생물학의 패러다임

현대 생물학은 세포와 DNA를 중심으로 생명 현상을 이해한다. 세포설에 따르면, 모든 생물은 세포로 구성되며, 세포는 기존 세포의 분열을 통해 생성된다.[131][132][133] 세포 내에서는 세포 호흡과 같은 에너지 흐름이 일어나며, 세포 분열을 통해 유전 정보가 다음 세대로 전달된다.[134]

DNA는 이중 나선 구조를 가진 분자로, 뉴클레오타이드라는 단위체로 구성된다. 뉴클레오타이드는 질소성 염기(시토신, 구아닌, 아데닌, 티민), 당, 인산기로 이루어져 있으며, 이들이 결합하여 DNA의 당-인산 주쇄를 형성한다. 염기쌍 규칙에 따라 두 가닥의 DNA가 결합하여 이중 나선을 이루며, 이 구조는 유전 정보의 보존과 전달에 중요한 역할을 한다.[127]

7. 1. 세포

세포는 모든 생명체의 기본 구조 단위이며, 모든 세포는 분열을 통해 기존 세포로부터 생성된다.[131][132] 세포설은 19세기 초 앙리 뒤트로셰, 테오도르 슈반, 루돌프 피르호 등에 의해 제시되었고, 이후 널리 받아들여졌다.[133] 생물체의 활동은 세포의 총 활동에 의존하며, 세포 내외에서 에너지 흐름이 일어난다.[134] 세포는 세포 분열 중에 유전 코드로 전달되는 유전 정보를 포함하고 있다.[134]

진화적 기원을 반영하여 두 가지 주요 세포 유형이 있다. 원핵생물 세포는 원형 DNA와 리보솜을 가지고 있지만, 핵과 다른 막으로 둘러싸인 세포 소기관이 없다. 박테리아와 고세균은 원핵생물의 두 영역이다. 다른 주요 유형은 진핵생물 세포로, 핵막으로 둘러싸인 뚜렷한 핵과 막으로 둘러싸인 세포 소기관(미토콘드리아, 엽록체, 리소좀, 조면 및 활면 소포체, 액포 포함)을 가지고 있다. 또한, DNA는 염색체로 구성되어 있다. 동물, 식물 및 균류를 포함한 모든 크고 복잡한 유기체 종은 진핵생물이지만, 다양한 원생생물 미생물이 있다.[135] 일반적인 모델은 진핵생물이 박테리아와 원시 진핵세포 사이의 내공생을 통해 주요 세포 소기관이 형성되면서 원핵생물로부터 진화했다는 것이다.[136]

세포생물학의 분자 메커니즘은 단백질에 기반한다. 이들 대부분은 효소 촉매 과정인 단백질 생합성을 통해 리보솜에 의해 합성된다. 아미노산 서열이 조립되고 세포 핵산의 유전자 발현을 기반으로 결합된다.[137] 진핵세포에서 이러한 단백질은 목적지로 보내기 전에 골지체를 통해 수송 및 처리될 수 있다.[138]

세포는 모세포가 둘 이상의 딸세포로 분열하는 세포 분열 과정을 통해 재생산된다. 원핵생물의 경우, 세포 분열은 DNA가 복제된 다음 두 개의 복제본이 세포막의 일부에 부착되는 분열 과정을 통해 발생한다. 진핵생물에서는 더 복잡한 유사분열 과정이 따르지만, 결과는 동일하다. 생성된 세포 사본은 서로와 원래 세포와 동일하며(돌연변이를 제외하고), 둘 다 간기 후에 추가 분열이 가능하다.[139]

7. 2. DNA

데옥시리보핵산(DNA)은 모든 알려진 생명체와 많은 바이러스의 성장, 발달, 기능 및 생식에 사용되는 대부분의 유전 정보를 담고 있는 분자이다. DNA와 RNA는 핵산이며, 단백질과 복합 탄수화물과 함께 모든 알려진 생명체에 필수적인 세 가지 주요 거대분자 중 하나이다. 대부분의 DNA 분자는 서로 꼬여 이중 나선을 형성하는 두 개의 생체 고분자 가닥으로 구성되어 있다. 두 개의 DNA 가닥은 뉴클레오타이드라는 단순한 단위로 구성되어 있으므로 폴리뉴클레오타이드로 알려져 있다.[126] 각 뉴클레오타이드는 질소 함유 뉴클레오베이스—시토신(C), 구아닌(G), 아데닌(A), 또는 티민(T)—뿐만 아니라 당인 데옥시리보스와 인산기로 구성되어 있다. 뉴클레오타이드는 한 뉴클레오타이드의 당과 다음 뉴클레오타이드의 인산 사이의 공유 결합에 의해 서로 연결되어 번갈아 가는 당-인산 주쇄를 생성한다. 염기쌍 규칙(A는 T와, C는 G와)에 따라 수소 결합이 두 개의 별도 폴리뉴클레오타이드 가닥의 질소 염기를 결합하여 이중 가닥 DNA를 만든다. 이것은 각 가닥에 다른 가닥을 재생하는 데 필요한 모든 정보가 포함되어 있어 생식 및 세포 분열 중에 정보가 보존될 수 있다는 중요한 특징을 가지고 있다.[127] 세포 내에서 DNA는 염색체라고 하는 긴 구조로 구성되어 있다. 세포 분열 중에 이 염색체는 DNA 복제 과정에서 복제되어 각 세포에 완전한 염색체 세트를 제공한다.[128]

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