#63 생명체 내의 화학 반응

문제 1 · OX 문제

물질대사는 생명체 내에서 일어나는 모든 화학 반응을 의미한다. ( )

정답: O

물질대사는 우리 몸이라는 거대한 화학 공장에서 일어나는 모든 조립과 분해 반응을 통틀어 부르는 말이에요. 이 반응들이 정상적으로 일어나야만 생명체는 숨을 쉬고, 움직이고, 자라날 수 있답니다.

문제 2 · OX 문제

생명체 밖에서 일어나는 포도당의 연소 반응은 촉매(효소)가 반드시 관여해야만 일어난다. ( )

정답: X

연소 반응은 모닥불이 활활 타오르는 것처럼 촉매 없이도 아주 높은 온도만 주어지면 스스로 일어나는 화끈한 반응이랍니다. 반면, 우리 몸속에서는 그렇게 높은 온도를 낼 수 없으므로 화학 반응을 돕는 효소가 꼭 필요합니다.

문제 3 · OX 문제

물질대사가 일어날 때는 항상 에너지의 흡수나 방출(출입)이 함께 일어난다. ( )

정답: O

물질대사는 물건을 만들 때 비용이 들거나 물건을 팔 때 수익이 생기는 경제 활동과 같아요. 새로운 성분을 조립할 때는 에너지를 흡수하고, 물질을 분해할 때는 에너지를 밖으로 내보내므로 에너지가 가만히 있는 물질대사는 존재하지 않는답니다.

문제 4 · OX 문제

효소 덕분에 생명체 내에서는 체온(37℃) 정도의 비교적 낮은 온도에서도 화학 반응이 잘 일어날 수 있다. ( )

정답: O

효소는 아주 높은 장벽을 깎아주는 '지름길 안내원'과 같아요. 원래대로라면 엄청난 열을 가해야 일어날 반응도 효소가 에너지를 낮춰주기 때문에, 따뜻한 체온 수준의 온도에서도 안전하고 빠르게 화학 반응이 일어날 수 있답니다.

문제 5 · OX 문제

생명체 내의 물질대사는 반응물에서 최종 생성물로 변할 때 에너지를 한 번에 모두 방출한다. ( )

정답: X

만약 우리 몸에서 에너지가 한꺼번에 뿜어져 나오면 세포가 그 열을 견디지 못하고 타버릴지도 몰라요. 그래서 물질대사는 높은 계단에서 조심조심 한 칸씩 내려오듯 에너지를 조금씩 나누어 안전하게 방출한답니다.

문제 6 · OX 문제

세포 호흡과 연소는 최종 생성물이 같더라도 반응이 일어나는 경로가 서로 다르다. ( )

정답: O

6층 건물에서 1층으로 내려갈 때, 창문 밖으로 번지점프를 해서 단번에 떨어지는 방법이 '연소'라면, 계단을 통해 안전하게 한 층씩 내려오는 방법이 '세포 호흡'이랍니다. 결국 1층(최종 생성물)에 도달하는 결과는 같지만, 그곳까지 도달하는 길(반응 경로)은 완전히 다릅니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

생명체 내에서 화학 반응을 촉진하여 체온 정도의 낮은 온도에서도 반응이 잘 일어나도록 돕는 생체 촉매인 ( )는 물질대사에 필수적이다. (2글자)

정답: 효소

이 물질은 꽉 막힌 고속도로의 하이패스 같은 존재예요. 높은 온도가 아니면 느릿느릿 진행될 화학 반응의 길을 뻥 뚫어주어 반응 속도를 획기적으로 높여주는 역할을 한답니다.

문제 8 · 빈칸 채우기

생명체 밖에서 포도당이 고온 상태로 촉매 없이 한꺼번에 다량의 에너지를 방출하며 타는 대표적인 화학 반응인 ( )는 세포 호흡과 대조적이다. (2글자)

정답: 연소

모닥불이나 가스레인지 불꽃을 떠올려보세요. 물질이 외부에서 산소와 결합해 순식간에 엄청난 빛과 열을 내며 타오르는 이 화끈한 현상이 바로 생명체 밖의 대표적인 화학 반응이랍니다.

