안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 뱀은 같은 종류의 뱀독에 대해서는 내성이 있나요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 뱀은 같은 종 또는 근연종의 독에 대해 일정한 내성을 가지는 경우가 많지만 절대적인 면역은 가지고 있는 것은 아닙니다. 많은 독사(살모사, 방울뱀 등)들은 자신의 독이나 같은 종의 독에 대해 어느 정도 내성을 가지고 있는데요, 이는 혈청 내에 독소와 결합해 중화하는 단백질(항독성 단백질, 항독소 단백질)이 존재하기 때문입니다. 하지만 완전한 면역은 아니기 때문에, 개체의 크기, 독 주입량, 주입 위치에 따라 치명적일 수 있습니다. 또한 살모사류와 방울뱀류와 같이 같은 계통끼리는 어느 정도 교차 내성이 있을 수 있지만, 계통이 멀리 떨어진 독, 예를 들자면 코브라의 신경독과 살모사나 방울뱀의 혈액독에는 내성이 약하거나 없습니다. 즉, 코브라가 살모사를 물면 살모사가 심각한 피해를 입을 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 새가 자연에서 먹이를 찾는 방법에는 어떤 것들이 있을까요?
안녕하세요.네, 질문해주신 사항에 대해 답변해드리자면 새들은 생태적 지위와 먹이 종류(벌레, 씨앗, 과일, 물고기 등)에 따라 다양한 방법으로 먹이를 찾는데요, 우선 낮에 활동하는 새 대부분이 시각이 매우 발달하였기 때문에 나뭇잎·나무껍질 틈새, 땅 위 곤충 탐색을 하며, 일부 새들은 낙엽 아래 움직이는 곤충 소리나 토양 속 벌레 소리를 듣고 잡기도 합니다. 먹이 경쟁에서 우위를 탐하는 전략은 시간적인 분할 방식을 활용할 수 있는데요, 같은 먹이를 먹더라도 먹이 활동 시간을 달리하거나 또는 공간적 분할을 통해 같은 숲이라도 새마다 먹이 찾는 장소를 다르게 할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 식습관이나 생활 습관이 세포 노화 억제에 영향을 줄 수 있을까요??
안녕하세요.네, 질문해주신 것과 같이 식습관이나 생활습관은 세포 노화 진행 속도 억제에 도움을 줄 수 있습니다. 세포 노화는 유전적 요인과 식습관 및 생활습관을 포함한 환경적 요인에 모두 영향을 받는데요, 최근 연구들에서는 생활습관 관리가 세포 수준에서 노화 억제 신호를 유도할 수 있다는 근거들이 많이 제시되고 있습니다. 우선 세포 노화의 주요 원인 중 하나는 텔로미어 서열의 단축인데요, 세포 분열할 때마다 염색체 끝부분이 점차 짧아지는데 이로 인하여 세포 분열 한계에 도달하게 됩니다. 또한 체내에 활성산소(ROS)가 축적되는 산화적 스트레스로 인하여 체내 중요한 거대분자인 DNA나 지질 등이 손상될 수 있습니다. 따라서 베리류, 녹차, 토마토, 올리브오일 등의 항산화식품을 섭취하여 활성산소를 제거해주거나 적당한 유산소 운동을 통해 미토콘드리아 기능 강화, 활성산소 제거 효소 증가하는 것은 노화 억제에 도움을 줄 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 세포호흡 시에 유산소호흡을 안하는 경우는 최종 전자 수용체를 무엇을 쓰나요?
