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답변 내역

식충식물이 벌레를 잡아먹는 기작을 택한 이유는 무엇인가요?
네, 말씀해주신 것과 같이 대부분의 식물은 빛과 물, 이산화탄소를 이용한 광합성을 통해 스스로 양분을 합성하며 성장합니다. 그런데 식충식물이 곤충을 잡아먹는 기작을 택한 이유는 주로 영양 결핍 환경, 특히 토양 내 질소와 인과 같은 무기 영양분이 부족한 조건에 적응한 결과라고 볼 수 있습니다.습지, 늪지, 산성 토양과 같이 배수가 잘 안 되고 영양분이 쉽게 씻겨 내려가는 곳에서는 빛은 충분히 제공되기 때문에 광합성으로 에너지를 만드는 데는 문제가 없지만, 식물체를 구성하는 거대분자인 단백질이나 핵산 합성에 필수적인 질소나 인을 충분히 얻기가 어렵습니다. 따라서 이런 환경에 사는 식물들은 오랜 진화 과정에서 토양 의존도를 줄이고, 곤충이나 작은 동물로부터 직접 질소, 인, 황, 미량 원소를 보충하는 전략을 발달시킨 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.11
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과일이 성숙하면서 녹색에서 붉은색이나 노란색으로 변하는 이유는 무엇인가요?
네, 질문해주신 것과 같이 원래 익지 않은 상태에서의 과일은 초록색을 나타내지만 과일이 성숙하면서 색깔이 녹색에서 붉은색이나 노란색으로 변하는 이유는 광합성과 관련된 색소의 변화와 성숙 과정에서의 호르몬 작용 때문입니다. 아직 미성숙한 과일은 잎과 마찬가지로 광합성을 수행하기 위해 엽록소를 많이 함유하고 있는데요, 엽록소는 녹색 파장의 빛을 잘 흡수하지 못하기 때문에 과일은 이 시기에 초록색으로 보입니다. 그러나 과일이 점차 성숙해지면 더 이상 광합성을 주된 기능으로 하지 않고, 동물이나 곤충에 의해 씨앗이 퍼질 수 있도록 시각적으로 눈에 띄는 색을 갖게 됩니다.성숙 과정에서는 에틸렌이라는 식물 호르몬이 중요한 역할을 하는데요, 에틸렌은 엽록소의 분해를 촉진하고 동시에 노란색이나 주황색을 나타내게 하는 카로티노이드나 붉은 색을 나타내는 안토시아닌과 같은 다른 색소의 합성을 유도하는데 이 과정에서 녹색은 사라지고 붉은색, 주황색, 노란색으로 과일이 변하게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.11
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식물이 병원균에 대항하기 위해 사용하는 물리화학적 방어 기작은 어떤 것이 있나요?
네, 질문해주신 것과 같이 식물은 동물처럼 면역세포가 돌아다니는 방식은 없지만, 고유한 물리적 장벽과 화학적 방어 기작을 통해 병원균에 대응합니다. 우선 식물의 대표적인 물리적 방어막으로는 '세포벽'이 있습니다. 셀룰로오스, 펙틴, 리그닌 등이 포함된 세포벽은 병원균의 직접 침입을 막는 1차 장벽인데요 병원균이 분비하는 효소로 세포벽이 일부 분해되더라도, 식물은 칼로스라는 다당류를 빠르게 침착시켜 상처 부위를 보강합니다. 또한 잎과 줄기의 표면에 있는 왁스성 큐티클은 수분 손실을 막을 뿐 아니라, 병원균의 부착과 침입도 어렵게 만듭니다.다음으로 화학적 방어 기작으로는 향균성 물질의 합성이 있습니다. 피토알렉신이란 병원균 침입 후 새로 합성되는 항균 물질로, 세포벽 파괴, 단백질 합성 억제 등을 통해 병원균 성장을 막습니다. 또한 피토안티시펀은 병원균이 침입하기 전부터 존재하는 방어 화합물로, 잠재적 항균 효과를 가집니다. 이외에도 식물은 전신획득저항성을 나타내는데요, 한 부위가 감염되면 살리실산(SA)과 같은 신호 물질이 전 식물체로 퍼져, 다른 부위에서도 항균 단백질(PR 단백질) 발현을 증가시킵니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.11
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기공의 개폐 조절에 관여하는 인자는 무엇이며 수분 스트레스를 받는 상황에서 기공은 어떻게 변화하나요?