문제 9 · 빈칸 채우기

생명체 내에서 유기물을 분해하여 살아가는 데 필요한 에너지를 얻는 대표적인 물질대사 과정인 ( )은 효소가 관여하여 단계적으로 일어난다. (4글자)

정답: 세포호흡

우리가 밥을 먹는 궁극적인 이유는 세포들이 이 과정을 거쳐 영양소를 쪼개고, 그 속의 에너지를 꺼내 쓰기 위해서예요. 우리 몸속의 아주 작은 생체 발전소를 가동하는 과정인 셈이죠.

문제 10 · 빈칸 채우기

물질대사가 큰 무리 없이 일어날 수 있는 생명체 내부의 온도로, 대략 37℃ 부근에 해당하는 ( )은 효소가 활동하기 가장 적합한 환경이다. (2글자)

정답: 체온

우리 몸은 펄펄 끓지도, 꽁꽁 얼어있지도 않아요. 항상 일정하게 유지되는 따뜻한 37℃ 안팎의 이 환경 덕분에 우리 몸속의 효소들이 파괴되지 않고 가장 활발하게 일할 수 있답니다.

문제 11 · 빈칸 채우기

물질대사를 통해 생명체가 몸을 구성하는 성분을 만들거나 생명 활동을 유지하기 위해 반드시 출입시켜야 하는 ( )는 물질대사의 핵심 요소이다. (3글자)

정답: 에너지

스마트폰의 화면을 켜기 위해 배터리가 필요하듯, 생명체도 움직이고 생각하는 모든 과정에 근원적인 힘이 필요해요. 물질대사는 바로 이 힘을 몸속에 충전하거나 필요할 때 꺼내 쓰는 과정이랍니다.

문제 12 · 빈칸 채우기

생명체가 생명을 유지하고 에너지를 얻기 위해 몸속에서 수행하는 모든 화학 반응을 통틀어 ( )라 부른다. (4글자)

정답: 물질대사

이 단어는 우리 생명체 내부에서 벌어지는 수만 가지 마법 같은 화학 반응을 하나로 묶어주는 거대한 이름표예요. 이 과정이 멈추는 순간, 생명체의 시간도 함께 멈추게 된답니다.

문제 13 · 단답형

세포 호흡과 연소 반응에서 에너지를 품고 있는 처음 물질로 사용되는 대표적인 영양소는 무엇인가? (3글자)

정답: 포도당

우리가 탄수화물을 섭취하면 최종적으로 분해되어 혈액을 타고 도는 가장 기본적이고 훌륭한 연료예요. 자동차에 기름을 넣듯, 우리 세포는 이 영양소를 태워 생명 활동에 필요한 힘을 낸답니다.

문제 14 · 단답형

화학 반응이 시작될 때 사용되는 물질을 반응물이라고 한다면, 반응이 모두 끝난 후에 최종적으로 만들어진 물질들을 통틀어 무엇이라 하는가? (3글자)

정답: 생성물

공장에 원재료(반응물)를 집어넣으면 조립 라인을 거쳐 완성된 완제품이 튀어나오죠. 이처럼 화학 반응을 거쳐 최종적으로 형태나 성질이 바뀌어 만들어진 완제품을 뜻하는 용어랍니다.

문제 15 · 단답형

화학 반응이 일어날 때 가장 처음에 준비되어 결합을 깨뜨릴 준비를 하는 물질로, 세포 호흡이나 연소에서 '포도당'과 '산소' 같은 물질을 무엇이라 하는가? (3글자)

정답: 반응물

요리를 시작하기 전에 도마 위에 올려놓은 고기나 채소 같은 '원재료' 상태를 말해요. 이 원재료들이 열을 받아 서로 섞이고 쪼개져야 맛있는 요리가 탄생하는 것과 같은 이치랍니다.

문제 16 · 보기 선택

보기는 생명체 내에서 일어나는 물질대사의 공통적인 특징을 나열한 것이다. 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고르시오.

• ㄱ. 반응이 일어날 때 반드시 에너지의 출입이 함께 발생한다.
• ㄴ. 에너지를 한꺼번에 급격하게 방출하여 체온을 순식간에 높인다.
• ㄷ. 생명체 내에서 일어나는 대소 불문 모든 화학 반응을 포함한다.
• ㄹ. 세포 외부의 연소 반응과 비교했을 때 이동하는 구체적 반응 경로가 똑같다.

