수능, 농업직, 농학과, 축산기사, 종자기사 등 대비 생물과학 요약 - 12. 동물의 구조와 기능의 통합

 

제12장 동물의 구조와 기능의 통합

 

 

 

 

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1. 동물의 조직과 기관계

가. 동물의 조직

1) ‌상피조직(epithemal tissue) : 동물의 몸 바깥쪽 표면과 체내 소화기관이나 폐 등의 표면을 덮고 있으며, 방어·흡수·분비 등 다양한 기능을 수행한다.

2) ‌결합조직(connective tissue) : 체내에서 여러 가지 조직과 기관의 사이를 메우고 그들을 연결하여 신체를 지지하는 역할을 수행한다.

3) ‌신경조직(nervous tissue) : 뉴런(neuron)이라 부르는 신경세포와 이를 지지하는 지지세포들로 구성되어 있으며, 환경자극을 감지하여 정보를 통합하고 반응에 필요한 명령을 내리거나 중계한다.

4) ‌근육조직(muscle tissue) : 수축성이 있는 근세포(muscle cell, 근원섬유)로 되어 있으며, 기관의 수축과 이완, 신체의 움직임 등에 관여한다.

 

나. 동물의 기관계

1) ‌골격계(skeletal system) : 뼈로 몸통의 골조역할을 하며 다른 조직과 기관을 보호하는 기능

2) ‌근육계(muscular system) : 여러 근육이 모여 자세를 유지시키고 소화관 내의 음식물을 이동시키며 폐와 심장의 운동 및 체온유지 기능

3) ‌피부계(integumentary system) : 보호장벽의 역할, 기계적 부상이나 감염 및 열이나 냉각, 건조 등으로부터 신체 내부를 보호하는 기능

4) ‌면역계(immune system) : 몸에 침투한 바이러스나 박테리아를 공격하고, 면역체계를 증가시키며 이를 기억하는 기능 및 감염, 상처 및 암으로부터 몸을 방어하는 기능

5) ‌배설계(urinary system) : 혈액을 여과하여 노폐물을 제거하고 체액 내의 다양한 이온과 전해질 양을 일정하게 유지시키는 기능

6) ‌호흡계(respiratory system) : 대기 중에서 산소를 얻고 체내의 이산화탄소를 몸 밖으로 방출하는 기능

7) ‌순환계(circulatory system) : 혈액을 내보내는 심장과 이를 수송하는 혈관들로 구성

8) ‌소화계(digestive system) : 음식물을 일시적으로 저장하고 고분자물질을 작은 분자로 가수분해하는 기능

9) 내분비계(endocrine system) : 호르몬을 분비하는 기능

10) 생식계(reproductive system) : 난소와 정소의 기능

 

다. 기관계에 의한 항상성 유지

① ‌동물들은 몸 밖의 환경변화에도 불구하고 체내 기능은 항상 안정하게 유지된다.

② ‌체온과 혈압을 비롯하여 영양분, 산소, 체액 등이 항상 일정범위 내에서 유지되는데, 이를 항상성(homeostasis)이라고 한다.

 

2. 동물의 신경계와 신호전달

가. 뉴런의 구조와 기능

1) 신경계의 구조적·기능적 단위를 뉴런(neuron, 신경세포)이라고 한다.

2) ‌세포체(cell body), 수상돌기(dendrite), 축색돌기(axon)의 3부분으로 구성되어 있다.

① ‌세포체 : 핵이 있고, 뉴런의 생활을 담당

② ‌수상돌기 : 신경돌기가 짧고 수가 많으며, 감각세포 또는 다른 뉴런에서 들어오는 신경신호를 받아 그 정보를 세포체에 전달하는 기능

③ ‌축색돌기 : 신경신호를 세포체에서 받아 다른 뉴런에게 전달하는 기능

3) 기능이 서로 다른 운동뉴런, 감각뉴런, 연합뉴런 등이 있다.