질문해주신 것처럼 식물 잎의 기공 개폐에 관여하는 인자로는 우선 빛이 있습니다. 특히 청색광은 공변세포 내의 H⁺-펌프를 활성화하여 K⁺ 이온이 유입되게 하는데요, 이 과정에서 이온 유입으로 삼투압이 높아지면 물이 공변세포로 들어가 팽압이 증가하며 이로 인해 기공이 열립니다. 다음으로는 이산화탄소 농도가 관여합니다. 내부 CO₂ 농도가 낮으면 광합성을 더 하기 위해 기공이 열리는데요, 반대로 CO₂가 충분하면 기공이 닫힙니다. 이외에도 수분 상태가 영향을 미치는데요, 토양 수분이 충분할 때는 기공이 열려 증산과 기체 교환이 활발히 일어나지만 수분 부족 시 공변세포 팽압이 줄어들어 기공이 닫힙니다. 마지막으로 앱시스산과 같은 호르몬이 영향을 미칩니다. 식물이 수분 스트레스를 받을 때 뿌리에서 합성되어 잎으로 전달되는데요 ABA는 공변세포의 이온 채널을 조절해 K⁺와 Cl⁻ 이온이 빠져나가도록 하고, 삼투압이 낮아져 세포가 수축하면서 기공이 닫히게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.11
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음지식물이 양지식물보다 엽록소의 함량이 높은 이유는 무엇인가요?
식물은 크게 양지식물과 음지식물로 나눌 수 있습니다. 우선 양지식물은 강한 빛이 충분히 공급되는 환경에서 자라므로, 많은 빛을 흡수할 필요가 없는데요 오히려 과도한 빛은 광합성 장치에 손상을 줄 수 있기 때문에, 잎을 두껍게 하고 광보호 색소를 더 활용하는 방향으로 적응을 했습니다. 반면에 음지식물은 빛이 약하고 산란광만 들어오는 환경에서 살아가므로, 가능한 빛을 최대한 효율적으로 흡수해야 합니다.이때 음지식물은 광합성에 직접 쓰이는 엽록소 a와 보조 역할을 하는 엽록소 b의 함량을 모두 높이는데요 특히 엽록소 b의 비율이 더 증가하여, 빨강, 파랑 영역뿐 아니라 녹색 영역에 가까운 파장까지 흡수 범위를 넓힐 수 있으며 결과적으로 음지식물은 같은 빛 조건에서도 더 많은 광합성 반응을 일으킬 수 있게 된 것입니다.또한 질문 주신 것과 같이 카로티노이드는 광보호 색소로서, 강한 빛이 들어올 때 과도한 에너지를 열로 방출하여 광계(특히 PSII)를 보호하는 역할을 하는데요 광합성에서 보조 흡수 역할도 하지만 주된 기능은 과도한 빛으로 인한 광손상 방지입니다. 따라서 양지식물은 강광에 노출되므로 카로티노이드가 반드시 필요하지만 음지식물은 빛이 약하기 때문에 카로티노이드가 많이 필요하지 않은 것입니다. 그러나 기본적인 광보호 기능은 유지해야 하므로, 크게 줄지는 않고 일정 수준 유지됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.11
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NMR에서 외부 자기장과 양성자의 스핀 방향이 일치할 때 에너지가 낮아지는 이유는 무엇인가요?
질문해주신 것과 같이 핵자기공명(NMR)에서 외부 자기장과 양성자의 스핀 방향이 일치할 때 에너지가 낮아지는 이유는 자기 쌍극자와 외부 자기장 사이의 상호작용 에너지 때문인데요, 양성자는 고유한 각운동량, 즉 스핀을 가지고 있고, 이 스핀에 따라 작은 자기 쌍극자 모멘트(μ)를 형성합니다. 이때 이 자기 모멘트는 마치 작은 막대자석처럼 외부 자기장 B₀와 상호작용하게 됩니다. 이 과정에서 자기 모멘트 벡터와 외부 자기장의 방향이 일치하면 에너지가 낮아지기 때문에 더 안정해지는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.11
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에폭사이드의 고리 열림 반응은 왜 산성조건과 염기성 조건에서 생성물이 달라지나요?
에폭사이드의 고리 열림 반응이 조건에 따라 다르게 진행되는 이유는 에폭사이드의 전자 구조와 반응 메커니즘이 산성 조건과 염기성 조건에서 달라지기 때문인데요, 우선 에폭사이드란 삼원자 고리를 가진 고리형 에터로, 고리가 심하게 긴장을 받고 있어 반응성이 높습니다. 따라서 친핵체가 쉽게 공격할 수 있는데, 어디를 공격하느냐가 반응 조건에 따라 달라지게 됩니다.우선 염기성 조건에서는 친핵체(Nu⁻)가 직접 에폭사이드의 탄소를 공격하는데요 메커니즘은 SN2 반응과 유사하게 진행되므로, 친핵체는 입체적으로 덜 막힌, 즉 1차 또는 2차 탄소를 선호해서 공격하게 되며 따라서 염기성 조건에서는 덜 치환된 탄소 쪽에서 고리가 열리게 됩니다.반면에 산성 조건에서는 먼저 에폭사이드의 산소에 H+가 결합한 후에 반응이 이루어집니다. 따라서 일종의 탄소 양이온 비슷한 중간체가 형성되는데요, 이로 인해 고리 내 탄소들은 부분적으로 양전하를 띠게 되는데, 그중에서 더 치환된 탄소가 친핵체의 공격을 받기 쉬워지기 때문에 산성 조건에서는 더 치환된 탄소 쪽에서 고리가 열리게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.11
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금속에 다른 금속을 표면에 입히는 도금 과정은 전기 분해를 통해서 할 수 있다고 하던데 어떤 원리로 할 수 있나요?
