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Chemistry of Life · ⁨생명의 화학⁩

AP Biology · ⁨AP 생물학⁩ · Topic 1 · ⁨주제 1⁩

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9:24

생명의 화학

얼음 조각을 유리잔에 넣으면 떠 있습니다. 이는 평범해 보이지만 사실很奇怪입니다. 거의 모든 고체는 자신의 액체에서 가라앉는데,这是因为 freezing packs…”

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in⁩

1.1

Structure of Water and Hydrogen Bonding · ⁨물의 구조와 수소 결합⁩

Syllabus
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.1.A: Explain how the properties of water that result from its polarity and hydrogen bonding affect its biological function.

  • 1.1.A.1 Living systems depend on the properties of water to sustain life.
    • 1.1.A.1.i Water has polarity, because of the formation of polar covalent bonds between hydrogen and oxygen within water molecules. This polarity contributes to hydrogen bonding between and within biological molecules.
    • 1.1.A.1.ii Water has a high specific heat capacity, which allows for the maintenance of homeostatic body temperature within living organisms.
    • 1.1.A.1.iii Water has a high heat of vaporization, which allows for the evaporative cooling of the surrounding environment. In living organisms, this property allows for body temperature to be maintained.
  • 1.1.A.2 The hydrogen bonds between adjacent polar water molecules result in cohesion, adhesion, and surface tension.
한국어

핵심 개념 4 — 시스템 상호작용: 생물학적 시스템은 상호작용하며, 이러한 시스템과 그 상호작용은 복잡한 성질을 나타냅니다.

학습 목표 1.1.A: 물의 극성과 수소 결합으로 인해 발생하는 성질이 생물학적 기능에 미치는 영향을 설명하십시오.

  • 1.1.A.1 생명 시스템은 생명을 유지하기 위해 물의 성질에 의존합니다.
    • 1.1.A.1.i 물은 분자 내 수소와 산소 사이의 극성 공유 결합 형성으로 인해 극성을 띱니다. 이 극성은 생물학적 분자 사이 및 내부의 수소 결합에 기여합니다.
    • 1.1.A.1.ii 물은 높은 비열을 가지고 있어, 생물체 내에서 항상 체온을 유지할 수 있게 합니다.
    • 1.1.A.1.iii 물은 높은 증발열을 가지고 있어 주변 환경의 증발 냉각을 가능하게 합니다. 생물체에서는 이 성질로 인해 체온을 유지할 수 있습니다.
  • 1.1.A.2 인접한 극성 물 분자 사이의 수소 결합은 응집력, 흡착력, 표면 장력을 유발합니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Water is polar 极性: its oxygen pulls electrons more strongly than its hydrogens, giving a slightly negative O and slightly positive H. This lets water molecules form hydrogen bonds 氢键 with each other, which explains water's life-supporting properties:

  • Cohesion 内聚力 and adhesion 附着力 (surface tension, capillary action, water rising in plants),
  • high specific heat 比热容 (resists temperature change, stabilizing organisms),
  • high heat of vaporization (evaporative cooling),
  • ice floating (less dense solid), and being a great solvent for polar and ionic substances.
한국어
수소 결합으로 인해 고체 상태의 물이 액체 상태의 물보다 밀도가 낮아져 얼음이 물 위에 떠 있습니다
수소 결합으로 인해 고체 상태의 물이 액체 상태의 물보다 밀도가 낮아져 얼음이 물 위에 떠 있습니다

물은 **극성(polar)**입니다. 산소는 수소보다 전자를 더 강하게 끌어당겨 약간의 음전하를 띤 산소(O)와 약간의 양전하를 띤 수소(H)를 만듭니다. 이로 인해 물 분子是 서로 수소 결합을 형성할 수 있으며, 이것이 물이 생명을 유지시키는 특성을 가지는 이유입니다:

