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식물의 잎에서 외떡잎식물인지 쌍떡잎식물인지에 따라서 인맥의 구조에 차이가 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물의 잎에서 외떡잎식물과 쌍떡잎식물의 잎맥 구조 차이는 주로 발달 과정과 유전적, 호르몬적 조절 차이에 비롯된 것입니다. 잎맥을 보았을 때 외떡잎 식물은은 잎맥이 평행하게 나열되어 있고, 잎 전체에 일정한 간격으로 뻗으며, 작은 가지로 거의 분지되지 않습니다. 반면에 쌍떡잎 식물은 잎맥이 그물망 형태이며, 주맥에서 여러 측맥이 분지되어 잎 전체에 그물망 모양으로 연결되어 있는 형태입니다. 이때 잎맥은 엽 관다발의 발달 과정에서 결정되는데요, 우선 외떡잎식물은 잎이 길이 방향으로 성장하면서 엽맥이 주로 한 방향으로 배열되어 있으며, 측맥의 분지가 적어 잎맥이 평행하게 나타납니다. 쌍떡잎식물은 주맥에서 여러 측맥이 반복적으로 분지하며 발달해있으며, 분지된 관다발이 서로 연결되어 그물망 형태를 형성하고 있습니다.또한 이 과정에서 호르몬이 영향을 미치는데요, 옥신은 관다발 형성과 잎맥 방향성을 조절하는 화학적 신호이며 외떡잎 식물에서는 옥신의 흐름이 주로 직선적이지만, 쌍떡잎 식물은 옥신이 분기 패턴을 만들어 다양한 방향으로 흐름이 나타납니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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식물의 광호흡은 왜 발생하며 이는 식물에게 어떠한 악영향을 미칠 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 식물은 고온건조한 환경에서 루비스코로 인하여 광호흡을 진행할 수 있는데요,광합성의 탄소 고정 단계에서 중요한 역할을 하는 효소는 루비스코입니다. 루비스코는 CO₂를 기질로 사용하여 3-포스포글리세르산(3-PGA)을 생성하는데, 동시에 산소(O₂)와도 반응할 수 있는 특성이 있는데요, 고온, 건조, CO₂ 농도가 낮은 환경에서는 루비스코가 산소를 기질로 사용할 확률이 높아집니다. 이때 산소와 반응하면 포스포글리콜산이라는 물질이 생성되며, 이를 처리하기 위해 식물은 광호흡 경로를 통해 다시 3-PGA를 재생하기 때문에 광호흡은 루비스코가 CO₂ 대신 O₂와 반응하기 때문에 발생하며, 환경 조건에 따라 빈도가 증가하는 것입니다. 다만 이러한 광호흡이 진행되면 여러 문제가 생길 수 있는데요, 광호흡 과정에서는 ATP와 NADPH가 소모되지만, 최종적으로 고정된 탄소(3-PGA)는 줄어듭니다. 즉, 광합성을 통해 얻을 수 있는 에너지 효율이 감소하며 광호흡 중 일부 탄소가 CO₂ 형태로 방출되는데요, 특히 건조하고 고온인 환경에서 CO₂ 방출이 많아지면, 식물은 효율적으로 탄소를 축적하기 어렵습니다. 게다가 에너지와 탄소가 불필요하게 소모되므로, 광합성에 사용 가능한 자원이 줄어들어 생장 속도가 늦어지고 수확량이 감소할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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GMO 작물에서 제초제 저항성 형질은 어떠한 원리로 작용할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 제초제 저항성 작물이 어떻게 작용하는지 이해하려면 먼저 제초제가 식물에 어떤 영향을 주는지를 아는 것이 중요합니다. 우선 제초제란 잡초의 특정 대사 경로나 단백질을 억제하여 생장을 막거나 죽게 만드는 화학물질인데요, GMO 작물에서는 이러한 제초제의 표적 작용을 회피하거나 무력화할 수 있는 유전자를 도입함으로써 저항성을 획득할 수 있습니다.대표적인 사례는 글리포세이트에 대한 저항성인데요, 글리포세이트는 식물의 EPSPS 효소를 억제하여 아로마틱 아미노산에 속하는 페닐알라닌, 타이로신, 트립토판 합성을 막습니다. 하지만 GMO 작물에는 제초제에 결합되지 않는 형태의 EPSPS 유전자를 도입합니다. 따라서 작물은 제초제가 있어도 정상적으로 아미노산을 합성할 수 있고, 제초제에 민감한 잡초만 선택적으로 죽게 됩니다.이와는 또 다른 방식은 제초제가 작용하기 전에 제초제를 분해하거나 불활성화하는 효소를 발현하는 방식이며, 예를 들어 바스타라는 제초제는 글루타민 합성 효소를 억제하여 식물의 대사를 방해합니다. GMO 작물에는 bar 유전자를 넣어 phosphinothricin acetyltransferase라는 효소를 발현하게 되며, 이 효소는 제초제 성분을 아세틸화하여 무해한 물질로 바꾸어 버리므로, 작물은 살아남고 잡초는 피해를 입습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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식물이 광합성을 통해 생성한 포도당은 어떠한 경로를 통해 에너지원으로 전환되나요?
