안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
화학
Q. 알코올과 에터의 끓는 점을 비교했을 때 왜 알코올의 끓는점이 더 높은가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 알코올과 에터 모두 산소를 포함하지만, 끓는점에서 큰 차이가 나는 이유는 분자 간 상호작용 차이가 있는데요, 우선 물질의 끓는점은 분자 사이의 인력이 얼마나 강한지에 의해 결정됩니다. 분자간 인력이 강할수록 더 많은 열에너지를 공급해야 분자를 서로 떼어내어 기체 상태로 만들 수 있으므로 끓는점이 높은데요, 이러한 끓는점을 높이는 데 기여할 수 있는 분자간의 상호작용으로는 수소결합이 있습니다. 이때 알코올은 OH기를 가지고 있는데요, OH기는 강한 수소결합을 형성할 수 있으며, 수소(H)가 산소(O)와 강하게 상호작용하면서 분자끼리 서로 끌어당길 수가 있기 때문에 분자 간 인력이 강해서 끓는점이 높은 것입니다. 반면에 에터는 산소는 있지만 –OH기가 없으며, 이로 인해 수소결합을 형성할 수가 없습니다. 즉 오직 쌍극자–쌍극자 상호작용과 약한 분산력만 존재하기 때문에 분자 간 인력이 알코올보다 약해서 끓는점이 낮은 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 얼음은 왜 금방 녹는지 궁금해요 알려주세요
안녕하세요. 얼음이 빨리 녹는 이유와 컵 주변에 물이 맺히는 현상은 모두 열역학과 물리학적 에너지 전달과 관련이 있는데요, 우선 얼음은 온도가 0°C이고, 미지근한 음료는 얼음보다 높은 온도를 가지고 있는데 이때 온도 차이가 크면 클수록, 열은 고온에서 저온으로 빠르게 이동합니다. 따라서 음료가 얼음에 열을 전달하면, 얼음의 분자들이 고체 구조를 유지할 수 없을 만큼 에너지가 증가하여 녹게 됩니다. 또한 얼음을 녹이려면 융해열이 필요한데요, 얼음 1g을 녹이는 데 약 334 J의 열이 필요한데, 미지근한 음료는 많은 열을 얼음에 빠르게 전달할 수 있기 때문에, 얼음이 금방 녹는 것입니다.다음으로 공기에는 항상 수증기가 포함되어 있는데요, 공기의 온도와 습도에 따라 포화 상태가 달라집니다. 이때 얼음이 들어간 컵은 차가워져서, 컵 표면의 온도가 공기보다 낮아지며 공기 중 수증기가 컵 표면에 닿으면, 공기가 냉각되어 포화 상태를 넘어 응결됩니다. 따라서 결과적으로 컵 주변에 물방울이 맺히는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 자유 에너지가 음수라서 자발적 반응이 일어난다고 하지만 반응 속도가 매우 느려 사실상 진행되지 않는 경우는 왜 발생하나요?
안녕하세요. 질문주신 것과 같이 화학 반응에서 자유 에너지(ΔG)가 음수이면 반응이 자발적이다라는 사실은 열역학적 관점에서 반응의 최종 상태가 안정한 방향으로 변화 가능함을 의미하는 것이며, 이는 반응 속도와는 별개의 문제입니다. 우선 ΔG
화학
Q. 하이포아 염소산을 뿌린뒤에 에탄올을 뿌렸는데
안녕하세요. 네, 말씀해주신 상황은 꽤 위험할 수 있습니다. 우선 하이포아염소산은 물에 녹아 약한 산성과 염소산 성질을 가지며, 살균력이 있는데요, 유기물과 반응하면 염소 가스(Cl₂) 또는 다른 산화성 물질이 발생할 수 있습니다. 다음으로 에탄올은 가연성이 매우 높으며 강산이나 산화제와 혼합되면, 산화 반응이 일어나면서 열이나 가스·, 심지어 화재 위험이 생길 가능성이 있습니다. HClO가 남아 있는 상태에서 에탄올을 뿌리면, 일부 산화반응이 일어나면서 염소산, 염소 가스, 유기염소 화합물이 생성될 가능성이 있으며 밀폐된 방에서 이런 가스가 발생하면 호흡기 자극, 눈·피부 자극, 심한 경우 중독이 발생할 수 있습니다. 따라서 책, 이불, 옷 등 섬유와 종이 등 유기물에 염소계 산화제를 뿌리고 알코올을 뿌리는 것은 매우 위험하며 특히 환기가 충분하지 않은 방에서는 유독가스 축적 가능성이 높기 때문에 주의가 필요합니다. 감사합니다.