  • 응집력과 부착력 (표면 장력, 모세관 현상, 식물 내 수분 상승),
  • 높은 비열 (온도 변화에 저항하여 생물体内的 온도 안정화),
  • 높은 기화열 (증발 냉각),
  • 얼음浮力(밀도가 낮은 고체), 그리고 극성 및 이온성 물질에 대한 훌륭한 용매 역할.
두 극성 물 분子间의 수소 결합
두 극성 물 분子间의 수소 결합
Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore how a covalent bond shares electrons · ⁨공유 결합(covalent bond)이 전자 쌍을 어떻게 공유하는지 탐구⁩

Step through two atoms overlapping to share a pair of electrons so each reaches a full shell. In $\text{H}_2$ the two atoms pull equally, so the bond is non-polar — the contrast that makes water's unequal sharing (and its $\delta^+/\delta^-$ dipole) so important. · ⁨두 원자가 겹쳐져 전자 쌍을 공유하여 각각 완전한 껍질을 얻도록 단계별로 진행하십시오. $\text{H}_2$에서 두 원자는 동일하게 끌기 때문에 결합은 비극성(non-polar)입니다 — 이것이 물의 불균형한 공유(그리고 그 $\delta^+/\delta^-$ dipole)가 중요한 이유를 만들어냅니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
polar/ˈpəʊlə/ 극성(polar)
hydrogen bonds/ˈhaɪdrədʒn bɒndz/ 수소 결합
Cohesion/kəʊˈhiːʒn/ 응집
adhesion/ədˈhiːʒn/ 부착
specific heat/spəˈsɪfɪk hiːt/ 비열
Carbon/ˈkɑːbən/ 탄소
macromolecules/ˈmækrəmɒlɪkjuːlz/ 거대 분자
polymers/ˈpɒlɪməz/ 고분자
monomers/ˈmɒnəʊməz/ 단량체
dehydration synthesis/ˌdiːhaɪˈdreɪʃn ˈsɪnθəsɪs/ 탈수 합성 반응
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ 가수분해(hydrolysis)
Carbohydrates/ˌkɑːbəʊˈhaɪdreɪts/ 탄수화물
monosaccharides/ˈmɒnəʊsækɑːraɪdz/ 단당류
cellulose/ˈseljuːləʊs/ 셀룰로스
Lipids/ˈlɪpɪdz/ 지질
hydrophobic/ˌhaɪdrəˈfəʊbɪk/ 소수성
phospholipids/ˈfɒsfəlɪpɪdz/ 인산 지질
Nucleic acids/njuːˈklɪɪk ˈæsɪdz/ 핵산
nucleotides/ˈnjuːklɪɒtaɪdz/ 핵산
Proteins/ˈprəʊtiːnz/ 단백질
amino acids/əˈmiːnəʊ ˈæsɪdz/ 아미노산
peptide bonds/ˈpeptaɪd bɒndz/ 펩타이드 결합
1.2

Elements of Life · ⁨생명의 원소⁩

Syllabus
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 1.2.A: Describe the composition of macromolecules required by living organisms.

  • 1.2.A.1 Atoms and molecules from the environment are necessary to build new molecules. Carbon, hydrogen, and oxygen are the most prevalent elements used to build biological molecules such as carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Additionally:
    • 1.2.A.1.i Sulfur is used in the building of proteins.
    • 1.2.A.1.ii Phosphorus is used in the building of phospholipids (a type of lipid) and nucleic acids.
    • 1.2.A.1.iii Nitrogen is used in the building of nucleic acids.
한국어

핵심 개념 2 — 에너지학: 생물학적 시스템은 성장, 번식, 동적 항내성 유지를 위해 에너지를 사용하고 분자 조립 단계를 활용합니다.

학습 목표 1.2.A: 생명체가 필요한 거대분자의 구성을 서술하십시오.