네, 말씀해주신 것과 같이 도금이란 금속 표면에 다른 금속을 입히는 것을 말합니다. 도금할 때는 보통 도금을 하고자 하는 물체를 음극(–) 으로, 도금에 사용할 금속을 양극(+) 으로 연결한 뒤, 두 전극을 해당 금속 이온을 포함한 전해질 용액에 담급니다. 이후 전원 장치를 통해 전류를 흘리면, 양극에서 금속 원자가 전자를 잃고 금속 이온(Mⁿ⁺)으로 용액 속으로 녹아 들어가는데요, 이렇게 방출된 금속 이온은 용액을 통해 음극으로 이동하여 전자를 받아 다시 금속 원자로 환원되고, 이 금속 원자가 음극 표면에 차곡차곡 쌓여서 도금이 이루어지는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.11
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양지식물은 왜 음지식물보다 색이 더 연한가요?
네, 말씀해주신 것과 같이 양지식물과 음지식물의 잎 색 차이는 주로 엽록소 농도와 광합성 적응 방식의 차이로 인해 설명할 수 있는데요, 우선 양지식물은 햇빛이 풍부한 환경에서 성장하기 때문에, 잎이 지나치게 짙으면 태양광을 과도하게 흡수하여 광손상을 겪을 수 있습니다. 따라서 햇빛이 충분한 환경에서는 엽록소를 상대적으로 적게 합성하여 잎 색이 연하게 나타나게 되는 것입니다. 반면 음지식물은 그늘이나 숲 속과 같이 빛이 제한된 환경에서 자라므로, 적은 빛도 최대한 흡수해야 하는데요, 이에 따라 엽록소를 많이 축적하여 잎이 진한 녹색을 띠게 됩니다. 또한 양지식물은 엽록소뿐 아니라 카로티노이드와 같은 보조 색소를 적절히 조절하여 빛 과다로 인한 산화 스트레스에 대비할 수 있습니다. 음지식물은 카로티노이드 비율은 낮고 엽록소가 많아 색이 진하게 보이는 반면, 양지식물 잎은 표피가 두껍고 기공이 발달하여 과도한 빛과 수분 손실을 조절하며 음지식물 잎은 얇고 넓게 퍼져 있어 적은 빛도 효율적으로 흡수할 수 있도록 구조가 발달되어 있습니다. 결국 양지식물과 음지식물의 잎 색의 차이는 햇빛 환경에 따른 광합성 적응 전략의 결과로, 햇빛이 풍부한 양지식물은 엽록소가 적어 잎 색이 연하고, 빛이 부족한 음지식물은 엽록소가 많아 잎 색이 진하게 나타난 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.11
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비자발적인 전지를 구성했을 때 왜 백금을 주로 사용하나요?
비자발적인 전지, 즉 전기분해 장치를 구성할 때 백금(Pt) 전극을 자주 사용하는 이유는 주로 그 화학적 안정성과 전기적 특성과 관련이 있는데요, 우선 전기분해에서는 전극 표면에서 산화-환원 반응이 일어납니다. 만약 전극 자체가 쉽게 산화되거나 환원되면, 분해 대상 물질 대신 전극이 반응해버려 결과가 왜곡되는데요 백금은 귀금속으로 산화되거나 녹슬기 어렵고, 전기분해 환경에서도 거의 반응하지 않아 비활성 전극으로 적합하며 특히 백금은 전기전도성이 우수하기 때문에 주로 사용되는 것입니다. 이외에도 백금은 수소 발생 반응(H⁺ → H₂)이나 산소 발생 반응(OH⁻ → O₂)에서 반응 속도를 촉진시키는 우수한 촉매 역할도 하는데요, 덕분에 과전압을 줄여 전기분해 효율이 좋아집니다.백금 이외에 사용할 수 있는 전극으로는 흑연 전극이 있는데요, 값이 저렴하고 불활성에 가까워 자주 사용되며 단, 산소 발생 반응에서는 표면이 조금씩 산화 및 부식될 수 있어 장기 안정성은 백금보다 떨어집니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.11
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