목차
호흡계와 순환계를 이용한 기체의 교환
에너지를 얻기 위한 세포 호흡 과정에는 산소가 필요하며, 세포 호흡이 일어나면 그 결과 이산화 탄소가 만들어진다. 따라서 세포 호흡을 하려면 끊임없이 몸 안의 세포에 산소가 공급되어야 하며, 생성된 이산화 탄소가 몸 밖으로 배출되어야 한다.
에너지 생성에 필요한 산소의 공급과 이산화 탄소의 배출은 호흡계와 순환계의 유기적인 협동 작용에 의해 일어난다. 호흡계를 통해 폐의 혈액으로 들어온 산소는 순환계를 통해 우리 몸의 각 조직 세포로 전달되어 에너지 생성에 이용되고, 물질대사 결과 생긴 노폐물인 이산화 탄소는 순환계를 통해 폐로 전달되어 호흡계를 통해 몸 밖으로 배출된다.
호흡계를 통한 기체 교환이 일어나기 위해서는 호흡 운동, 기체의 운반, 폐 및 조직 세포에서의 기체 교환이 필요하다.
| ① 호흡 운동 | 숨을 들이쉴 때 폐로 산소가 들어가고, 숨을 내쉴 때 이산화 탄소가 폐에서 몸 밖으로 나간다. |
| ② 기체의 운반 | 산소는 폐에서 적혈구의 헤모글로빈과 결합하여 혈액을 통해 우리 몸의 각 부분으로 운반된다. |
| ③ 조직 세포에서의 기체의 교환 | 우리 몸의 각 세포가 혈액으로부터 산소를 받아들이고, 이산화 탄소를 내보내는 단계이다. 세포는 산소를 이용하여 세포 호흡을 통해 영양소에서 에너지를 얻는다. |
폐와 조직에서의 기체 교환
폐와 조직에서의 기체 교환은 기체의 분압 차이에 따른 확산에 의해 일어난다. 폐포에서의 산소 분압이 폐포 주변의 모세 혈관보다 높으므로 산소는 폐포에서 모세 혈관으로 확산되고, 폐포 주변 모세 혈관의 이산화 탄소 분압이 폐포보다 높으므로 이산화 탄소는 모세 혈관에서 폐포로 확산된다. 한편, 조직 세포와 모세 혈관 사이에서는 분압의 차이에 따라 산소는 모세 혈관에서 조직 세포로 확산되고, 이산화 탄소는 조직 세포에서 모세 혈관으로 확산된다.
산소는 물에 대한 용해도가 낮으므로 혈장 자체에는 많은 산소가 녹아 들어갈 수 없다. 그러나 혈액 속의 적혈구 세포에 헤모글로빈이라는 산소 운반 단백질이 있어 많은 양의 산소를 운반할 수 있다. 1분자의 헤모글로빈은 4개의 폴리펩타이드로 이루어진 단백질로, 최대 4개의 산소 분자를 운반할 수 있다.
* 기체 교환의 원리：O2와 CO2의 분압 차이에 의한 확산 현상
→ 기체는 분압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.
* 폐포에서의 기체 교환
① 폐포 O2 분압>혈관 속 O2 분압：폐포 → 모세 혈관
② 폐포 CO2 분압<혈관 속 CO2 분압：모세 혈관 → 폐포
* 조직 세포에서의 혈관
① 조직 세포 O2 분압<혈관 속 O2 분압：혈관 → 조직 세포
② 조직 세포 CO2 분압>혈관 속 CO2 분압：조직 세포 → 혈관
Q. 헤모글로빈과 산소의 결합에 영향을 주는 요인에는 어떤 것들이 있는지 조사해 보자.
A. 헤모글로빈은 CO2 분압이 낮거나, pH가 높을 때, 또 온도가 낮을 때 O2와 결합하는 포화도가 증가한다.
* 분압 : 공기를 구성하는 각 기체가 나타내는 압력
* 확산 : 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 분자가 이동하는 현상
순환계와 다른 기관계의 상호 작용
1. 탐구
순환계는 심장, 혈액, 혈관으로 구성되어 있고, 모든 기관계를 연결하며 다양한 기능을 수행한다. 다음은 순환계와 다른 기관계의 상호 작용을 나타낸 모식도이다.
2. 정리
(1) 순환계에 의해 운반되는 물질의 종류를 말해 보자.
소화계를 통해 소화 흡수된 영양소, 호흡계를 통해 들어오거나 배출되는 산소와 이산화 탄소, 물질대사의 결과 생성된 노폐물, 면역계를 통해 생성되는 항체와 각종 혈구들, 내분비계를 통해 생성되는 호르몬 등이 있다.