화학
Q. 비누는 왜 알카리성분이라고 하는거죠?
안녕하세요. 비누는 화학적으로 지방산의 나트륨염 또는 칼륨염인데요, 일반적인 비누 제조는 트라이글리세라이드, 즉 지방과NaOH 또는 KOH와 같은 강염기를 반응시키는 비누화 반응을 거쳐서 만들어지기 때문에, 즉, 비누에는 Na⁺, OH⁻ 와 같은 성분이 포함되어 있는 상태로 만들어집니다.이때 비누가 물에 녹으면 수산화 이온(OH⁻)을 일부 방출하는데요, 이 때문에 용액은 pH 8~10 정도의 약한 알칼리성을나타내며 특히 손이나 피부에 사용했을 때 살짝 미끄럽게 느껴지고, 산성 물질과 만나면 중화 반응이 일어나는 것도 알칼리성을 나타내는 현상입니다. 따라서 비누가 알카리성인 이유는 비누화 과정에서 NaOH나 KOH 같은 염기가 사용되어, 비누 자체가 물에 녹으면 약한 염기성을 나타내기 때문이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 소의 위부위 관련 궁금해서 질문 올립니다.
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 소의 위는 크게 네 부위로 나뉘어져 있는데요, 첫번째는 반추위로 흔히 ‘양’이라고 부르는 부위이고 두번째는 벌집위로 ‘대창’에 해당하며 세번째는 겹주름위로 '곱창’에 해당하고, 네번째는 주름위로 ‘막창’에 해당합니다. 이때 질문해주신 절창은 주로 겹주름위의 일부를 뜻하는데요, 다른 부위와 구분되는 특징은 두꺼운 주름이 잘 발달되어 있고, 식감이 쫄깃하다는 점이며 지역이나 식당에 따라 ‘곱창’과 겹치는 경우도 있지만, 일반적으로 절창은 주름이 있는 위의 안쪽 층을 뜻하며, 곱창보다 얇고 질긴 식감이 특징입니다. 즉, 절창은 곱창(겹주름위)의 일부를 따로 구분하여 부르는 이름이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 진핵 생명체에서 인트론을 제거할 때 어떤 방식으로 인식을 하여 스플라이싱이 일어나는 것인가요?
안녕하세요. 네 질문해주신 것과 같이 진핵생명체에서는 전사된 RNA가 pre-mRNA 상태에서 그대로 단백질로 번역되지 않고, 스플라이싱 과정을 거쳐 인트론을 제거하고 엑손을 이어 붙이는 과정이 수반됩니다. 인트론이 스플라이싱 될 수 있는 이유는 특이한 보존 서열을 가지고 있기 때문인데요, 우선 인트론의 시작 자리에 5′ 스플라이스 자리가 있으며 대부분 GU로 시작합니다. 다음으로 인트론의 끝 부분에 존재하는 3' 스플라이스 자리가 있으며 보통 AG로 끝납니다. 또한 내부에는 인트론 내부에 보존된 A 염기가 하나 존재하며, 이 아데닌의 2′-OH가 반응의 핵심으로 작용하여, 인트론을 올가미 구조로 형성시켜 제거하도록 합니다. 이처럼 스플라이싱은 특정 염기서열(GU, AG)과 함께 여러 보존 서열과 보조 신호들이 복합적으로 작용하여 나타나는 과정입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 진핵의 mRNA에서 UTR의 역할은 무엇인가요?