  • 1.2.A.1 새로운 분자를 만들기 위해 환경으로부터 원자와 분자가 필요합니다. 탄素, 수소, 산소는 당류, 단백질, 지질, 핵산과 같은 생물학적 분자를 구성하는 데 가장 널리 사용되는 원소입니다. 또한:
    • 1.2.A.1.i 황은 단백질 합성에 사용됩니다.
    • 1.2.A.1.ii 인은 인지질(지질의 일종) 및 핵산 합성에 사용됩니다.
    • 1.2.A.1.iii 질소는 핵산 합성에 사용됩니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Living matter is built mostly from a few elements – carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Carbon 碳 is central because it forms four stable covalent bonds, building long chains, branches, and rings – the skeletons of all biological molecules.

한국어

생물체는 탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황 등 몇 가지 원소로 주로 구성됩니다. 탄소는 네 개의 안정적인 공유 결합을 형성하여 긴 사슬, 가지, 고리를 만들 수 있어 모든 생물학적 분子的骨格을 형성하므로 핵심적인 역할을 합니다.

탄수화물과 지질은 탄소, 수소, 산소를 포함하며, 단백질에는 질소도 포함됩니다
탄수화물과 지질은 탄소, 수소, 산소를 포함하며, 단백질에는 질소도 포함됩니다
1.3

Introduction to Macromolecules · ⁨거대 분子介绍⁩

Syllabus
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.3.A: Describe the chemical reactions that build and break biological macromolecules.

  • 1.3.A.1 Hydrolysis is a chemical reaction involving the cleaving of covalent bonds. This type of reaction breaks down molecules into smaller molecules. When water is added to the bond between monomers in a polymer, the bond is broken. The hydrogen ion from a water molecule is added to one monomer and the hydroxyl group of the water molecule is added to the other monomer, completing the reaction.
  • 1.3.A.2 Dehydration synthesis occurs when two smaller molecules are joined together through covalent bonding. A hydrogen ion is removed from one monomer and a hydroxyl group is removed from the other. This causes the loss of the equivalent of a water molecule from the reactants and the connection of the two remaining monomers. The connection of many monomers is known as polymerization.
한국어

핵심 개념 4 — 시스템 상호작용: 생물학적 시스템은 상호작용하며, 이러한 시스템과 그 상호작용은 복잡한 성질을 나타냅니다.

학습 목표 1.3.A: 생물학적 거대분자를 합성하고 분해하는 화학 반응을 서술하십시오.

  • 1.3.A.1 가수분해(hydrolysis)는 공유 결합의 절단을 수반하는 화학 반응입니다. 이类型的 반응은 분자를 더 작은 분자로 분해합니다. 고분자(monomer) 사이의 결합에 물이 추가되면 결합이 끊어집니다. 물 분자의 수소 이온(H+)은 하나의 모노머에, 물 분자의 하이드록실 기(-OH)는 다른 하나의 모노머에 첨가되어 반응이 완료됩니다.
  • 1.3.A.2 탈수중합(dehydration synthesis)은 두 개의 작은 분자가 공유 결합으로 연결될 때 발생합니다. 하나의 모노머에서 수소 이온이 제거되고 다른 하나의 모노머에서 하이드록실 기가 제거됩니다. 이로 인해 반응물에서 물 분자에 해당하는 부분이 소실되고 남은 두 모노머가 연결됩니다. 많은 수의 모노머가 연결되는 것을 중합(polymerization)이라고 합니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Large biological molecules – macromolecules 大分子 – are polymers 聚合物 built from repeating monomers 单体. Cells join monomers by dehydration synthesis 脱水缩合 (removing water to form a bond) and break polymers by hydrolysis 水解 (adding water). Four classes: carbohydrates, lipids, nucleic acids, and proteins.

한국어

거대한 생물학적 분子们 – 거대 분子们 –는 반복되는 单体们로 이루어진 聚合体们입니다. 세포들은 탈수중합 (물을 제거하여 결합 형성)을 통해 단连接们을 연결하고, 가수분해 (물을 추가)를 통해聚合体们을 분解합니다. 네 가지 종류: 탄수화물, 지질, 핵산, 단백질.