 

나. 신경신호의 발생과 전달

1) 신경신호

① ‌살아 있는 세포는 세포막 안쪽이 나트륨이온(Na+) 농도가 낮고 칼륨이온(K+) 농도가 높으며, 세포막 안의 세포질은 음성전하를, 세포막 밖의 체액은 양성전하를 띠고 있어 안팎이 분극된 상태(휴지기)를 유지한다.

② ‌휴지기의 뉴런은 세포막 안팎의 전위차가 –70mV이며, 축색돌기에 전기 자극을 주어 전위차를 –50mV가 되게 하면, 세포막의 투과성이 변하여 다량의 Na+이 세포 안으로 투입되고 K+은 배출된다. 그 결과 탈분극(depolarization)이 일어난다.

③ ‌탈분극을 신경충격(neural impulse) 또는 활동전위(action potential)라고 하며, 이 활동전위에 의해 신경신호가 전달된다.

2) 시냅스

① ‌시냅스는 뉴런과 뉴런 사이 또는 한 뉴런과 다른 세포 사이의 접합부위를 말한다.

② ‌뉴런이 발생한 신경신호는 축색돌기를 따라 전파되고 시냅스를 지나 시냅스 후 세포(신호를 받는 세포)로 전달된다.

 

다. 중추신경계

1) ‌중추신경계(central nervous system) : 척추동물은 뇌와 척수로 구성된 중추신경계를 갖고 있다.

2) ‌뇌(brain) : 전뇌·중뇌·후뇌로 구분되며, 진화할수록 대뇌가 발달하였고, 동물의 활동을 지배한다.

① ‌대뇌피질(앞부분)

- 전두엽 : 언어중추와 행동 조절

- 두정엽 : 피부감각과 몸의 위치를 판단

- 측두엽 : 청각, 후각, 시각

- 후두엽 : 시신경으로 전달되는 시각정보를 처리

② ‌대뇌피질(뒷부분)

- 시상하부 : 감각기관에서 전달되는 정보 전달 등

③ ‌중뇌 : 전뇌와 후뇌를 연결하는 역할 및 눈과 귀의 신경신호 전달 등

④ ‌후뇌 : 뇌로 전달되는 모든 정보와 대뇌와 소뇌 사이에 교환되는 정보 전달 등

⑤ ‌연수 : 호흡률·혈압·심장박동 조절 등

⑥ ‌소뇌 : 운동의 중추

 

 

3) 척수(spinal cord)

① ‌척추 중심부에서 뇌와 말초신경 사이를 연결하며, 감각뉴런·운동뉴런·연합뉴런이 모여 있다.

② ‌사람의 척수는 등쪽과 배쪽에 각각 31쌍의 축색돌기다발(척수신경)이 있으며, 등(뒤)쪽의 것이 감각신경인 배근이고, 배(앞)쪽의 것은 운동신경인 복근이다.

 

라. 말초신경계

① ‌말초신경계는 체성신경계와 자율신경계로 구성되어 있다.

② ‌우리 몸 각 부위에 있는 감각기관 및 운동기관을 중추신경계에 연결하는 기능을 한다.

1) 체성신경계(somatic nervous system) : 골격근과 수의근으로 조절

① ‌뇌신경 : 머리·목·흉강 등 신체 윗부분의 여러 조직과 뇌 사이의 신경신호 전달

② ‌척수신경 : 배근, 복근으로 연결되어 있으며, 우리 몸의 특정부위와 연계되어 있어 감각기관 등에서 받아들인 신경신호를 척수로 전달하고, 척수에서 전달되어 오는 명령을 주로 골격근에 전달

2) ‌자율신경계(autonomic nervous system) : 내장기관을 불수의적으로 조절, 교감신경계와 부교감신경계가 길항적으로 작동

① ‌교감신경계 : 혈압상승, 심장박동 증가, 간의 글리코겐 분해 등을 촉진(노르에피네프린 분비)

② ‌부교감신경계 : 음식물을 소화시키고 휴식하며 에너지를 생성하는 활동(아세틸콜린 분비)

