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백혈구가 우리몸의 면역체계에서 과잉면역대응으로 반응하는 상황이 왜 발생하나요
안녕하세요. "사이토카인 폭풍"은 병원체와 암, 자가면역 상태 등에 의해 순환 사이토카인 및 면역세포 과활성화 수준이 높아져 면역체계에 혼란이 생겨 발생하는 전신 염증증후군을 말하는 것입니다. 광범위한 의미로 사이토카인은 세포로부터 분비된 후 다른 세포나 분비한 세포 자신에게 영향을 줄 수 있는 기능을 지닌 단백질 면역조절제인데요, 사이토카인 폭풍(cytokine storm) 및 사이토카인 방출 증후군(cytokine release syndrome, CRS)은 다양한 치료법, 병원체, 암, 자가면역 상태 등에 의해서 촉발되는 순환 사이토카인 및 면역세포 과활성화 수준이 높아짐과 같이 면역체계에 혼란이 생겨 우리 몸의 면역반응을 조절하지 못하여 발생하는 생명을 위협하는 전신 염증증후군이라고 보시면 됩니다.
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생물·생명
24.10.20
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낫모양의 적혈구가 발생하는 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 김지호 박사입니다."낫모양적혈구빈혈증"은 유전자 이상에 따른 헤모글로빈 단백질의 아미노산 서열 중 하나가 정상과 다르게 변이하여 적혈구가 낫모양으로 변하여 악성 빈혈을 유발하는 유전성 질환입니다. 구체적으로 말하자면 11번 유전자의 단완에 위치하는 헤모글로빈의 베타 글로빈 유전자의 점돌연변이로 인해 발생한 것인데요, 비정상적인 헤모글로빈은 산소 농도가 떨어질 때 다른 여러 헤모글로빈 분자와 결합하여 긴 섬유 모양으로 뭉치고, 이로 인해 적혈구 전체의 모양도 낫 모양으로 변하게 됩니다. 이렇게 되면 적혈구가 쉽게 파괴되고 유동성이 떨어지므로 산소 운반을 잘 하지 못하여 심한 빈혈 증상을 나타나고, 때때로 겸형 적혈구가 모세 혈관을 막아 혈액의 흐름을 방해하므로 뇌, 심장, 신장 등의 조직에 손상을 일으킵니다. 이때 아프리카 지역에 낫모양적혈구빈혈증을 가진 사람이 많은 이유는 말라리아에 대한 저항성이 있기 때문입니다. 낫모양적혈구빈혈증을 가진 사람은 말라리아 원충(Plasmodium falciparum)에 감염되기 어렵습니다. 말라리아 원충은 적혈구 안에서 증식하는데, 낫모양 적혈구는 정상적인 적혈구에 비해 말라리아 원충이 자라기 어려운 환경을 제공합니다. 또한 낫모양 적혈구는 말라리아 원충에 감염되면 더 빨리 파괴되므로, 말라리아 원충이 충분히 증식하기 전에 제거되는 효과가 있습니다. 이런 이유로 낫모양적혈구를 가진 사람들은 말라리아에 감염될 확률이 낮거나, 감염되더라도 더 가벼운 증상만 겪게 됩니다. 이러한 말라리아 저항성 때문에, 낫모양적혈구빈혈증 유전자를 하나만 가진 이형접합자(heterozygote)는 말라리아에 생존적으로 유리한 위치에 있으며, 이는 말라리아가 흔한 지역에서 이 돌연변이가 지속적으로 남아있는 이유로 여겨지고 있습니다.