탈수중합은聚合体们을 만들고 물을 방출하며, 가수분해는 이를 역행합니다
탈수중합은聚合体们을 만들고 물을 방출하며, 가수분해는 이를 역행합니다
Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore the four classes of macromolecule by their monomer · ⁨모노머에 따른 4가지 대분자 유형 탐구하기⁩

Sort each clue into the right macromolecule class by matching the monomer that builds it — sugars, nucleotides or amino acids — and notice that lipids are the odd one out that are not true polymers. · ⁨모노머를 통해 각 단서를 올바른 대분자 유형으로 분류하세요 — 당, 뉴클레오티드 또는 아미노산 중 하나와 매칭하고, 지질이 실제 고분자가 아닌 예외임을 확인하세요.⁩

1.4

Carbohydrates · ⁨탄수화물⁩

Syllabus
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.4.A: Describe the structure and function of carbohydrates.

  • 1.4.A.1 Monosaccharides (simple sugars) are the monomers for polysaccharides (complex carbohydrates). These monomers are connected by covalent bonds to form polymers such as complex carbohydrates, which may be linear or branched.
    • Illustrative examples for 1.4.A.1:
      • Cellulose
      • Starch
      • Glycogen
    • Exclusion statement: The molecular structure of specific carbohydrate polymers is beyond the scope of the AP Exam.
한국어

핵심 개념 4 — 시스템 상호작용: 생물학적 시스템은 상호작용하며, 이러한 시스템과 그 상호작용은 복잡한 성질을 나타냅니다.

학습 목표 1.4.A: 탄수화물의 구조와 기능을 설명한다.

  • 1.4.A.1 단당류(단순 당)는 다당류(복합 탄수화물)의 단량체이다. 이러한 단량체는 공유 결합으로 연결되어 복합 탄수화물과 같은 고분자를 형성하며, 이 고분자는 직선형이거나 가지형일 수 있다.
    • 1.4.A.1의 예시:
      • 셀룰로즈
      • 전분
      • 글리코겐
    • 제외 사항: 특정 탄수화물 고분자의 분자 구조는 AP 시험 범위를 벗어난다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Carbohydrates 碳水化合物 are made of sugar monomers (monosaccharides 单糖 like glucose). They store energy (starch, glycogen) and provide structure (cellulose 纤维素 in plant walls). Their many hydroxyl groups make them polar and water-soluble.

한국어

탄수화물은 당单体们 (单糖们, 예: 포도당)로 만들어집니다. 에너지를 저장(전분, 글리코겐)하고 구조적 기능을 수행(식물 벽의 셀룰로스)합니다. 많은 하이드록시기로 인해 극성이며 물에 용해됩니다.

저장성 다당류(전분, 글리코겐)와 구조적 셀룰로스의 형태
저장성 다당류(전분, 글리코겐)와 구조적 셀룰로스의 형태
1.5

Lipids · ⁨지질⁩

Syllabus
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.5.A: Describe the structure and function of lipids.

  • 1.5.A.1 Lipids are typically nonpolar, hydrophobic molecules whose structure and function are derived from the way their subcomponents are assembled. Fatty acids can be described as either saturated or unsaturated.
    • 1.5.A.1.i Saturated fatty acids contain only single bonds between carbon atoms.
    • 1.5.A.1.ii Unsaturated fatty acids contain at least one double bond between carbon atoms, which causes the carbon chain to kink.
    • 1.5.A.1.iii The more double bonds in a fatty acid tail, the more unsaturated the lipid becomes.
    • 1.5.A.1.iv The more unsaturated a lipid is, the more liquid it is at room temperature.
  • 1.5.A.2 Lipids provide a variety of functions for living organisms. Some examples of lipids are fats, steroids including cholesterol, and phospholipids.
    • 1.5.A.2.i Fats provide energy storage and support cell function. In some cases, they can also provide insulation to help keep mammals warm.
    • 1.5.A.2.ii Steroids are hormones that support physiological functions including growth and development, energy metabolism, and homeostasis.
    • 1.5.A.2.iii Cholesterol provides essential structural stability to animal cell membranes.
    • 1.5.A.2.iv Phospholipids group together to form the lipid bilayers found in plasma and cell membranes.
    • Exclusion statement: The molecular structure of specific lipids is beyond the scope of the AP Exam.
한국어

핵심 개념 4 — 시스템 상호작용: 생물학적 시스템은 상호작용하며, 이러한 시스템과 그 상호작용은 복잡한 성질을 나타냅니다.