안녕하세요. 네, 식물은 광합성을 통해 스스로 포도당을 합성하지만, 그 자체가 바로 에너지로 사용되는 것은 아니며, 여러 대사 경로를 거쳐 실제 에너지원인 ATP로 전환하게 됩니다. 광합성으로 생성된 포도당은 잎의 엽록체에서 바로 쓰이기도 하지만 대부분은 자당 형태로 전환되어 체관을 통해 뿌리, 줄기, 열매 등으로 운반되는데요, 또 일부는 전분 형태로 잎에 일시적으로 저장되었다가 필요할 때 분해되어 사용됩니다. 포도당은 세포질에서 해당과정을 거쳐 피루브산으로 분해되며, 이 과정에서 소량의 ATP와 NADH가 생성되며 포도당 1분자는 해당과정을 통해 ATP 2분자, NADH 2분자를 얻게 됩니다. 생성된 피루브산은 미토콘드리아로 들어가 아세틸-CoA로 전환되고, 이후 TCA 회로에 들어가는데요, 이 단계에서 다량의 NADH와 FADH₂가 생성되며, 이들은 후속 과정인 전자전달계의 연료가 됩니다. 또한 소량의 ATP도 직접 생성됩니다.다음으로 TCA 회로에서 생성된 NADH와 FADH₂는 전자전달계(ETC)에 전자를 전달하는데요, 전자가 미토콘드리아 내막을 따라 이동하면서 양성자 기울기가 형성되고, ATP 합성효소에 의해 대량의 ATP가 합성되며 포도당 1분자로부터 총 약 30~32 ATP가 얻어집니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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광합성과 세포 호흡은 어떤 점에서 반대되는 과정일까요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 식물은 광합성과 세포 호흡 두 과정을 모두 수행하는 생명체인데, 이 두 과정은 서로 밀접하게 연결되어 있고, 한편으로는 공통점이 있지만 다른 한편으로는 서로 반대되는 성격을 띠기도 합니다. 에너지 변환 과정이라는 점에서 공통점을 갖지만, 광합성은 빛에너지를 화학에너지인 포도당으로 바꾸고, 세포 호흡은 그 화학에너지를 ATP로 바꾸는 과정입니다. 따라서 둘 다 산화·환원 반응이 연속적으로 일어나며 전자 전달계를 이용하는데요, 광합성의 명반응과 세포 호흡의 전자전달계는 모두 막 단백질을 통해 양성자 기울기를 만들고 ATP 합성을 이끕니다. 결국, 두 과정 모두 ATP 합성을 핵심 목표로 하고 있다는 공통점이 있습니다.물질의 방향에서 광합성은 이산화탄소와 물을 이용해 포도당을 합성하고 산소를 부산물로 방출하며, 세포 호흡은 포도당과 산소를 이용해 ATP를 만들고 이산화탄소와 물을 방출합니다. 즉, 광합성의 생성물이 세포 호흡의 기질이 되고, 세포 호흡의 생성물이 광합성의 기질이 되는 구조입니다. 또한 광합성은 빛에너지를 받아 에너지를 저장하는 흡열 반응이며, 세포 호흡은 저장된 화학에너지를 방출하는 발열 반응입니다. 즉, 광합성과 세포 호흡은 물질과 에너지의 흐름에서 서로 반대되는 과정이지만, 동시에 생명체의 에너지 순환을 완성하는 상보적인 과정이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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진화와 생물종의 다양성 사이의 관계??