안녕하세요. 말씀하신 것처럼 진핵생명체의 mRNA에는 실제 단백질로 번역되는 영역인 개시 코돈 AUG부터 종결 코돈까지의 ORF 외에도, 그 앞뒤에 단백질로 번역되지 않는 부분인 UTR이 존재합니다. 5′ UTR에는 리보솜이 결합하여 번역을 시작하기 위한 신호 서열이 포함되어 있는데요, 진핵세포에서는 보통 5′ cap 구조와 함께 리보솜 소단위체가 mRNA에 결합한 후, 5′ UTR을 따라 이동하다가 첫 번째 AUG 근처에서 번역을 개시합니다. 이때 5′ UTR의 길이나 2차 구조는 리보솜의 접근을 방해하거나 촉진할 수 있어, 단백질이 얼마나 합성될지를 조절합니다. 다음으로 3′ UTR에는 mRNA가 얼마나 오래 살아남을지를 결정하는 신호가 있는데요, 예를 들어 poly(A) tail 길이는 mRNA 안정성과 번역 효율에 큰 영향을 줍니다. 이외에도 여러 단백질이나 microRNA가 3′ UTR에 결합하여 번역을 억제하거나 촉진할 수 있습니다. 즉, UTR은 번역되지 않는 부분이지만 mRNA의 수명, 이동, 번역 개시 효율, 환경에 따른 조절에 중요한 역할을 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 번역과정에서 wobble 현상의 장점은 무엇인가요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 wobble 현상은 코돈-안티코돈 상보적 결합에서 특히 3번째 염기 자리가 상대적으로 느슨하게 결합할 수 있어, 한 종류의 tRNA가 여러 코돈을 인식할 수 있는 현상을 말하는 것입니다. 우선 코돈은 종결코돈을 포함해서 64개가 존재하지만, 실제로 단백질을 합성하는 데 필요한 tRNA는 그보다 적습니다. wobble 덕분에 한 tRNA가 여러 코돈을 읽을 수 있어, 생물체가 반드시 61종류 tRNA를 모두 갖출 필요가 없는데요, 예를 들어 사람은 약 45종 정도의 tRNA만으로도 충분히 모든 아미노산을 공급할 수 있습니다.또한 모든 코돈마다 각각의 tRNA가 있어야 한다면, 세포 내 tRNA의 양이 지나치게 분산되고 효율이 떨어질 수 있는데요, wobble은 같은 아미노산을 지정하는 여러 코돈을 적은 tRNA로 처리할 수 있게 하여, 리보솜이 mRNA를 더 빠르고 유연하게 번역할 수 있도록 도울 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 미토콘드리아에서의 종결코돈은 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 세포질의 보편적 유전암호와는 달리, 미토콘드리아는 진화 과정에서 자신만의 변형된 유전암호를 사용하는데요, 원래 세포질 리보솜에서 번역이 일어날 때는 UAA, UAG, UGA라고 하는 세 가지 코돈이 종결 신호로 작용합니다. 하지만 미토콘드리아 유전암호에서는 약간의 재배치가 일어나는데요, 우선 UGA는 더 이상 종결 코돈이 아니며, 트립토판(Trp)을 지정합니다. 이처럼 원래는 종결코돈으로 작용하던 코돈이 미토콘드리아에서 종결코돈으로 작용하지 않는 이유는 미토콘드리아는 원래 자유 생활을 하던 세균이 진핵세포와 공생하면서 점차 독립성을 잃고, 유전체가 축소되었기 때문인데요, 이 과정에서 코돈 활용의 최적화가 일어나 기존 표준 코드를 조금 변형하여 효율성을 높인 것으로 보입니다. 따라서 미토콘드리아는 표준 코드와는 다른 독자적인 종결 코돈 체계를 가지게 된 것입니다. 감사합니다.