학습 목표 1.5.A: 지질의 구조와 기능을 설명한다.

  • 1.5.A.1 지질은 일반적으로 극성이 없고 소수성인 분자이며, 그 구조와 기능은 구성 성분이 조립되는 방식에서 유래한다. 지방산은 포화 지방산 또는 불포화 지방산으로 기술할 수 있다.
    • 1.5.A.1.i 포화 지방산은 탄소 원자 간에 단일 결합만 포함한다.
    • 1.5.A.1.ii 불포화 지방산은 탄소 원자 간에 최소 하나의 이중 결합을 포함하여 탄소 사슬이 굽게 된다.
    • 1.5.A.1.iii 지방산 꼬리에 있는 이중 결합이 많을수록 지질이 더 불포화 상태가 된다.
    • 1.5.A.1.iv 지질이 더 불포화될수록 상온에서 액체 상태가 된다.
  • 1.5.A.2 지질은 생명체에게 다양한 기능을 제공한다. 지질의 일부 예로는 지방, 콜레스테롤을 포함한 스테로이드, 인지질 등이 있다.
    • 1.5.A.2.i 지방은 에너지 저장 및 세포 기능 지원을 제공한다. 어떤 경우에는 포유류를 따뜻하게 유지하는 데 필요한 보온 역할을 할 수도 있다.
    • 1.5.A.2.ii 스테로이드는 성장 및 발달, 에너지 대사, 호메오스타시스 등 생리적 기능을 지원하는 호르몬이다.
    • 1.5.A.2.iii 콜레스테롤은 동물 세포막에 필수적인 구조적 안정성을 제공한다.
    • 1.5.A.2.iv 인지질은 플라즈마 및 세포막에 존재하는 지질 이중층을 형성하기 위해 모이는다.
    • 제외 사항: 특정 지질의 분자 구조는 AP 시험 범위를 벗어난다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Lipids 脂质 are nonpolar and do not mix with water (hydrophobic 疏水). They include fats (long-term energy storage), phospholipids 磷脂 (which build membranes), and steroids. A phospholipid has a polar "head" and nonpolar "tails," the key to the cell membrane.

한국어

지질들은 비극성이며 물에 섞이지 않습니다 (소수성). 지방(장기 에너지 저장), 인산지질(막을 형성), 스테로이드 등을 포함합니다. 인산지질은 극성 '머리'와 비극성 '꼬리'를 가지고 있어 세포막의 핵심입니다.

인산지질은 극성 머리와 두 개의 비극성 꼬리를 가지고 있으므로 이중층을 형성합니다
인산지질은 극성 머리와 두 개의 비극성 꼬리를 가지고 있으므로 이중층을 형성합니다
삼글리세라이드: 글리세롤이 세 개의 지방산에 결합된 것
삼글리세라이드: 글리세롤이 세 개의 지방산에 결합된 것
1.6

Nucleic Acids · ⁨핵산⁩

Syllabus
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 1.6.A: Describe the structure and function of DNA and RNA.