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생물·생명
24.10.20
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적혈구는 핵이 없는 세포라고 하는데 왜 핵이 없나요
안녕하세요.혈액을 구성하는 혈구 중에서 "적혈구"는 골수에서 생성되고 비장에서 파괴되는데, 미성숙할 때에는 존재했던 세포핵이 발달이 끝나면 소실되기 때문에, 다른 혈구세포와는 다르게 세포핵이 없고 소기관이 거의 없는 세포입니다. 른 대부분의 세포는 핵을 가지고 있지만, 적혈구는 핵을 없앰으로써 특별한 기능과 장점을 가지게 되었습니다. 적혈구는 양쪽이 오목한 원반모양으로 이루어져 있고 헤모글로빈을 포함하고 있는데요, 적혈구가 핵을 잃게 된 이유는 산소 운반의 효율성을 극대화하기 위해서입니다. 적혈구는 신체의 모든 조직에 산소를 운반하는 중요한 역할을 하는데, 이 기능을 최적화하려는 과정에서 핵이 사라졌습니다. 적혈구의 가장 중요한 임무는 폐에서 산소를 받아서 이를 온몸의 조직에 공급하는 것입니다. 적혈구 내부에는 산소를 운반하는 헤모글로빈(hemoglobin)이라는 단백질이 가득 차 있어야 하는데, 핵이 제거됨으로써 세포 안에 더 많은 공간이 생기게 됩니다. 핵이 없으면 그 자리에 더 많은 헤모글로빈을 채울 수 있기 때문에, 적혈구는 산소를 더 많이 운반할 수 있게 됩니다. 적혈구는 혈관을 따라 움직이면서 매우 좁고 작은 모세혈관을 통과해야 합니다. 핵이 없는 적혈구는 이중 오목형(biconcave shape)을 가지며, 이 독특한 모양 덕분에 세포가 쉽게 변형되어 좁은 혈관을 통과할 수 있습니다. 만약 적혈구에 핵이 남아 있었다면, 세포가 유연성을 잃고 혈관을 통과하는 데 어려움을 겪었을 것입니다. 즉, 핵이 없는 적혈구는 내부의 대부분을 헤모글로빈으로 채울 수 있어서, 산소 운반에 최적화됩니다. 적혈구 한 개는 약 2억 5천만 개의 헤모글로빈 분자를 포함할 수 있는데, 이로 인해 한 개의 적혈구가 많은 양의 산소를 운반할 수 있습니다.
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생물·생명
24.10.20
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미토콘드리아는 왜 모계에서만 유전되나요
안녕하세요. 미토콘드리아의 DNA가 모계유전되는 이유는 다음과 같습니다. 정자와 난자가 만나서 수정이 이루어지는 과정에서, 정자가 난자세포에 들어가면 미토콘드리아가 들어 있는 중간부분을 분해하기 때문에 핵을 가진 머리만 난자세포를 관통하기 때문입니다. 이 말은 정자 세포의 미토콘드리아 DNA는 난자에 들어가지 못하기 때문에 미토콘드리아의 DNA는 난자의 세포질에 존재하던 것만 유전된다고 보시면 됩니다. 미토콘드리아는 모든 신체 세포에서 호흡과 에너지 생산을 제어하기 때문에, mtDNA에 돌연변이가 생기면 에너지 소모가 많은 심장, 근육, 뇌 등에 치명적인 장애나 질환이 발생할 수 있습니다.
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생물·생명
24.10.20
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미토콘드리아는 어떤 요인으로 외부세포에서 우리몸의 공생관계로 갖게 된건가요
안녕하세요. 미토콘드리아가 현재의 세포 내에서 공생관계를 맺게 된 이유는 진화적 관점에서 매우 중요한 사건으로, 이는 약 20억 년 전 발생한 세포 내 공생설(endosymbiotic theory)로 설명됩니다. 이 이론에 따르면, 미토콘드리아는 원래 독립적으로 살아가던 고대의 세균이었으며, 이 세균이 다른 원시 세포와 공생관계를 형성하면서 오늘날의 진핵세포 내에 존재하게 된 것입니다. 미토콘드리아의 기원은 알파 프로테오박테리아(alpha-proteobacteria)라는 고대 세균으로 추정됩니다. 이 세균은 스스로 에너지를 생성할 수 있는 능력을 가진 독립적인 생물체였습니다. 미토콘드리아와 이 고대 세균의 유전자와 기능을 비교해 보면, 그 둘이 매우 유사한 특성을 공유하고 있다는 점에서 이러한 진화적 기원을 뒷받침합니다. 약 20억 년 전, 지구의 대기 중 산소 농도가 크게 증가하는 사건이 있었습니다. 이를 산소 대폭발(Great Oxygenation Event)이라고 부릅니다. 이 시기에는 산소를 에너지원으로 사용하는 호기성 생명체가 출현하게 되었으며, 산소를 독으로 여겼던 혐기성 생명체들은 어려운 생존 환경에 직면했습니다. 