안녕하세요
Q. 원핵생물과 진핵생물의 차이가 생명활동에 미치는 영향은?
원핵생물과 진핵생물의 가장 큰 구조적 차이점은 핵과 막성 세포소기관의 유무입니다.원핵생물은 핵이 없습니다. 유전 물질은 세포질 내의 핵양체라고 불리는 특정 영역에 뭉쳐 있죠. 또한 막으로 둘러싸인 세포소기관이 없기 때문에 세포 내에서 특정 기능을 수행하는 구획화된 구조가 없습니다. 그 외에도 세포벽은 펩티도글리칸이라는 복합체로 이루어져 있으며 리보솜은 존재하지만 진핵생물의 리보솜보다 작고 대부분 단세포 생물이며, 크기가 진핵생물보다 훨씬 작고 구조가 단순합니다.반면 진핵생물은 핵막으로 둘러싸인 뚜렷한 핵이 있고 유전 물질이 핵 안에 안전하게 보관되어 있습니다. 또한 다양한 막성 세포소기관을 가지고 있어, 각 세포소기관은 특정 기능을 수행하여 세포 내에서 분업화된 효율적인 생명 활동을 가능하게 합니다. 그 외에 식물의 세포벽은 셀룰로오스, 균류는 키틴 등으로 이루어져 있으며, 동물 세포에는 세포벽이 없고 리보솜은 원핵생물보다 크며, 대부분 다세포 생물이지만, 단세포 진핵생물도 존재하는데, 크기가 원핵생물보다 훨씬 크고 구조가 복잡합니다.이러한 차이가 생물의 생명 활동에 미치는 영향이라면 가장 먼저 유전 물질의 보존 및 발현 효율성에서 차이가 발생합니다. 진핵생물은 복잡한 유전자 조절 메커니즘을 통해 다양한 세포의 기능과 분화를 가능하게 하는 반면 원핵생물은 핵이 없어 DNA가 세포질에 직접 노출되어 있지만, 유전자 발현이 핵과 세포질 사이를 오갈 필요가 없어 빠르게 일어나기 때문에 급변하는 환경에 빠르게 적응하는 데 유리합니다.그리고 세포 대사의 효율성 및 복잡성에서도 차이가 있고, 크기와 조직화도 달라지게 됩니다.
Q. 인지질 이중층은 세포막의 기본 구조를 이루는데, 이러한 구조가 세포막의 선택적 투과성과 물질 이동에 어떤 영향을 주나요?
인지질 이중층은 세포막의 핵심 구조입니다. 이는 세포막이 선택적 투과성을 가지게 하고 다양한 물질의 이동을 조절하는 데 결정적인 역할을 합니다.먼저 인지질 이중층은 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분으로 구성되어 있습니다. 이 독특한 구조 때문에 세포막은 특정 물질만 통과시키고 다른 물질은 막는 선택적 투과성을 갖게 됩니다.당연히 이런 인지질 이중층은 물질 이동 방식에도 큰 영향을 미칩니다.먼저 단순 확산은 농도 기울기에 따라 물질이 인지질 이중층을 직접 통과하는 방식입니다. 주로 소수성 물질이나 매우 작은 극성 분자들이 이 방식으로 이동합니다.촉진 확산은 운반체 단백질이나 통로 단백질의 도움을 받아 농도 기울기에 따라 물질이 이동하는 방식입니다. 친수성 물질이나 이온들이 주로 이 방식을 이용하는데, 인지질 이중층 자체를 통과하기 어렵기 때문에 단백질의 도움을 받는 것입니다.능동 수송은 에너지를 사용하여 농도 기울기에 역행하여 물질을 이동시키는 방식입니다. 주로 펌프 역할을 하는 막 단백질을 통해 일어나며, 인지질 이중층만으로는 불가능한 과정입니다.삼투 현상은 물 분자가 선택적 투과성을 가진 인지질 이중층을 통해 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상입니다. 인지질 이중층은 물 분자의 통과를 부분적으로 허용합니다.결론적으로, 인지질 이중층은 세포막의 유동성과 소수성 장벽을 만들어 세포 내부 환경을 안정적으로 유지하고 필요한 물질만 선택적으로 받아들이거나 배출할 수 있도록 하는 것입니다.