  • 1.6.A.1 In nucleic acids (DNA and RNA), biological information is encoded in sequences of nucleotide monomers. Each nucleotide has the following structural components: a five-carbon sugar (deoxyribose or ribose), a phosphate, and a nitrogenous base (adenine, thymine, guanine, cytosine, or uracil).
  • 1.6.A.2 Nucleic acids have a linear sequence of nucleotides that have ends, defined by the 3' (three prime) hydroxyl and 5' (five prime) phosphates of the sugar in the nucleotide. During nucleic acid synthesis, nucleotides are added to the 3' end of the growing strand, resulting in the formation of covalent bonds between nucleotides.
    • Exclusion statement: The molecular structure of specific nucleotides is beyond the scope of the AP Exam.
  • 1.6.A.3 DNA is structured as an antiparallel double helix, with two strands of nucleotides running in opposite 5' to 3' orientation. In DNA, adenine nucleotides pair with thymine nucleotides via hydrogen bonds (A-T), and cytosine nucleotides pair with guanine nucleotides via hydrogen bonds (C-G). In RNA, adenine pairs with uracil (A-U).
  • 1.6.A.4 Structural differences between DNA and RNA include:
    • 1.6.A.4.i DNA contains the sugar deoxyribose, and RNA contains the sugar ribose.
    • 1.6.A.4.ii DNA contains the nitrogenous base thymine, and RNA contains the nitrogenous base uracil.
    • 1.6.A.4.iii DNA is typically double stranded, while RNA is typically single stranded.
한국어

핵심 개념 3 — 정보 저장 및 전송: 생명 체계는 생명 과정에 필수적인 정보를 저장하고,检索하고, 전송하며, 반응한다.

학습 목표 1.6.A: DNA와 RNA의 구조와 기능을 설명한다.

  • 1.6.A.1 핵산(DNA 및 RNA)에서 생물학적 정보는 뉴클레오타이드 단량체의 서열에 의해 부호화된다. 각 뉴클레오타이드는 다음 구조적 구성 요소를 가진다: 5개 탄소 설탕(데옥시리보스 또는 리보스), 인산기, 그리고 질소 염기(아데닌, 티민, 구안신, 시토신, 또는 우라실).
  • 1.6.A.2 핵산은 뉴클레오타이드의 선형 서열을 가지며, 이는 뉴클레오타이드 설탕의 3'(쓰리 프라임) 하이드록시기와 5'(파이프 프라임) 인산기에 의해 정의된 끝을 가진다. 핵산 합성 중, 뉴클레오타이드는 성장 중인 가닥의 3' 말단에 추가되어 뉴클레오타이드 간의 공유 결합 형성을 유도한다.
    • 제외 사항: 특정 뉴클레오타이드의 분자 구조는 AP 시험 범위를 벗어난다.
  • 1.6.A.3 DNA는 두 개의 뉴클레오타이드 가닥이 반대 방향인 5'부터 3' 방향으로 흐르는 반평행 이중 나사형 구조를 가진다. DNA에서 아데닌 뉴클레오타이드는 수소 결합(A-T)을 통해 티민 뉴클레오타이드와 쌍을 이루고, 시토신 뉴클레오타이드는 수소 결합(C-G)을 통해 구안신 뉴클레오타이드와 쌍을 이룬다. RNA에서는 아데닌이 우라실과 쌍을 이룬다(A-U).
  • 1.6.A.4 DNA와 RNA 사이의 구조적 차이점은 다음과 같다:
    • 1.6.A.4.i DNA는 설탕 데옥시리보스를 포함하고, RNA는 설탕 리보스를 포함한다.
    • 1.6.A.4.ii DNA는 질소 염기인 티민을 포함하고, RNA는 질소 염기인 우라실을 포함한다.
    • 1.6.A.4.iii DNA는 일반적으로 이중 가닥이고, RNA는 일반적으로 단일 가닥이다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Nucleic acids 核酸 (DNA and RNA) store and carry genetic information. Their monomers are nucleotides 核苷酸, each a sugar, a phosphate, and a nitrogen base. The base sequence encodes instructions; DNA is double-stranded, RNA single-stranded.

한국어
DNA 이중나선 공간충전 모델(NHGRI)
DNA 이중나선 공간충전 모델(NHGRI)

핵산(DNA와 RNA)은 유전 정보를 저장하고 전달합니다. 그单体们은 뉴클레오타이드이며, 각각 당, 인산기, 질소 염기로 구성됩니다. 염기 서열이 지침을 암호화하며, DNA는 이중가닥이고 RNA는 단일가닥입니다.