안녕하세요.질문해주신 것과 같이 세포호흡에서 최종 전자 수용체는 어떤 호흡 방식을 하느냐에 따라 달라지는데요, 인간과 같이 유산소 호흡을 하는 경우에는 O₂가 전자를 받아 물(H₂O)을 형성하며 이는 가장 효율적인 방식으로 ATP를 많이 합성하는 방법입니다. 반면에 무산소 호흡은 산소 대신 다른 무기물(산화제)이 최종 전자 수용체가 되는데요, 질산염(NO₃⁻)이나 황산염(SO₄²⁻) 등을 사용하게 되며, 이 방식은 단순히 산소가 없는 발효와는 다르고, 여전히 전자전달계(ETC)를 사용하지만 O₂ 대신 다른 전자 수용체를 활용하는 방식이라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
화학
Q. 베릴늄은 어떤 기능으로 쓰이는지 궁금합니다
안녕하세요.네, 말씀해주신 것과 같이 베릴륨(Be)은 말씀하신 것처럼 인체에 매우 유해하고 발암 물질로 분류되어 있어 직접 취급은 위험한데요, 우선 베릴륨은 알루미늄보다도 가벼울 정도로 매우 가볍고 강도와 경도가 높으며 높은 열전도도와 전기 전도도를 갖고, X-선에 대해 투명하며 다른 금속과 합금 시 탄성, 강도, 내식성이 크게 향상된다는 특징을 지닙니다. 베릴륨이 활용될 수 있는 분야로는 대표적으로 '항공우주'분야가 있는데요, 가볍고 단단해서 위성, 우주선, 제트기 부품에 사용되며 열 변형이 적어 정밀 기계 구조에 적합합니다. 또한 중성자를 잘 반사하고 흡수하지 않는 성질 때문에 원자로에서 중성자 반사체, 감속재로 활용될 수 있습니다. 또한 구리와 합금(베릴륨-구리 합금, Cu-Be)으로 제작하여 스프링, 전기 접점, 고강도 도구에 활용할 수도 있습니다. 하지만 베릴륨 먼지나 증기 흡입 시 치명적으로 작용할 수 있기 때문에 그래서 작업장은 반드시 밀폐, 환기, 보호 장비 착용이 필수이며 현재는 대체 소재 연구도 활발히 진행 중입니다. 감사합니다.
화학
Q. 화학 결합에는 공유 결합 이온 결합 금속 결합이 있는데요
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 화학결합에는 결합의 방식에 따라 크게 공유결합, 이온결합, 금속결합이 있는데요, 우선 공유결합의 경우에는 원자들이 전자쌍을 공유하여 옥텟(8전자 안정 구조)을 만족하려는 결합이며, 주로 비금속 원소들 사이에서 나타나는 결합방식입니다. 대표적인 예시로는 H와 O가 전자쌍 공유하면서 형성된 물(H₂O) 분자가 있습니다. 다음으로 이온결합이란 금속 원소와 비금속 원소가 만나 전자 이동을 통해 양이온(+)과 음이온(–)을 만들고, 정전기적 인력으로 결합을 말하는 것인데요, 전기적 인력으로 강하게 결합하고 있기 때문에 비교적 녹는점, 끓는점이 높으며 대표적인 예시로는 염화나트륨(NaCl), 즉 소금이 있습니다. 마지막으로 금속결합이란 금속 원자들이 원자가 전자를 자유롭게 방출하면서 전자들이 바다처럼 자유롭게 이동하며 양이온 격자 사이를 메우는 결합을 말하며, 구리(Cu), 철(Fe), 알루미늄(Al) 등 모든 금속 원소의 결합 방식이 여기에 속합니다. 감사합니다.
화학
Q. 1차 이온화에너지보다 2차 이온화에너지가 항상 더 큰 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 '이온화에너지'란 기체 상태의 원자로부터 전자 하나를 제거할 때 필요한 에너지를 의미하는 개념인데요, 여기서 1차 이온화 에너지의 경우에는 기체 상태의 중성 원자로부터 전자 1개를 떼어내는 데 필요한 최소 에너지이며, 2차 이온화 에너지는 이미 1개의 전자를 잃어 양이온(X⁺)이 된 상태에서, 전자를 추가로 떼어내는 데 필요한 최소 에너지입니다. 즉 중성 원자에서는 양성자 수(Z)와 전자 수가 같아 전자가 서로 전기적 반발을 하는데요, 1개 전자를 잃으면 전자 수가 줄어 반발력이 감소하게 되며, 남은 전자들이 핵에 더 강하게 끌려가면서 전자 하나를 더 떼어내려면 훨씬 큰 에너지가 필요합니다. 이를 유효핵전하의 개념과 연관지어보자면 1개 전자가 빠지면, 전자껍질 구조가 바뀌지 않는 한 전자 차폐 효과가 줄어들게 되면서 결과적으로 각 전자가 느끼는 핵의 인력이 커지게 되는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 새들은 하루중 어느 때에 가장 활발히 먹이활동과 짝짓기를 할까