(2) 소화계를 통해 흡수한 영양소가 분해되어 몸 밖으로 나가기까지의 과정을 설명해 보자.
소장 → 순환계 → 온몸의 조직 세포 → 순환계 → 배설계이다.
(3) 각 기관계가 원활하게 작용할 수 있도록 도와주는 기관계는 무엇인가?
순환계
순환계의 기능
순환계의 첫 번째 기능은 운반 작용이다. 소화 기관에서 흡수된 영양소와 호흡 운동을 통해 들어온 산소를 조직 세포에 공급한다. 또, 대사 작용의 결과 생긴 노폐물을 운반하여 몸 밖으로 배출할 수 있게 해 준다. 그 외에도 우리 몸의 기능을 조절하는 호르몬을 몸의 각 부분으로 운반한다. 순환계의 두 번째 기능은 항상성의 조절 작용이다. 혈관의 수축과 이완 작용에 의해 혈류량을 조절함으로써 열의 발산을 억제하거나 촉진하여 체온을 조절한다. 또, 혈액의 성분을 조절함으로써 혈당량, pH, 삼투압 등을 일정하게 유지할 수 있게 해 준다. 순환계의 세 번째 기능은 방어 작용이다. 방어 작용은 주로 혈액 속에 있는 백혈구와 항체에 의해 이루어지지만, 상처가 났을 때에는 혈소판에 의해 혈액이 응고되어 상처 부위를 통한 병원체의 침입을 차단한다.
이와 같이 우리 몸의 각 기관계는 순환계를 중심으로 서로 협력하여 작용함으로써, 우리 몸을 건강하게 유지되도록 한다.
* 운반 작용：물질대사에 필요한 산소와 영양소, 대사 작용의 결과 생긴 노폐물, 몸의 기능을 조절하는 호르몬, 방어 작용을 하는 항체 등을 운반한다.
* 항상성 조절 작용：혈관의 수축 이완에 의한 혈류량 조절로 열 발산량을 변화시켜 체온 조절, 혈액의 성분을 조절하여 혈당량, 삼투압, pH 조절에 관여한다.
* 방어 작용：백혈구, 항체, 혈소판의 작용
1. 순환계에 의한 산소의 운반
* 폐포에서 모세 혈관 속의 혈액으로 들어간 산소는 적혈구에 있는 헤모글로빈과 결합하여 온몸으로 운반된다.
* 헤모글로빈
① 적혈구 속에서 산소와 이산화 탄소를 운반하는 호흡 색소로 붉은색을 띤다.
② 4분자의 헴(heme)과 4분자의 글로빈 단백질이 결합한 복합 단백질이다.
③ 1분자의 헴은 철을 포함한 화합물로 산소 분자 1개를 운반할 수 있으므로, 헤모글로빈 1분자는 산소 분자 4개를 운반할 수 있다.
관련문제
ㄴ. 조직의 모세 혈관에서는 산소 헤모글로빈의 양이 증가한다.
ㄷ. 이산화 탄소는 조직 세포에서 혈액을 거쳐 폐포로 이동하여 방출된다.
- 1. ㄱ
- 2. ㄴ
- 3. ㄷ
- 4. ㄱ, ㄴ
- 5. ㄱ, ㄷ
- 정답
- 5
- 해설
- 기체 교환은 분압 차이에 의한 확산에 의해 일어난다. 이산화 탄소의 분압은 조직 세포에서 가장 높으므로 세포 호흡 결과 생성된 이산화 탄소는 혈관으로 확산되어 혈액에 의해 폐포로 운반되어 방출된다.
ㄴ. 헤모글로빈은 산소 분압이 높은 곳에서는 산소와 쉽게 결합하고 산소 분압이 낮은 곳에서는 산소와 쉽게 떨어지므로 조직의 모세 혈관에서는 산소 헤모글로빈의 포화보다 해리가 더 잘 일어나 산소 헤모글로빈의 양은 감소한다.
- 1. 기체가 교환되는 원리는 분압 차에 의한 확산이다.
- 2. 기체는 분압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.
- 3. 산소 분압의 크기는 폐포＞혈액＞조직 세포이다.
- 4. 폐를 통해 이산화 탄소가 배출되므로 폐의 이산화 탄소 분압이 가장 높다.
- 5. 폐와 혈액, 조직 세포와 혈액 사이에서 산소와 이산화 탄소의 이동 방향은 서로 반대이다.
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