산소를 이용해 에너지를 효율적으로 생산할 수 있는 능력을 가진 호기성 세균(미토콘드리아의 조상)은 산소가 증가하는 환경에서 생존과 번영에 유리했습니다. 반면, 산소를 독성 물질로 여겼던 다른 원시 생물들은 산소로부터 보호를 받거나, 산소에 적응할 필요가 있었습니다. 원시 진핵세포는 크기가 점점 커지고 복잡해지면서 더 많은 에너지가 필요해졌습니다. 그러나 그 당시 원시 진핵세포는 에너지를 충분히 효율적으로 생산할 수 없었습니다. 호흡을 통해 산소를 이용해 에너지를 생산할 수 있는 호기성 세균(미토콘드리아의 조상)이 진핵세포와 공생관계를 형성함으로써, 세포는 더 많은 에너지를 얻게 되었고, 호기성 세균은 세포 내에서 보호받으면서 안정적인 환경을 제공받았습니다. 공생관계는 아마도 다음과 같은 단계로 진행되었을 것입니다. 우선 초기에는 호기성 세균이 다른 원시 진핵세포의 세포 안으로 들어갔을 가능성이 있습니다. 이것이 우연한 사건일 수도 있지만, 침입한 세균이 세포 내에서 살아남으면서 독립적으로 존재하기 시작했습니다. 진핵세포와 호기성 세균은 서로에게 이익이 되는 관계를 발전시켰습니다. 호기성 세균은 산소를 이용해 세포가 필요로 하는 에너지를 ATP 형태로 생산해 주었고, 세균은 진핵세포 내에서 안정적인 환경과 영양분을 얻을 수 있었습니다. 이 상호 이익의 관계가 공생으로 발전하게 되었습니다. 시간이 지남에 따라 호기성 세균의 많은 유전자가 진핵세포의 핵으로 이동하여 통합되었습니다. 그 결과로 호기성 세균은 더 이상 독립적으로 존재하지 않고, 세포의 일부로서 기능하게 되었습니다. 즉, 현재의 미토콘드리아는 고유한 DNA를 가지고 있지만, 일부 유전자들은 세포핵의 유전체로 통합되어 더 이상 완전히 독립적으로 생존할 수 없게 된 것입니다.
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생물·생명
24.10.20
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X염색체보다 Y염색체가 작은 이유가 무엇인가요
안녕하세요.X염색체에는 전체 유전자의 10%에 해당하는 2000여 개의 유전자가 존재하는 반면에, Y 염색체에는 약 100여 개의 유전자 밖에 존재하지 않기 때문에, 길이가 X염색체의 3분의 1로 염색체 23쌍 가운데 크기가 가장 작은 것입니다. 좀 더 구체적으로 설명하자면, Y염색체는 남성의 성을 결정하는 역할을 맡고 있으며, SRY 유전자(Sex-determining Region Y)가 포함되어 있습니다. 이 유전자가 남성의 생식 기관을 형성하게 하고, 남성으로 발달하게 만듭니다. 하지만 Y염색체는 성 결정과 관련된 몇몇 필수 유전자만 남기고, 나머지 유전자의 대부분은 퇴화하거나 소실되었습니다. 즉 X염색체에 비해서 Y염색체가 훨씬 작은 것은 염색체 상에 존재하는 유전자의 수에 차이가 있기 때문이라고 생각하시면 됩니다.
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생물·생명
24.10.20
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육식을 많이 하면 산도가 높아진다고 하는데 사실인가요?
안녕하세요. 네, 맞습니다. 사람은 해부학적으로 많은 양의 고기를 섭취할 수 없는 초식동물의 소화기관을 가지고 있는데요, 육식동물은 장의 길이가 짧아서 먹이가 소화되지 않은 상태에서도 부패되기 전 몸 밖으로 배출할 수 있습니다. 하지만 인간은 초식동물처럼 장이 길고, 위의 산도가 비슷해 육류를 제대로 살균할 수 없어 육류 섭취로 인한 질병이 발생되기 쉽습니다. 기름기가 많은 육류일수록 습과 담(습기가 몸속 안에 오래 머물러 노폐물로 쌓이는 것)을 일으켜 위를 둔하게 만들고 소화장애를 일으키게 됩니다. 이때 인체는 단백질을 저장할 수 없어 과다 섭취한 단백질은 배설되는데요, 단백질을 배설하려면 간에서 아미노산의 질소 성분을 잘라 내어 암모니아로 만들고, 다시 요소로 만들어 신장으로 내보내게 됩니다. 이때 육류는 매우 강한 산성이라, 많이 섭취할수록 요소를 많이 만들어 내야 하는데요, 그런데 사람의 체내 pH는 약알칼리여서 간과 신장에 많은 부담을 준다. 이런 상태가 오래되면 간과 신장이 나빠지고 각종 질병이 생길 수 있는 것입니다.
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생물·생명
24.10.20
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어류중에서 수명이 긴 동물들의 수명은 어떻게 되나요?