 

3. 동물근육의 수축과 운동

가. 근육의 종류

① ‌골격근 : 힘줄에 의해 뼈대를 부착하며, 몸을 자발적으로 움직일 수 있도록 기능(예: 수의근, 횡문근, 가로무늬근)

② ‌심근 : 심장을 구성하는 근육, 가로무늬근, 불수의근

③ ‌평활근 : 소화관과 같은 내장기관을 구성하며, 민무늬근, 불수의근(자율신경계의 지배를 받음)

나. 근세포의 구성성분(교과서 301쪽, 그림 12-10 참조)

1) 근세포

① ‌근세포(muscle cell)는 여러 가닥의 근원섬유가 모여 근세포를 이룬다.

② ‌이런 근세포가 모여 근세포다발을 형성하며, 이 근세포다발이 하나의 근막(fascia)에 둘러싸여 근육(muscle)을 형성한다.

2) 근원섬유

① ‌구성성분은 액틴(actin)과 미오신(myosin)이며, 액틴 2가닥이 결합하여 가는 섬유(thin filament)를 만들고, 미오신은 많은 가닥이 다발을 이루어 굵은 섬유(thick filament)를 형성한다.

② ‌액틴과 미오신으로 근절(근원섬유마디, sacromere) 단위를 구성하며, 이 근절은 근원섬유가 수축기능을 하는 기본단위가 된다.

 

다. 신경에 의한 근수축(교과서 302쪽, 그림 12-11 참조)

① ‌근수축은 근절의 가는 섬유(액틴)가 굵은 섬유(미오신)로 미끄러져 들어갈 때 수축이 일어나는 것으로 활주설(sliding-filament theory)이라 한다.

② ‌신경근접합부에 신경신호가 도달하면 아세틸콜린이 분비되어 근세포막에 탈분극이 일어난다.

③ ‌그 결과 근소포체 막에서도 탈분극이 일어나 막의 투과성이 변화하고, 근소포체 안에 축적되어 있던 Ca2+이 세포질로 방출되어 Ca2+의 농도가 높아진다.

④ ‌세포 내 Ca2+ 농도가 높아지면 미오신 머리 부위의 ATP가수분해효소 기능이 활성화되어 ATP를 ADP와 Pi로 분해한다.

⑤ ‌이때 방출되는 에너지로 액틴섬유가 미오신섬유로 활주(미끄러져 들어감)하여 근수축이 일어난다.

⑥ ‌활주를 일으키는 분자적 힘을 견인(power stroke)이라고 하는데, ADP와 Pi가 떨어져 나가면서 견인에 의해 미오신 머리가 휘며, 이때 액틴 섬유를 강하게 끌어당긴다.

⑦ ‌짧은 시간의 탈분극상태가 지나면 근소포체는 다시 정상상태로 분극되면서 세포질의 Ca2+은 근소포체로 재흡수된다.

 

 

4. 동물의 순환계와 체내운반

가. 심장혈관계

1) 심장의 구조

① ‌심장에는 심실(ventricle)과 심방(atrium)이 있다.

② ‌어류는 심장이 심실 1개, 심방 1개, 양서류는 심실 1개, 심방이 2개, 조류와 포유류는 심실 2개, 심방 2개이다.

2) 혈압

① ‌각 기관과 조직이 필요로 하는 양의 혈액을 공급하기 위하여 심실이 수축할 때에는 큰 압력이 동맥벽에 미치게 되는데, 이를 혈압(blood pressure)이라 한다.

② ‌최고혈압이 120mmHg, 최저혈압이 80mmHg인 것이 보통이다.

③ ‌혈액순환은 심장의 박동과 혈관의 수축상태로 조절된다.

 

나. 혈관과 혈액

1) 혈관의 종류

① ‌동맥(artery) : 심실수축에서 오는 높은 압력을 견디기 위해 두텁고 질긴 조직으로 되어 있다.

② ‌정맥(vein) : 탄력이 적고 판막이 여러 곳에 있어 혈액이 심장 방향으로만 흐른다.