정답: ㄱ, ㄷ

물질대사는 우리 몸 안의 모든 화학 반응(ㄷ)이며, 에너지가 끊임없이 들고나는 경제 활동(ㄱ)과 같아요. 우리 몸은 안전이 최우선이라 에너지를 조심조심 내보내므로, 폭탄처럼 한 번에 에너지를 터뜨리는 연소와는 반응 경로가 전혀 다르답니다.

문제 17 · 보기 선택

보기는 생명체 내 물질대사에서 중요한 역할을 하는 효소에 대한 설명이다. 옳은 것만을 있는 대로 고르시오.

• ㄱ. 생명체 내에서 화학 반응 속도를 빠르게 만들어 주는 생체 촉매이다.
• ㄴ. 효소의 도움 덕분에 37℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서도 반응이 일어날 수 있다.
• ㄷ. 물질대사의 여러 단계가 진행되더라도 처음부터 끝까지 단 한 종류의 효소만 사용된다.
• ㄹ. 효소 중 단 한 종류라도 이상이 생기거나 부족해지면 관련된 물질대사 전체에 문제가 생긴다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄹ

효소는 37℃라는 낮은 온도(ㄴ)에서도 대사가 원활하게 돌아가게 돕는 촉매(ㄱ)예요. 물질대사는 거대한 공장의 조립 라인 같아서, 단계마다 전담 전문가(효소)가 따로따로 필요하답니다. 그래서 라인 중간에 한 명이라도 결근을 하면 제품 생산 전체가 멈추듯 문제가 생기는 것이죠(ㄹ).

문제 18 · 보기 선택

생명체 내의 '세포 호흡'과 생명체 밖의 '연소'를 비교한 설명으로 옳은 내용만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 세포 호흡은 연소에 비해 에너지가 여러 단계에 걸쳐 소량씩 방출된다.
• ㄴ. 연소는 세포 호흡과 달리 반응이 일어나기 위해 생체 촉매(효소)가 필수적으로 요구된다.
• ㄷ. 두 반응 모두 포도당을 산소와 반응시켜 에너지를 얻는 과정이라는 공통점이 있다.
• ㄹ. 세포 호흡과 연소는 최종 생성물의 종류가 서로 완전히 다르다.

정답: ㄱ, ㄷ

세포 호흡은 계단을 내려오듯 에너지가 쪼개져 나오는 단계적 반응(ㄱ)이고, 두 반응 모두 포도당 연료를 태워 에너지를 뽑아내는 본질(ㄷ)은 같아요. 다만 연소는 효소가 필요 없는 생명체 외부의 반응이며, 두 반응 모두 이산화 탄소와 물이라는 완전히 동일한 생성물을 만들어 낸답니다.

문제 19 · 보기 선택

생명체 내 물질대사가 에너지를 방출할 때 단번에 방출하지 않고 '단계적 반응'으로 서서히 진행될 때의 유익한 점으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고르시오.

• ㄱ. 체온 범위의 낮은 온도 환경에서도 열 손상 없이 안전하게 에너지를 얻을 수 있다.
• ㄴ. 에너지를 한꺼번에 다량 방출하여 필요한 순간에 폭발적인 힘을 내기 유리하다.
• ㄷ. 생성된 에너지를 세포가 효율적으로 포집하여 사용하기에 훨씬 용이하다.
• ㄹ. 반응 단계를 길게 늘려 효소가 아예 관여하지 못하도록 차단하는 방어막 역할을 한다.

정답: ㄱ, ㄷ

에너지를 한 칸씩 쪼개서 내놓으면 우리 몸의 세포가 높은 열에 화상을 입지 않고 안전하게 보호(ㄱ)받을 수 있고, 쪼개져 나오는 에너지를 바구니에 담듯 차곡차곡 모아서 효율적으로 저장(ㄷ)하기 좋아요. 한꺼번에 폭발하는 것은 연소의 특징이며, 단계적 반응일수록 각 단계마다 효소의 정밀한 조절이 필수적이랍니다.