보완적 염기 쌍이 DNA의 두 반평행 가닥을 함께 유지합니다
보완적 염기 쌍이 DNA의 두 반평행 가닥을 함께 유지합니다
Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore complementary base pairing · ⁨상보적 염기 쌍 탐구하기⁩

Step along a DNA template and watch each base pair to its partner by complementary base pairing ($A$ with $T$, $G$ with $C$) — the rule that lets either strand act as a template to rebuild the other. · ⁨DNA 템플릿을 따라 이동하며 각 염기가 상보적 염기 쌍($A$과 $T$, $G$과 $C$)으로 짝지어지는 것을 관찰하세요 — 양쪽 가닥이 서로의 템플릿 역할을 할 수 있게 해주는 규칙입니다.⁩

1.7

Proteins · ⁨단백질⁩

Syllabus
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 1.7.A: Describe the structure and function of proteins.

  • 1.7.A.1 Proteins comprise linear chains of amino acids connected by the formation of covalent (peptide) bonds that form between a carboxyl group ($-\text{COOH}$) of one amino acid and an amine group ($-\text{NH}_2$) of the next amino acid, resulting in a growing peptide chain.
  • 1.7.A.2 Amino acids are composed of a central carbon atom with a hydrogen atom, a carboxyl group, an amine group, and a variable R group covalently bound to it. The R group of an amino acid can be categorized by three possible chemical properties: hydrophobic/nonpolar, hydrophilic/polar, or ionic. The interactions of these R groups determine the structure and function of that region of the protein.
  • 1.7.A.3 The specific sequence of amino acids in proteins determines the primary structure of a polypeptide as well as the overall shape of the protein.
    • Exclusion statement: The molecular structure of amino acids is beyond the scope of the AP Exam.
  • 1.7.A.4 Secondary structures of proteins are made through the local folding that forms from interactions between atoms of the polypeptide backbone of the amino acid chain. Hydrogen bonding forms shapes such as alpha-helices and beta-pleated sheets.
  • 1.7.A.5 The three-dimensional shape of the tertiary structure of a protein results from the formation of hydrogen bonds, hydrophobic interactions, ionic interactions, or disulfide bridges.
  • 1.7.A.6 The quaternary structure arises from interactions between multiple polypeptides. All four levels of a protein structure determine the function of a protein.
한국어

핵심 개념 3 — 정보 저장 및 전송: 생명 체계는 생명 과정에 필수적인 정보를 저장하고,检索하고, 전송하며, 반응한다.

학습 목표 1.7.A: 단백질의 구조와 기능을 설명한다.

  • 1.7.A.1 단백질은 공유 결합(펩타이드 결합)이 형성됨으로써 한 아미노산의 카복시기($-\text{COOH}$)와 다음 아미노산의 아민기($-\text{NH}_2$) 사이에서 연결된 아미노산의 선형 사슬로 구성되며, 이로 인해 펩타이드 사슬이 성장한다.
  • 1.7.A.2 아미노산은 중심 탄소 원자에 수소 원자, 카복시기, 아민기, 그리고 공유 결합된 가변 R 그룹으로 구성되어 있다. 아미노산의 R 그룹은 세 가지 가능한 화학적 성질로 분류할 수 있다: 소수성/비극성, 친수성/극성, 또는 이온성. 이러한 R 그룹 간의 상호작용은 해당 단백질 영역의 구조와 기능을 결정한다.
  • 1.7.A.3 단백질 내 아미노산의 특정 서열은 폴리펩타이드의 일차 구조뿐만 아니라 단백질의 전체 형태를 결정한다.
    • 제외 사항: 아미노산의 분자 구조는 AP 시험 범위를 벗어난다.
  • 1.7.A.4 단백질의 이차 구조는 아미노산 사슬의 폴리펩타이드 골격의 원자 간 상호작용에서 발생하는 국소 접힘을 통해 형성된다. 수소 결합은 알파-헬릭 및 베타-플랫 시트와 같은 형태를 만든다.
  • 1.7.A.5 단백질의 삼차 구조의 입체 형태는 수소 결합, 소수성 상호작용, 이온 상호작용, 또는 디설파이드 브리지의 형성에 의해 발생한다.
  • 1.7.A.6 4차 구조는 여러 폴리펩타이드 간의 상호작용에서 기인한다. 단백질 구조의 네 가지 수준 모두 단백질의 기능을 결정한다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Proteins 蛋白质 are polymers of amino acids 氨基酸 joined by peptide bonds 肽键. Their sequence folds into a specific 3-D shape at four levels (primary, secondary, tertiary, quaternary), and shape determines function – as enzymes, transporters, receptors, and structural parts. Changing the environment (heat, pH) can denature 变性 a protein, unfolding it and stopping its function.

