제 1장 - 생물에너지

in Notes / Liberalarts / Manandfood

3/13 ~ 15

지구생태계

  • 구성요소

  1. 생물: 3역 6계

    세균역세균계
    고세균역고세균계
    진핵생물역원생생물계
     균계
     식물계 (99%)
     동물계

  2. 환경요소: [토양, 광선, 물, 공기, 온도]

  • 먹이사슬 (Food Chains): 식물 \(\rightarrow\) 초식동물 \(\rightarrow\) 육식(잡식) 동물

  • 먹이그물 (food webs): 먹이사슬이 복잡하게 연결되어 있는 현상
  • 먹이 \(\Leftarrow\) 열 (heat) + 무기성분 (탄산가스, 물, 질소물)
  • 생태적 피라미드:
    1. Energy Pyramid

    Rule of 10: Only \(\approx\) 10% passes to the next level energypyramid

    2. Number Pyramid (개체수)
    • 포식자일수록 적어짐 numberpyramid
    3. Biomass Pyramid (생물량)

    biomasspyramid

생물에너지 흐름

bioenergy

\(6CO_2 + 12H_2O +\) 광 에너지 \(\rightarrow C_6H*{12}O_6 + 6O_2+6H_2O\)

  • 명반응 (process of photosynthesis)
    • 엽록소에서 태양E(빛E)를 흡수 \(\rightarrow\) NADPH, ATP 화학에너지 생성 & 저장
  • 암반응 (탄소반응): 빛과는 독립적으로 일어남
    • NADPH와 ATP를 이용하여 포도당 합성

bioenergy

광합성

  • \(C_3\) 식물: [벼, 보리, 밀, 귀리, 호밀, 콩, 감자]
  • \(C_4\) 식물: [옥수수, 수수, 사탕 수수, 조, 기장, 율무]

  • \(CAM\) 식물 (Crassulacean Acid Metabolism): [파인애플, 선인장]

  • 식물의 분포와 적응 \(\rightarrow\) 지역의 기후 조건 \(\rightarrow\) 인간 생태계 형성

  • 공변세포: 기공의 개폐 (open and close) 조정
    • 증산작용: 기공을 통하여 \(H_2O\), \(CO_2\), \(O_2\) 이동
    • 기공 OPEN : get \(CO_2\); lose \(H_2O\) and \(O_2\)
    • 기공 CLOSE: 광합성 억제, everything else maintained

C3와 C4 식물의 차이점

유관속초세포 (Bundle sheath cell) aka \(C_4\) 회로 (note chloroplasts)

bundlesheathcell

 \(C_3\)\(C_4\)
유관속초세포덜 발달 (엽록체 적게 분포)발달 (엽록체 多)
\(CO_2\) 결합루비스코 (Rubisco), RuBP carboxylasePEP carboxylase
Calvin Cyclein 엽육세포in 유관속초 세포
작물벼, 밀, 보리, 콩옥수수, 사탕수수
  • \(CAM\) Plants: ONLY 기공 at Night (\(\approx C_3\))
최종정리

bundlesheathcell

작물과 식물

  • differs greatly by 저장물질
  • 구성물질 = [cellulose, pectin...]
  • 활성세포 물질 = [핵산, 효율, 엽록소...]
  • 저장물질 = [탄수화물 (전분,설탕,프룩테인), 단백질, 지방 ...]
    • 인간의 개발로 저장물질의 함량에 차이

세계 TOP 5 주요작물: 밀, 벼, 옥수수, 감자, 보리

작물 vs 식물

  • 수학지수 `HI`

    (harvest index %) \(HI = \frac{경제적 수량 (종자)}{생물학적 수량 (잎, 줄기, 종자)} * 100\)

식물10~20%
작물40~50%

\(\Rightarrow\) 인간에 의해 연구개량됨

  • \(Q\). 작물의 수확지수를 앞으로 얼마나 더 올릴 수 있을 것인가? \(\rightarrow\) 미래 식량문제 해결의 방안

세포호흡 (Cellular Respiration)

  • 세포호흡 = (음식의 에너지) \(\rightarrow\) 변환! \(\rightarrow\) (ATP에 저장된에너지)

  • 주요 작물종자의 구성성분 (1위 밀 ~ 7위 호밀) 탄수화물 very high, 단백질 low

    • 하지만 땅콩: 탄수화물 (11.7%) \(<\) 단백질 (30.4%)

       총식용건물 (%)총 단백질 (%)
      화곡류69%55%
      육류6%13 %

  • \(\Rightarrow\) 총 단백질은 화곡류가 육류보다 높다…!