문제 20 · 보기 선택

포도당 분해 반응(세포 호흡과 연소)에 참여하는 물질들에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 반응을 시작하기 전의 포도당은 상대적으로 에너지가 높은 상태의 '반응물'이다.
• ㄴ. 반응이 완전히 끝난 후 발생한 이산화 탄소와 물은 에너지가 낮은 '생성물'이다.
• ㄷ. 연소와 세포 호흡 과정에서 소모되는 반응물 포도당의 총에너지 크기는 서로 다르다.
• ㄹ. 최종 생성물인 이산화 탄소와 물이 가지는 총에너지의 크기는 두 과정이 완벽히 같다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄹ

아직 쪼개지지 않은 포도당은 에너지가 가득 찬 반응물(ㄱ)이고, 반응이 모두 끝나 안정화된 이산화 탄소와 물은 에너지를 털어낸 생성물(ㄴ)이에요. 동일한 물질인 포도당에서 출발하여 동일한 생성물로 끝나기 때문에, 처음 시작할 때의 에너지 총량과 끝날 때의 에너지 총량은 두 반응 모두 완벽하게 똑같답니다.

문제 21 · 보기 선택

보기는 생명체가 물질대사를 수행해야만 하는 궁극적인 필요성을 설명한 것이다. 옳은 것만을 있는 대로 고르시오.

• ㄱ. 물질대사 과정을 통해 생명체의 몸을 구성하는 다양한 성분을 직접 합성할 수 있다.
• ㄴ. 세포 활동이나 생장, 두뇌 활동 등에 필요한 필수 에너지를 물질대사로 얻는다.
• ㄷ. 외부의 높은 열과 압력을 체내에 그대로 유입시켜 방어막을 형성하기 위함이다.
• ㄹ. 물질대사가 정상적으로 유지되어야만 생명체가 죽지 않고 살아있는 상태를 유지할 수 있다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄹ

물질대사는 몸에 필요한 근육이나 뼈 성분을 조립(ㄱ)하고, 살아 움직일 생명 에너지 연료를 생산(ㄴ)하여 생명을 유지(ㄹ)하는 가장 기본적인 필수 조건이에요. 우리 몸은 외부의 가혹한 환경을 끌어들이는 게 아니라, 오히려 효소를 이용해 따뜻하고 온화한 환경 속에서 안전하게 살아가기 위해 물질대사를 한답니다.

문제 22 · 객관식

생명체 내에서 일어나는 화학 반응인 '물질대사'의 특징으로 가장 적절한 것은?

• ① 효소의 작용 없이 생명체의 물리적인 힘만으로 빠르게 일어난다.
• ② 반응이 진행되는 동안 물질의 변화만 있을 뿐, 에너지의 출입은 없다.
• ③ 생명체 밖에서 일어나는 화학 반응과 비교했을 때 거치는 반응 경로가 완벽히 일치한다.
• ④ 여러 단계에 걸쳐 반응이 서서히 진행되며, 에너지가 소량씩 나누어 출입한다.
• ⑤ 한 번 시작된 물질대사 라인은 효소의 상태와 관계없이 끝까지 멈추지 않는다.

정답: ④

물질대사는 가파른 절벽에서 쾅 떨어지는 연소와 달리, 아주 완만한 계단을 한 칸씩 짚고 내려오는 조심성 많은 반응이에요. 에너지를 소량씩 나누어 천천히 내뿜어야 우리 몸의 조직들이 다치지 않고 에너지를 안전하게 모을 수 있답니다.

문제 23 · 객관식

생명체 밖의 화학 반응인 '연소'의 특징으로 옳은 것은?

• ① 우리 몸의 체온(37℃) 정도의 낮은 온도에서 매우 안정적으로 일어난다.
• ② 반응이 진행될 때 생체 촉매인 효소가 결합을 쪼개는 역할을 전담한다.
• ③ 반응이 한 번에 급격히 일어나 다량의 에너지가 일시에 밖으로 방출된다.
• ④ 에너지가 여러 계단을 거치듯 서서히 나누어 방출되는 완만한 형태를 띤다.
• ⑤ 세포 호흡과 최종 도달점이 달라서 전혀 다른 종류의 생성물을 만들어낸다.

정답: ③

연소는 캠프파이어 장작불처럼 엄청난 고온 환경이 주어졌을 때 한꺼번에 화르륵 타오르며 빛과 열을 뿜어내는 거친 반응이에요. 에너지를 여러 번에 나누지 않고 단 한 번에 엄청나게 쏟아내는 폭발적인 스타일을 가집니다.

문제 24 · 객관식

생명체 내 물질대사에서 '효소(생체 촉매)'가 필수적으로 관여함으로써 얻을 수 있는 현상으로 가장 적절한 것은?