③ ‌모세혈관(capillary) : 가늘어서 적혈구의 통과가 어려울 정도이며, 혈관벽이 한 층의 세포로 되어 있다.

2) 혈장

① ‌약 90%가 물이며, 10%는 무기이온, 단백질과 여러 가지 유기물로 되어 있다.

② ‌혈장에 있는 단백질은 혈액의 삼투압을 유지하며, 글로블린에는 항체의 기능을 가진 것이 있고, 피브리노겐은 혈액응고에 관여한다.

③ ‌혈장에 녹아 있는 무기이온과 포도당은 항상성을 유지하는 데 대단히 중요하며 이것은 호르몬에 의해 농도가 조절된다.

3) 혈구

① ‌적혈구(red blood cell, erytrocyte) : 산소 운반

② ‌백혈구(white blood cell, leukocyte) : 식작용 및 염증반응에 관여

(예: 호중성백혈구, 호염기성백혈구, 호산성백혈구, 림프구, 비만세포, NK세포, 단핵구 등)

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▣ 학습문제

 

1. 동물의 몸은 조직들이 기관을 형성하고, 다시 기관들이 기관계를 구성한다. 순환계를 이루는 혈액은 이다.

① 상피조직 ② 신경조직

③ 근육조직 ④ 결합조직

 

2. 뇌는 감각기관에서 오는 정보를 통합하여 저장하고 적절한 행동을 명령하는데, 은(는) 대뇌의 아래쪽에 위치하며 정보전달의 기능을 갖는다.

① 시상 ② 시상하부

③ 척수 ④ 롤란도의 열구

 

3. 동물은 뼈대와 근육의 상호작용으로 움직인다. 우리의 의지로 수축이 지배되는 근육은 이다.

① 내장근 ② 골격근

③ 심근 ④ 평활근

 

4. 근육의 수축은 액틴섬유가 미오신섬유로 미끄러져 들어가 일어나는데, 이때 중요하게 작용하는 무기이온은 이다.

① K＋ ② H＋

③ Ca2＋ ④ Mg2＋

 

5. 혈장에는 단백질과 무기이온 등이 들어 있으며, 혈장의 단백질은 혈액응고·항체·운반작용 등의 기능을 갖는다. 은 혈장단백질이 아니다.

① 알부민 ② 히스톤

③ 글로블린 ④ 피브리노겐

 

 

6. 신경섬유의 시냅스 소낭에 들어 있는 아세틸콜린의 기능은?

① 신경섬유에서 활동전위를 높인다.

② 신경섬유에서 기동전위를 높인다.

③ 신경세포의 세포막에 탈분극을 일으킨다.

④ 신경세포의 방추체에 탈분극을 일으킨다.

 

7. 사람의 대뇌에서 언어중추가 있으며 행동을 조정하는 부위는?

① 두정엽 ② 전두엽

③ 후두엽 ④ 측두엽

 

8. 뉴런에서 신경신호를 전달할 때 에너지가 소비되는데 그 이유는?

① ‌탈분극으로 평형상태가 된 Na＋과 K＋을 능동수송으로 다시 농도 차를 일으켜서 분극 상태로 유지해야 하기 때문이다.

② ‌탈분극으로 불평형상태가 된 Na＋과 K＋을 능동수송으로 다시 농도 차를 일으켜서 분극상태로 유지해야 하기 때문이다.

③ ‌탈분극으로 평형상태가 된 Na＋과 K＋을 확산에 의해 다시 농도 차를 일으켜서 분극 상태로 유지해야 하기 때문이다.

④ ‌탈분극으로 불평형상태가 된 Na＋과 K＋을 확산에 의해 다시 농도 차를 일으켜서 분극 상태로 유지해야 하기 때문이다.

 

9. 자율신경계의 기능은?

① 피부로부터 감각을 수용하여 뇌에 전달한다.

② 중추신경계에서 나오는 흥분을 골격근에 전달한다.

