2016 소방간부 자연과학개론 (21번 ~ 25번)

답: 2번 

풀이 

① 영양단계가 높아질수록 에너지 효율은 증가한다 

③ 독립영양생물은 스스로 에너지를 얻는다

④ 순생산량에서 피식량이나 고사량, 낙엽량을 제외하고 생물체에 남아있는 유기물의 양이다. 

⑤ 극상을 이룬 식물 군집은 천이가 진행 중인 식물 군집에 비해 순생산량이 적다

< 물질순환과 에너지 흐름 >

1. 물질의 순환

- 총생산량: 생산자가 일정기간 동안 광합성을 통해 합성한 유기물의 총량

- 호흡량: 생물이 자신의 생활에 필요한 에너지를 얻기 위해 호흡에 소비한 유기물의 양

- 순생산량: 총생산량에서 호흡량을 제외한 유기물의 양이다

- 생장량: 생물의 생장에 이용한 유기물의 총량, 순생산량에서 피식량이나 고사량, 낙엽량을 제외하고 생물체에 남아있는 유기물의 양이다. 

 

2. 에너지 흐름 

수능특강 생명과학1

- 생태계 내 에너지는 순환하지 않고 한 방향으로만 흐른다. 그렇기 때문에 생태계로 에너지가 계속 유입되어야 한다 

- 상위영양단계로 갈수록 각 영양단계의 생물이 사용할 수 있는 에너지양은 감소한다 

- 에너지효율은 일반적으로 상위영양단계로 갈수록 증가하는 경향이 있는데 이는 생태계에 따라 다르게 나타난다 

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답: ㄴ, ㄷ

 

풀이 

ㄱ. 수소연료전지에서 수소는 0 -> +1 

에탄올 연료전지에서 수소는 +1 로 일정 

ㄴ. 에탄올 연료전지에서 탄소의 산화수는 -2 -> +4 로 산화수가 증가했다

ㄷ. 수소연료전지에서 산소는 0 -> -2 로 변하면서 환원되었으므로 산화제로 작용한다 

에탄올연료전지에서 산소는 0->  -2로 변했으므로 산화제로 작용했다 

 

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답: 5번 

 

풀이 

결합에너지: F2 < Br2 < Cl2

끓는 점: F2 < Cl2 < Br2 < I2  

결합에너지: HBr < HCl < HF 

결합길이: HBr > HCl > HF 

X2 = Br2  ,  Y = Cl  , Z = F

  

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답: 4번 

 

풀이 

① 혈장pH가 낮아져 보어효과에 의한 산소해리도가 증가한다 

② 헤모글로빈의 산소에 대한 결합력이 약해진다

③ 혈장에서 적혈구로 HCO3-의 이동이 감소한다 

⑤ 탄산무수화효소에 의한 물분자의 생성은 감소한다 

 

< 보어효과 >

네 가지 요인(pH, pCO2, 온도, 2,3-BPG)에 의한 헤모글로빈의 산소친화도 변화

① H+ 효과

○ [H+]↑ → pH↓ → Hb 내 이온결합 변화(예 : β 사슬의 히스티딘) → Hb 입체구조 변화 → 산소친화도↓

○ 산소와 해리된 헤모글로빈은 수소이온과 결합하여 혈액의 산성화 방지

○ 산소 헤모글로빈은 수소이온과 결합하지 못함

○ 이온결합 변화 1 : -COOH ↔ -COO- + H+ (장소 : 글로빈)

○ 이온결합 변화 2 : -NH2 + H+ ↔ -NH3+ (장소 : 글로빈)

○ 운동 시 산소친화도 변화 1 : 젖산, 지방산 생성으로 pH↓ → 산소친화도↓

 

② CO2 효과

○ CO2↑ → N-말단에 CO2 결합 or 산 증가 → Hb 입체구조 변화 → 산소친화도↓

○ N-말단에 CO2 결합 : -NH + CO2 → -NCOOH (카르바미노 Hb)