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 자연선택을 포함한 진화 과정과 종 다양성 사이의 관계는 단순히 증가만으로 설명되지 않는데요, 진화란 한 종이 세대를 거치며 유전적 변화를 축적해가는 과정이고, 그 결과가 환경에 어떻게 작용하는지에 따라 다양성은 늘어날 수도 줄어들 수도 있는 것입니다. 종 다양성이 증가하는 경우는 환경이 복잡하고 자원이 다양하게 분포되어 있을 때, 서로 다른 집단이 각각의 서식지나 자원에 적응하면서 적응 방산이 일어나기 때문입니다. 예를 들어 갈라파고스 핀치새들이 서로 다른 부리 형태를 가진 여러 종으로 분화한 것이 대표적인데요, 이런 경우 진화는 종 다양성을 높이는 방향으로 작용합니다.반면에 종 다양성이 감소하는 경우는 환경 변화가 극단적이거나 경쟁이 치열해 특정 형질이 생존에 압도적으로 유리할 경우, 많은 종이나 집단이 도태될 수 있습니다. 예컨대 대멸종 사건에서는 다양성이 급격히 줄었고, 이후 일부 생존 집단만 진화를 이어왔는데요 즉, 진화는 오히려 다양성을 낮추는 결과를 가져올 수도 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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인간 복제를 허용한다면 사회에 어떤 결과가 생길까요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 인간 복제는 단순히 과학 기술의 발전 문제를 넘어 윤리, 법, 사회 전반에 매우 큰 파장을 불러올 수 있는 문제라고 할 수 있습니다. 우선 생물, 의학적인 측면에서 보았을 때 불임 치료나 장기 대체의 가능성이 있는데요, 인간 복제는 불임 부부에게 새로운 대안을 제공하거나, 유전적으로 동일한 개체를 만들어 장기나 조직 이식을 가능하게 할 수 있습니다. 면역 거부 반응이 줄어들 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 유전병에 관한 연구를 진행하여, 동일한 유전적 배경을 가진 복제 인간을 활용하면 질병 원인을 연구하거나 신약 개발에 활용될 수 있습니다. 그러나 기술적 위험이 큰데요, 현재 동물 복제에서도 기형, 조기 노화, 낮은 성공률 등의 문제가 발생하며, 인간 복제에서도 마찬가지로 심각한 건강상의 문제가 우려됩니다.또한 윤리적인 측면에서 많은 한계가 따릅니다. 우선 복제 인간을 단순히 대체품이나 실험 재료로 취급할 위험이 있는데요, 이는 인간을 수단으로만 대하는 심각한 윤리적 문제를 일으킬 수 있습니다. 또한 복제 기술이 고가의 서비스로 자리 잡으면 일부 계층만이 이용 가능해, 사회적 불평등이 심화될 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.19
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어는점 내림의 원리는 뭐라고 설명할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 끓는점 오름이란 증기압 곡선이 낮아져서 더 높은 온도에서야 외부 압력과 같아지는 것으로 설명할 수 있는데요 반면 어는점 내림은 용매와 용액 사이의 평형이 어떻게 깨지는가를 기준으로 이해하시면 됩니다. 원래 순수한 용매는 특정 온도에서 고체 ↔ 액체가 동적 평형을 이루며 어는점을 가지는데요, 고체가 되려면 용매 분자들끼리 규칙적으로 배열하여 격자를 이루어야 합니다. 하지만 용질 입자가 있으면, 용매 분자들이 자유롭게 배열하는 것을 방해하게 됩니다. 즉, 고체가 안정적으로 만들어지려면 더 낮은 온도가 필요하며 순수한 용매의 고체와 액체는 일정 온도에서 화학 퍼텐셜(μ)이 같아집니다. 