안녕하세요.네, 질문주신 사항에 대해 답변 드려보자면 새들의 먹이활동과 짝짓기 행동은 하루의 시간대뿐만 아니라 계절과 환경 조건에 따라 크게 달라지는데요, 우선 이른 아침에 대부분의 조류가 가장 활발하게 먹이를 찾습니다. 이 시기에는 밤새 굶주린 상태라 에너지를 보충해야 하고, 곤충이나 씨앗 같은 먹이도 이 시간대에 활동이 많거나 잘 보입니다. 또한 포식자가 덜 활동하는 시간대라 비교적 안전합니다. 반면에 늦은 오후에도 활발히 먹이활동을 하는 경우가 많은데요, 다음 밤을 버틸 에너지를 확보해야 하기 때문입니다. 다음으로 새벽녘에 수컷들이 가장 많이 지저귀고, 영역을 과시하며, 암컷을 유인하려고 노래하는데요, 소리가 멀리 퍼지고, 경쟁 상대도 활발히 울기 때문에 서로의 신호가 분명히 전달될 수 있으며, 포식자가 적은 시간이라 비교적 안전하게 구애가 가능하기 때문입니다. 계절 변화를 고려했을 때 봄이나 여름철에 곤충이 많아지므로 곤충을 잡아먹는 조류가 활동이 증가하며, 번식기에 필요한 단백질 공급하게 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 조선시대 때 사약으로 내렸던 비소랑 세포호흡은 어떻게 관련이 있는 것인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 조선시대 때 사용된 사약에는 비소(As, arsenic) 성분이 포함된 경우가 많았는데, 이 비소는 단순 독극물이 아니라 세포 호흡을 차단하는 방식으로 생명을 위협하게 되는 것입니다. 비소는 세포 내의 대사 효소에 결합하여 에너지 생성 경로(ATP 합성)를 방해하는데요, 비소(특히 3가 비소, As³⁺ = 아르세나이트)는 황화기(-SH)를 가지는 효소 단백질의 티올기와 강하게 결합합니다. 피루브산 탈수소효소(PDH), 알파-케토글루타르산 탈수소효소 등의 효소에서 작용이 억제되면 피루브산으로부터 Acetyl-CoA 전환이 막혀서 TCA 회로(시트르산 회로)에 들어갈 수 없습니다. 이는 세포 호흡의 중심인 TCA 회로 자체가 차단되는 것입니다. 또한 비소는 무기 인산(Pi)과 유사한 화학적 성질을 갖는데요, 해당과정(glycolysis)에서 글리세르알데하이드-3-인산 탈수소효소(GAPDH) 반응 시, 정상적으로는 1,3-비스포스포글리세르산이 형성됩니다. 그런데 비소(AsO₄³⁻)가 대신 끼어들어 1-아르세노-3-포스포글리세르산을 만들게 되고, 이 화합물은 매우 불안정해서 곧바로 가수분해되어 ATP 합성이 일어나지 않습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 동물 세포는 식물과 달리 지방산을 이용해서 당을 합성할 수 없는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 동물같은 경우에는 지방산을 이용해서 당을 신생할 수 없는데요, 지방산은 β-산화 과정을 거쳐 탄소 2개로 이루어진 Acetyl-CoA로 분해되는데 Acetyl-CoA는 피루브산이나 옥살로아세트산(OAA)으로 역전환되지 못합니다. 이는 TCA 회로(시트르산 회로)의 피루브산으로부터 Acetyl-CoA 단계(피루브산 탈수소효소 반응)는 되돌릴 수 없는 반응이기 때문입니다. 즉, Acetyl-CoA는 TCA 회로에 들어가면 이산화탄소로 날아가 버려서, 새로운 포도당 합성에 기여할 수 없습니다. 반면에 식물의 경우에는 지방산을 Acetyl-CoA로 분해한 뒤, 글리옥실산 회로(Glyoxylate cycle)를 통해 옥살로아세트산(OAA)을 만들 수 있는데요, OAA는 포스포엔올피루브산(PEP)으로부터 포도당으로 이어지는 당 신생 과정(gluconeogenesis)으로 연결될 수 있으며, 따라서 지방(특히 종자 속 기름)을 포도당으로 바꿔 발아 시 에너지원으로 활용할 수 있는 것입니다. 감사합니다.