• ① 체내 온도를 고온, 고압 상태로 순식간에 끓어오르게 만든다.
• ② 화학 반응을 촉진하여 체온 수준의 낮은 온도에서도 대사가 원활히 일어나게 한다.
• ③ 반응 물질이 가진 고유한 성질을 바꾸어 최종 생성물의 종류 자체를 변형시킨다.
• ④ 에너지가 한꺼번에 방출되도록 반응 경로를 단순한 절벽 모양으로 일원화한다.
• ⑤ 한 종류의 효소가 몸속의 모든 물질대사를 혼자서 완벽하게 처리한다.

정답: ②

효소는 우리 몸속의 아주 똑똑한 '에어컨 겸 보일러 시스템'과 같아서, 몸을 뜨겁게 끓게 만들지 않고도 부드럽고 온화한 37℃ 체온에서 세포들이 원하는 화학 반응을 신속하게 완료할 수 있도록 다리를 놓아줍니다.

문제 25 · 객관식

포도당의 두 가지 분해 경로인 연소와 세포 호흡에 대한 비교 분석으로 옳지 않은 것은?

• ① 두 과정 모두 초기 출발선에 있는 반응 물질은 포도당으로 동일하다.
• ② 두 과정이 완전히 끝난 후 남는 최종 생성물은 이산화 탄소와 물이다.
• ③ 세포 호흡은 연소 반응에 비해 상대적으로 엄청나게 낮은 온도 환경에서 진행된다.
• ④ 연소는 에너지가 단번에 방출되고, 세포 호흡은 에너지가 소량씩 단계적으로 방출된다.
• ⑤ 연소와 세포 호흡은 거치는 반응 경로가 완벽히 같아서 세포가 동일하게 이용할 수 있다.

정답: ⑤

두 반응은 시작(포도당)과 끝(이산화 탄소, 물)은 완벽히 똑같지만, 중간에 거쳐 가는 길(반응 경로)이 전혀 다릅니다. 연소는 한 번에 쏟아지는 거친 코스이고, 세포 호흡은 효소가 통제하는 안전한 계단 코스라서 세포가 에너지를 쏙쏙 뽑아 쓰기 안성맞춤이랍니다.

문제 26 · 객관식

다음 중 생명체가 '물질대사'를 반드시 수행해야 하는 필요성과 거리가 가장 먼 것은?

• ① 세포막이나 근육 등 생명체의 몸을 구성하는 필수 성분을 합성하기 위해
• ② 심장박동, 체온 유지, 두뇌 활동 등에 쓰일 실질적인 에너지를 획득하기 위해
• ③ 생명체가 환경 변화에 대응하며 살아있는 동적 평형 상태를 유지하기 위해
• ④ 몸속 장기들의 온도를 인위적으로 100℃ 이상 끓여서 세균을 멸균하기 위해
• ⑤ 세포의 생장과 손상된 조직을 복구하는 데 필요한 재료를 조달하기 위해

정답: ④

우리 몸속 장기가 100℃ 이상으로 끓어오르면 외부 세균만 죽는 게 아니라 우리 자신의 세포와 효소도 전부 파괴되어 생명을 잃게 됩니다. 물질대사는 효소 덕분에 37℃라는 안전한 미온에서 온화하게 생명 활동을 유지하는 시스템이랍니다.

문제 27 · 객관식

물질대사가 '단계적 반응'으로 일어날 때의 내부 작동 메커니즘에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 단 한 종류의 만능 효소가 처음부터 끝까지 모든 계단 반응을 한 번에 처리한다.
• ② 반응의 각 단계마다 작용하는 효소의 종류가 서로 제각각 다르다.
• ③ 단계를 거쳐 내려올 때마다 체온이 100℃ 이상으로 급격히 상승하여 에너지를 축적한다.
• ④ 반응 경로가 너무 복잡해져서 최종적으로 얻어내는 에너지 총량이 연소보다 훨씬 적다.
• ⑤ 여러 단계로 나뉘어 있으므로 중간의 효소 하나쯤 기능이 마비되어도 전체 대사는 정상 가동된다.

정답: ②

세포 호흡과 같은 단계적 과정은 톱니바퀴가 정밀하게 맞물려 돌아가는 기계 장치와 같아요. 각 칸마다 전담하는 고유한 효소(2번)가 대기하고 있어서, 중간에 톱니바퀴 하나만 고장 나도 전체 시스템이 멈추는 정밀함을 보여준답니다.