그러나 용액에서는 용매 분자의 수가 희석되어 있어, 액체 용매의 화학 퍼텐셜이 순수한 용매보다 낮은데요, 따라서 고체 상태와 액체 상태의 화학 퍼텐셜이 같아지는 지점은 더 낮은 온도로 이동하게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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순수한 용매에서 용액이 되었을 때 여러 특성들이 달라지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 순수한 용매에 비휘발성 용질을 녹여서 용액이 형성되면, 증기압, 끓는점, 어는점, 삼투압과 같은 집합적 성질이 변하게 되는데요, 이와 같은 성질들이 달라지는 이유는 용매의 종류나 용질의 성질 자체보다는 용질 입자의 수 때문입니다. 우선 순수한 용매에서는 표면에서 증발할 수 있는 용매 분자가 많은데요, 그런데 용질이 들어오면 용매 표면의 일부 자리를 차지하게 되어, 용매 분자가 기체로 나가는 확률이 줄어듭니다. 따라서 용액의 증기압은 순수 용매보다 낮아집니다. 또한 액체가 끓기 위해서는 증기압이 외부 압력과 같아져야 하는데요, 하지만 용액은 증기압이 낮아졌기 때문에, 같은 압력에 도달하려면 더 높은 온도가 필요합니다. 이 때문에 순수한 용매보다 용액의 끓는점이 올라갑니다.다음으로 고체가 되기 위해서는 용매 분자들이 규칙적인 고체 격자를 형성해야 하는데요, 그러나 용질 입자가 섞여 있으면 용매 분자들이 자유롭게 배열되는 것을 방해합니다. 따라서 고체가 형성되기 위해서는 더 낮은 온도가 필요하게 되어, 어는점이 순수 용매보다 내려갑니다. 마지막으로 용질 입자가 있는 쪽은 상대적으로 물 분자의 농도가 낮습니다. 따라서 물은 농도가 높은 쪽에서 농도가 낮은 쪽으로 반투과성 막을 통해 이동하려고 하는데요, 이때 이동을 막기 위해 필요한 압력이 삼투압이며, 이는 오직 용질 입자의 수에 의해 결정되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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실제 용액의 용해열은 어떻게 표현 할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 실제 용액이 이상용액과 다른 거동을 보이는 핵심적인 이유는 바로 혼합 시의 엔탈피 변화, 즉 용해열 때문입니다. 우선 이상용액은 라울의 법칙을 완전히 따르며, 서로 다른 분자 간 상호작용(A–B)이 동일 분자 간 상호작용(A–A, B–B)과 에너지적으로 같다고 가정하기 때문에, 따라서 혼합 시 엔탈피 변화는 ΔH = 0 입니다. 즉, 단순히 엔트로피 효과만 작용하여 자발적 혼합이 일어나는 것입니다. 반면에 실제 용액에서른 다른 결과가 나타나는데요, 우선 양의 편차의 경우 실제 용액의 증기압이 이상용액보다 높은데, 이는 이종 분자 사이 상호작용(A–B)이 동종 분자 상호작용(A–A, B–B)보다 약하기 때문이며, 따라서 혼합 시 분자들이 서로를 강하게 잡아주지 못하고 더 쉽게 기화되기 때문에 증기압이 높아지는 것입니다. 이때 분자 간 인력이 상대적으로 약해지므로 흡열적이라고 하는 것이고 ΔH > 0이 되는 것입니다. 다음으로 음의 편차의 경우에는 실제 용액의 증기압이 이상용액보다 낮은데요, 이는 이종 분자 상호작용(A–B)이 동종 분자보다 강하기 때문이며, 따라서 혼합 시 분자들이 강하게 잡혀 있어 기화가 어렵고 증기압이 감소합니다. 엔탈피 적으로는 강한 인력 형성하면서 발열적이기 때문에 ΔH < 0가 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.19
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