안녕하세요. 네, 어류 중에서 수명이 긴 동물들이 많이 존재합니다. 예를 들어보자면 '큰입버팔로'는 잉어목 잉어과에 속하는 민물고기로 갈색버팔로, 라운드 헤드라고도 불립니다. 상당히 오래 사는 물고기로 110년 이상을 살 수 있으며, 과거에는 최대 수명이 26년 정도로 추정 되기도 했습니다. 방사성 탄소연대 측정 결과 수명이 그보다 길었음이 밝혀졌으며, 수명이 최소 112년으로 밝혀졌습니다. 다음으로 '고래상어'는 수염상어목 고래상어과에 속하는 연골어류로 세계에서 가장 큰 물고기 입니다. 고래상어는 성적 성숙이 늦는 편으로 고래상어를 연구한 한 연구원은 수컷 고래상어는 25년에 성적 성숙을 한다고 추정 했습니다. 고래상어를 관찰하는 여러 연구원들은 고래상어의 수명을 80~130년으로 추정하기도 했습니다. 다음으로 '오렌지러피'는 금눈돔목 납작금 눈돔과에 속하는 심해어로 죽으면 색이 오렌지 색으로 변하기 때문에 오렌지 러피라고 불립니다. 수명은 150년 정도 되는 장수종으로 성장이 느리기 때문에 꽤 오랜 시간이 지난 후에 생식이 가능 합니다. 이외에도 '유럽뱀장어'는 뱀장어목 뱀장어과에 속하는 민물고기로 뱀장어의 일종 입니다. 뱀장어의 평균 수명은 20년이지만 사람 손에서 키워진 암컷 뱀장어가 88년을 살았다는 기록이 있습니다. 또 '알레'라는 이름을 가진 유럽뱀장어는 벌레를 잡기 위해 연못에 방생된 후 150년을 살았고 2014년에 155세의 나이로 숨을 거두었습니다. 이처럼 수명이 긴 어류들이 많이 존재합니다.
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생물·생명
24.10.20
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식물 나무들의 수명은 정해져 있나요?
안녕하세요.나무는 매우 오래 살 수 있지만, 정해진 수명이 있습니다. 그 수명은 종에 따라 다르며, 환경적 조건, 질병, 그리고 외부 요인에 의해 달라집니다. 일부 나무는 수백 년, 심지어 몇 천 년까지도 살 수 있지만, 모든 나무가 무한히 자라는 것은 아닙니다. 나무의 수명은 크게 다음과 같은 요인에 의해 결정됩니다. 우선 나무의 종에 따라 수명이 정해져 있는데요, 어떤 나무는 수십 년만 살고, 어떤 나무는 수백 년, 심지어 몇 천 년까지도 살 수 있습니다. 또한 환경적 조건도 나무의 수명에 큰 영향을 미칩니다. 물과 영양소의 충분한 공급, 적당한 기후, 그리고 해충과 질병으로부터 보호받는 환경에서 나무는 더 오래 살 수 있습니다. 반대로, 극한 기후나 영양 부족, 질병 또는 인간의 간섭 등은 나무의 수명을 단축시킵니다. 이외에도 나무도 나이가 들면서 생리적인 노화가 일어납니다. 나이가 많아지면 물과 영양분을 공급하는 뿌리와 잎, 그리고 나무줄기의 기능이 저하되며, 성장률이 떨어집니다. 이 과정에서 나무는 점차적으로 약해지고, 병충해에 취약해지면서 결국 죽음에 이르게 됩니다. 또한 환경 조건이 아무리 좋다고 해도 나무는 무한히 자랄 수는 없습니다. 나무는 유전적으로 정해진 수명과 자연적인 노화 과정 때문에 결국 죽게 됩니다.
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생물·생명
24.10.20
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추운 겨울에 꽃을 피우는 식물도 있나요?
안녕하세요. 네, 추운 겨울에도 꽃을 피우는 식물은 존재합니다. 대표적인 예시가 바로 '동백꽃'입니다. 대개의 나무가 겨울에 꽃 피지 않는 이유 중 하나는 겨울이 꽃가루받이 해줄 곤충이 거의 없는 계절이라는 데 있는데요, 동백나무는 그 고민을 해결했기에 겨울에도 꽃을 피우는 것입니다. 동백나무는 대표적인 조매화, 즉 새가 꽃가루받이해주는 나무입니다. 즉, 벌, 나비가 날아다니지 않는 겨울에 꽃을 피우는 동백나무의 꽃가루받이는 아주 작고 귀여운 동박새가 있어 가능한 것인데요, 추운 겨울 적당한 먹잇감이 없는 동박새에게는 동백나무의 꿀이 더 할 나위없는 좋은 식량이라고 합니다.
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