Q. 도토리가 열매인줄 알았는데 씨앗인가요?
식물학 관점에서 본다면 도토리는 씨앗이 맞습니다.식물학에서 열매는 씨앗을 보호하고 퍼뜨리는 역할을 하는 기관을 말하며, 씨방이 발달하여 만들어집니다. 반면 씨앗은 식물의 번식을 위해 발달하는 생식 단위로, 씨앗 자체에서 새로운 식물이 자라날 수 있습니다.우리가 먹는 도토리와 밤은 단단한 껍질 안에 하나의 씨앗이 들어있는 형태인데 이 껍질을 벗겨내면 바로 식물이 자랄 수 있는 씨앗인 종자 부분이 나옵니다. 특히 도토리와 밤은 견과의 한 종류로 분류되는데, 견과는 단단한 껍질에 싸인 씨앗으로 이루어진 열매를 뜻하죠.결론적으로, 도토리와 밤은 식물의 씨앗이 맞습니다.
Q. 수분섭취량 중 소변으로 빠져나가는 액체량
말씀대로 여러 요인으로 달라질 수 있기 때문에 정확히 몇 %라 단정짓긴 어렵습니다.하지만, 보통 성인의 하루 수분 배출량은 말씀하신 섭취량 2L를 넘어서는 2.5L정도입니다. 그 중 소변은 전체 수분 배출량의 약 50~60%를 차지합니다. 그리고 피부, 즉 땀을 통해 약 20~30% 정도를 배출하게 되는데, 땀이 적다고 하셨으니 더 적을 수도 있겠네요. 또 호흡을 통해서 약 10~15%정도, 대변을 통해 5% 내외가 배출됩니다.하지만 말씀하신대로 하루 2L의 수분을 섭취하고 땀 배출이 적다면, 앞서 말씀드린 60%보다 더 높은 수준으로 수분 배출의 상당 부분이 소변으로 이루어질 가능성이 높습니다.따라서 땀 배출이 거의 없다면, 하루 섭취량 2리터 중 약 60~70% 이상, 많게는 80% 가까이 소변으로 배출될 수 있기에 이론적으로 대략 약 1.2리터에서 1.6리터에 해당하는 양이 소변으로 배출 될 것으로 예상됩니다.
Q. 현재 동물 실험을 완벽하게 대체할 방법이 존재하나요?
결론부터 말씀드리면 동물실험을 완전히 대체할 수 있는 방법은 아직 없습니다.물론 말씀하신 오가노이드, AI 등 여러 기술들이 동물 실험을 대체할 방법으로 주목받고 있고, 실제로 많은 성과를 내고 있습니다. 하지만 이 기술들이 동물 실험을 완벽하게 대체하기에는 한계점이 있습니다.오가노이드는 인체 줄기세포 등을 이용하여 실제 장기와 유사한 구조와 기능을 가진 3차원 미니 장기를 만들어냅니다. 이를 통해 특정 장기의 질병 연구, 약물 테스트, 맞춤형 치료 등에 활용될 가능성이 매우 높습니다. 특히 인간 생리와의 유사성이 높아 동물 실험의 한계점을 극복할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 그러나 아직은 개별 장기에 대한 연구가 주로 이루어지고 있으며, 인체 전체의 복잡한 생체 시스템을 완벽하게 재현하기에는 한계가 있습니다. 물론 '멀티 오가노이드 시스템' 등 여러 장기의 오가노이드를 연결하는 연구가 활발히 진행 중이지만, 아직 초기 단계입니다.AI 역시 비슷합니다. 방대한 데이터를 기반으로 약물의 독성이나 효능을 예측하고, 빠르게 신약을 개발하는 데 큰 도움을 줍니다. 또한 컴퓨터 모델링을 통해 가상의 인체에서 신약의 효과와 부작용을 검증하는 연구도 진행되고 있습니다. 동물 실험보다 시간과 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 재현성이 높다는 장점이 있습니다. 일부 연구에서는 AI 독성 예측 정확도가 동물 실험보다 높게 나타나기도 했습니다.그러나 AI는 기존 데이터를 기반으로 작동하기 때문에 예측에 한계가 있으며, 생체 전체의 복잡성을 완전히 재현하기에는 아직 역부족입니다. 특히 예측 불가능한 부작용이나 복잡한 생리 현상을 정밀하게 구현하는 데는 아직 부족한 점이 많습니다.그래서 결구 복잡한 생체 시스템을 재현하기에는 아직 어려울 뿐만 아니라 예측 불가능한 부작용 등 아직은 동물 실험에서만 확인 가능한 경우가 많습니다.