Worked example. Building a polymer from 10 monomers by dehydration synthesis forms 9 bonds and releases 9 water molecules — one per bond, so $N$ monomers release $N-1$ waters. Hydrolysis reverses this exactly: adding those 9 waters breaks the polymer back into 10 monomers. This is why biosynthesis (dehydration) and digestion (hydrolysis) are chemical opposites.

한국어

 헤모글로빈의 사중체 구조: 각 헤姆 그룹을 지닌 네 개의 접힌 폴리펩타이드 사슬 *헤모글로빈의 사중 구조: 네 개의 접힌 폴리펩타이드 사슬, 각각 헤姆 그룹 하나를 포함함

단백질들은 아미노산들이 펩타이드 결합으로 연결된聚合体们입니다. Their sequence folds into a specific 3-D shape at four levels (primary, secondary, tertiary, quaternary), and shape determines function – as enzymes, transporters, receptors, and structural parts. Changing the environment (heat, pH) can denature a protein, unfolding it and stopping its function.

아미노산과 중합 반응으로 형성된 펩타이드 결합
아미노산과 중합 반응으로 형성된 펩타이드 결합
단백질의 네 가지 구조 단계
단백질 구조의 네 가지 단계

해설 예시. 10개의单体们에서 탈수중합으로聚合体们을 만들면 9개의 결합이 생성되고 9개의 물分子们이 방출됩니다 — 결합 하나당 하나씩이므로 $N$单体们은 $N-1$个物分子们을 방출합니다. 가수분해는 이를 정확히 역행합니다: 해당 9개의 물分子们을 추가하면聚合体们이 다시 10개의单体们으로 분解됩니다. 이것이 생체 합성(탈수)과 소화(가수분해)가 화학적으로 상반된 과정인 이유입니다.

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
denature/ˈdenətʃə/ 변성
1.7

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English
  • Trace every property of water back to its polarity and hydrogen bonding (cohesion, high specific heat, solvent power).
  • Know the four macromolecule classes and their monomers; polymers are built by dehydration synthesis and broken by hydrolysis.
  • For proteins, structure (shape) determines function — heat or a pH change denatures them and stops them working.
  • In DNA the bases pair A–T and C–G on antiparallel strands; RNA is single-stranded and uses U.
  • Link each molecule to its role (carbohydrates: energy/structure; lipids: membranes/storage; nucleic acids: information).
한국어
  • 물의 모든 성질을 그 극성과 수소 결합으로 되돌려 보십시오 (응집력, 높은 비열, 용매 능력).
  • 네 가지 거大分子们의 종류와 Primitive单体们을 알고,聚合体们은 탈수중합으로建造되고 가수분해로분解됩니다.
  • 단백질에서는 구조(형태)가 기능을 결정합니다 — 열이나 pH 변화는 그들을 변성시켜 기능 정지로 이어집니다.
  • DNA에서는 염기가 반평행 가닥 위에서 A–T, C–G로 쌍을 이루고, RNA는 단일가닥이며 U를 사용합니다.
  • 각 분子在与其 role를 연결하십시오 (탄수화물: 에너지/구조; 지질: 막/저장; 핵산: 정보).

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