③ 체내의 환경변화를 인지하고 적절한 처리를 한다.

④ 감각기에서 전도되어 오는 흥분을 중추신경계로 전달한다.

 

10. 근육이 1초에 50회 정도의 충격을 받으면 수축된 상태가 지속되는데 이것을 가리키는 용어는?

① 기동 ② 불수의

③ 활주 ④ 강직

 

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▣ 정답 및 해설

 

1. ④ 결합조직은 체내에서 여러 가지 조직과 기관의 사이를 메우고 그들을 연결하여 신체를 지지하는 역할을 한다. 혈액, 인대, 힘줄, 지방조직, 연골(관절보호), 경골(뼈의 주요조직) 등은 모두 결합조직이다.(교과서 286~287쪽)

2. ① 시상은 대뇌의 아래쪽에 위치하며, 감각기관으로부터 전달되는 정보를 선별하여 대뇌의 적절한 부위로 전달함으로써 정보를 조절한다.(교과서 297쪽)

3. ② 동물의 근육에는 골격근, 심근, 평활근의 3가지가 있다. 골격근은 가로무늬가 있어 횡문근이라고 하며, 우리의 의지로 수축이 지배되므로 수의근이라고도 한다. 심근은 심장을 구성하는 근육으로 횡문근이나 자율신경에 의해 지배되므로 불수의근이라고 한다. 평활근은 횡문근이 없으며 주로 소화관과 같은 내장기관을 구성하기 때문에 내장근이라고 부른다.(교과서 300~301쪽)

4. ③ 골격근을 이루는 근세포에는 여러 개의 근원섬유가 들어 있으며, 근원섬유의 주성분은 액틴과 미오신이다. 세포 내 Ca2＋농도가 높아지면 미오신 머리부위의 ATP가 가수분해되며, 이때 방출되는 에너지로 액틴섬유가 미오신섬유로 미끄러져 들어감으로써 근수축이 일어난다(활주설).(교과서 301~303쪽)

5. ② 혈장의 단백질에는 알부민, 글로불린, 피브리노겐 등이 있다. 글로불린은 항체의 기능이 있고, 피브리노겐은 혈액응고에 관여한다.(교과서 308쪽)

6. ③ 신경전달물질인 아세틸콜린은 시냅스(뉴런과 뉴런 사이) 틈을 통해 확산되어 시냅스 후 세포막의 수용체와 결합하며, 그 결과 탈분극이 일어나 활동전위를 일으킨다.(교과서 294쪽)

7. ② 대뇌의 전두엽에는 언어중추가 있고 행동을 조정한다. 두정엽에는 피부감각과 몸의 위치를 판단하는 중추가 있다. 측두엽에는 청각과 후각을 처리하는 중추가 있으며, 후두엽에는 시각정보를 처리하는 중추가 있다.(교과서 296~297쪽)

8. ① 신경신호가 전달될 때 소비되는 에너지의 대부분은 뉴런 안팎의 Na＋과 K＋의 농도 차를 형성하기 위한 능동수송에 이용되며, 그 결과 세포는 분극상태(세포막 안의 세포질은 음전하를 띠고, 세포 밖의 체액은 양전하를 띠는 것)로 되돌아오게 된다.(교과서 292~293쪽)

9. ③ 자율신경계는 심장, 내분비선 같은 장기와 중추신경계를 연결하면서 몸 안의 상태(환경)변화를 인지하고 이에 대하여 적절한 처리를 하게 한다.(교과서 300쪽)

10. ④ 운동신경에 의한 한 번의 신호전달이 근섬유에 작용하여 근수축이 일어나는 시간은 0.001~0.002초에 불과하지만, 다른 신호전달에 의해 다시 수축하려면 0.05~0.1초의 시간이 필요하다. 근육에 1초당 50회 정도의 신경신호가 전달되면 근수축 상태가 지속되며, 이를 강직(경련)이라고 한다.(교과서 303쪽)

집사 피곤한데 그냥 자라냥

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