○ 산 증가 : pCO2가 높으면 탄산에서 유래된 H+으로 pH↓

○ 산소친화도 감소는 조직세포에서 헤모글로빈이 산소를 더 잘 해리되도록 함

 

③ 온도효과

○ 온도↑ → Hb 입체구조 변화 → 산소친화도↓

○ 활발하게 물질대사를 하거나 운동을 하던 세포는 열을 방출

○ 효소는 활성온도 이후의 온도에서 분자 내 결합이 약화됨에 따라 급격히 활성을 잃음

 

④ 2,3-BPG (2,3-비스포스포글리세르산, 2,3-bisphosphoglycerate) 효과

 

○ 2,3-BPG : 해당과정이 활발시 생성, 해당과정 중간산물인 1,3-BPG의 이성질체

○ 포유류 적혈구는 높은 농도의 2,3-BPG를 가지고 있음

○ 2,3-BPG↑ → 헤모글로빈 중앙 빈 곳을 찾아 β 글로빈과 결합하여 디옥시헤모글로빈을 안정화 → 추가적인 산소친화도↓

○ 운동 시 산소친화도 변화 2 : 조직세포 산소부채 현상 → 일부 G3P가 2,3-BPG로 전환 → β 글로빈 내 산소결합↓

 

⑤ 고도가 높은 산으로 이동하는 경우

○ 1st. 대기 중의 산소 분압 감소

○ 2nd. 폐에서 헤모글로빈의 산소 결합량 감소

○ 호흡속도를 증가시켜 부족한 산소 결합량 보충

○ 호흡성 알카리즘 : 호흡 속도 증가로 과도한 CO2가 방출하므로 혈액 pH 증가

○ 3rd. 조직세포로 가는 산소 공급량 감소 → 적혈구 내 2,3-BPG 증가

○ 헤모글로빈의 산소 친화도 감소로 산소 헤모글로빈으로부터 더 많은 산소가 방출

○ 4th. 신장으로 가는 산소 공급량 감소

○ 4th - 1st. 신장에서 에리스로포이에틴(erythropoietin) 분비량 증가

○ 4th - 2nd. 골수에서 적혈구 생성 촉진 → 적혈구 수 증가

 

⑷ 이산화탄소 운반

 

① 혈장 : 약 8%, 단순확산(용해)

○ CO2(g) → CO2(aq)

② 헤모글로빈과 결합 : HbCO2, 약 22%

 

③ 중탄산이온 : HCO3-, 약 70%

○ 1st. CO2(aq)가 혈장에서 적혈구로 단순확산

○ 2nd. CO2(aq) + H2O(l) → H2CO3(aq), 적혈구 내 탄산무수화효소(CA, carbonic anhydrase)에 의해 촉진

○ 3rd. H2CO3 → H+ + HCO3-

○ 4th. H+는 Hb와 결합하여 HHb가 됨

○ 5th. HCO3-는 Cl-와 1:1로 역방향 공수송 되어 혈장 밖으로 배출

○ 6th. 적혈구 내에서 Cl-가 증가할수록 삼투압에 의해 물이 들어옴 → 부피 증가

 

⑸ 폐순환과 체순환 : 순환계와 호흡계의 조화

 

 ① 폐순환 (12% 혈액 보유)

○ 우심실 → 폐동맥 → 폐모세관 → 폐정맥 → 좌심방

○ O2↓, CO2↑인 혈액 → O2↑, CO2↓인 혈액

 

② 체순환 (79% 혈액 보유)

○ 좌심실 → 대동맥 → 동맥 → 모세혈관 → 정맥 → 대정맥 → 우심방

○ O2↑, CO2↓인 혈액 → O2↓, CO2↑인 혈액

○ 대동맥 산소분압 : 80 ~ 100 mmHg

○ 대정맥 산소분압 : 40 mmHg

○ 조직세포로 영양분과 산소를 공급

출처: https://nate9389.tistory.com/85 [정빈이의 공부방]

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답: 5번 

풀이 

s오비탈에는 자기양자수가 0이다