1: 탄수화물

  1. 밀의 이용
    • 글루텐

      (밀 저장단백질)

    밀 종류protein사용식품밀가루
    경질밀11%~14%빵강력분
    중간진밀10%~13%국수중력분
    연진밀8%~11%크래커, 도넛, 쿠키, 케이크박력분
    듀럼12.5% ~ 15%스파게티, 마카로니 
    • Glueten의 양과질 \(\uparrow\) = protein, quality \(\uparrow\)

  2. 쌀의 이용

    Type아밀로오스아밀로펩틴 (찰성)
    Japonica< 18%> 82%
    Indica> 18%< 82%

    • 아밀로오스 : 일렬 amylose

    • 아밀로펩틴 \(\rightarrow\) 비교적 끈적함 amylopeptine

      • 특정 효소가 사이사이를 끊어주면 단맛 \(\uparrow\)

      • 아밀로펩틴은 일렬이 아니라 뭉쳐 있어서 hit rate \(\uparrow\)

      • 옥수수, 쌀 : higher 아밀로펩틴 \(\rightarrow\) 더 끈적함
  3. 보리의 이용
    • 보리밥, 보리떡, 수제비, 칼국수, 빵, 쿠키
  4. 옥수수 이용
    • 빵, 머핀, 옥수수죽, 요리용 분말, 스낵, 과자
  5. 감자의 이용
    • 찐감자, 구운감자, 섞은 감자, 으깬감자, 감자떡, 튀긴감자, 과자

2: 단백질

  • 단백질의 기능
    1. 효소(enzyme), 근육(muscle), 혈액 (blood)
    2. 성장 (cellular growth), 신체 유지(body maintenance)
  • 단백질의 구성 = \(C\), \(O\), \(H\), \(N\)
    • 아미노산 : 20 different 화학적 특성
    • 아미노산의 조합 differ \(\rightarrow\) 다른 단백질
  • 단백질의 이용:
    • 콩 38%, 땅콩 30%, 해바라기 28%
    • 강낭콩 23%, 녹두 24%
    • 귀리 16%, 밀 14%, 보리 13%, 호밀 13%, 벼 9%
  • 한민족의 콩 이용
    • 콩나물, 두부, 청국장, 간장, 된장, 두유 등
    • 콩의 영양성이 국제적으로 인정됨
    • aka 황금작물, 환금작물 (cash crop), … 기적의 작물 (miracle crop), 미래의 식량 (future food)
  • 식물 단백질들은 완전하게 만들기 위해 조합 가능
    • ex:
    • 렌즈콩: 리신 \(\uparrow\), 발린 \(\downarrow\)
    • 쌀 : 리신 \(\downarrow\), 발린 \(\uparrow\)
    • \(\Rightarrow\) 적절히 섞으면 굳

3: 지방

  • 지방의 기능:
    • 호르몬, 유사물질의 합성
    • 세포막 형성에 필수 물질 공급
    • 뇌와 신경 조직 구성
    • 저용상 비타민 (A, D, E, K, F) 흡수 도움
  • 식용으로 이용
    • 필수지방산 중 리놀레산, 리놀렌산 \(\Rightarrow\) 콩, 들깨에 풍부
    • 유효 작물: 참깨, 유채
  • 공업용으로도 이용
    • 제약업, 페인트, 구명장비, 바이오디젤
  • \(FATS\) 지방
포화지방분포화 지방
Saturated FatUnsaturated Fat
최대 (#) 수소와 결합최대로 결합은 X
실온에서 고체실온에서 액체
대부분의 동물 지방대부분의 식물 지방