전문가 프로필

답변 내역

체관과 물관 세포가 서로 맞닿아 있는 것은 동화산물을 수송할 때 어떠한 장점이 있나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 식물에서 체관과 물관 세포가 서로 맞닿아 있는 구조는 식물에서 동화산물, 주로 설탕의 효율적인 수송과 관련이 있습니다. 체관에서 설탕과 같은 동화산물이 부유물질이 풍부한 체관 원형질체 안으로 적재되면, 해당 부위의 삼투압이 높아지는데요, 이처럼 삼투압이 높아지면 체관 세포 안으로 물관에서 물이 이동하게 됩니다. 이때 체관과 물관이 바로 맞닿아 있으면, 물관에서 물이 체관으로 이동하는 경로가 짧아 수송 효율이 높아지는 것이며, 반대로 체관과 물관이 멀리 떨어져 있다면 물을 끌어오는 데 더 많은 에너지와 시간이 필요하게 됩니다.또한 물관과 체관이 맞닿아 있으면, 뿌리나 저장조직에서 필요한 부위로 빠르게 물이 공급되어 압력차 유지가 용이한데요 즉, 체관-물관 간의 물 교환이 원활해져 설탕 등 동화산물이 빠르게 장거리 이동할 수 있게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

토양의 염류 농도가 높을 경우 식물의 무기이온 수송과 수분 흡수에 어떠한 문제가 생길 수 있나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 토양의 염류 농도가 높을 경우 식물에게는 크게 두 가지 문제가 발생할 수 있는데요 무기이온 수송의 장애와 수분 흡수의 저해입니다. 우선 토양에 염류가 과도하게 많으면, 특히 Na⁺, Cl⁻ 같은 이온 농도가 높아지면 식물 세포가 정상적으로 필요한 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NO₃⁻ 등의 무기이온을 흡수하기 어려워지는데요, 이는 경쟁적 억제 현상 때문입니다. 예를 들어, K⁺와 Na⁺는 화학적으로 비슷하기 때문에 Na⁺가 많으면 K⁺가 뿌리 세포막의 수송 단백질에 의해 흡수되는 과정이 방해받습니다. 또한 세포막 전위와 관련된 전기화학적 기울기가 손상될 수 있는데요, 토양에 Na⁺나 Cl⁻가 과다하면 뿌리 세포 밖의 양전하가 증가해 정상적인 H⁺-구동 능동수송이 효율적으로 작동하지 못하게 되며 결과적으로 양이온이나 음이온의 흡수가 저하됩니다.다음으로 토양의 염류 농도가 높으면 토양 용액의 삼투압이 증가하는데요, 식물 뿌리 세포가 물을 흡수하려면 뿌리 내부보다 토양 용액의 삼투압이 낮아야 하는데, 염류 농도가 높으면 삼투압 차이가 줄어들거나 역전될 수 있습니다. 이렇게 되면 뿌리가 물을 흡수하기 어려워지고, 심한 경우에는 삼투압으로 인해 세포 내 물이 빠져나가 탈수 스트레스가 발생할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

뿌리털이 토양으로부터 무기 이온을 흡수할 때 수동수송과 능동수송은 각각 어떻게 일어나나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 뿌리털이 토양으로부터 무기 이온을 흡수할 때 수동수송과 능동수송은 서로 다른 원리로 작동합니다. 우선 수동수송은 에너지 소비 없이 물질이 이동하는 과정인데요, 이때 농도 차나 전기화학적 기울기를 따라 이동하며, 대표적으로 단순확산과 촉진 확산이 있습니다. 단순확산이란 무기 이온이 세포막을 직접 통과하는 경우이며 대부분 이온은 극성이거나 전하를 띠므로 지질 이중층을 직접 통과할 수 없습니다. 하지만 산소, 이산화탄소처럼 비극성 분자는 세포막을 자유롭게 통과할 수 있습니다. 대부분의 무기 이온은 이온 통로를 통해 이동하는 촉진확산의 방식을 따르는데요, 예를 들어, 토양 속 K⁺ 농도가 뿌리 세포 내보다 높으면, K⁺는 농도 기울기를 따라 뿌리털 세포 안으로 확산됩니다. 여기서는 에너지를 ATP로 직접 쓰지 않으며, 전기적/농도 기울기가 충분해야만 이동이 일어납니다.반면에 능동수송은 세포가 에너지를 사용하여 농도 기울기와 반대 방향으로 물질을 이동시키는 과정으로 식물에서 주로 ATP를 사용하는 펌프가 관여합니다. 예를 들자면 뿌리 세포막에는 H⁺-ATPase가 존재하여, 세포 안의 H⁺를 토양 쪽으로 내보내는데요, 이로 인해 세포 안은 음전하를 띠게 되고, 세포 밖은 양전하가 많아집니다. 결과적으로 K⁺, NO₃⁻ 같은 양이온이 세포 안으로 들어오기 쉬운 전기화학적 기울기가 형성됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

물관을 통한 물의 수송에서 응집력과 장력이 작용할 때 수소 결합은 어떤 역할을 하나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물체 내에서 물이 뿌리에서 잎까지 수송되는 과정은 응집-장력설로 설명할 수 있으며, 이때 물 분자 사이의 수소 결합이 핵심적인 역할을 합니다.우선 물 분자는 극성을 띠고 있어 한 분자의 산소와 다른 분자의 수소 사이에 수소 결합이 형성되는데요, 이 수소 결합 덕분에 물 분자들은 강하게 끌어당겨 서로 연결된 연속적인 물 기둥을 형성할 수 있습니다. 이때 만약 수소 결합이 없다면, 물 분자들은 쉽게 분리되어 긴 관을 따라 수 m ~ 수십 m 이상 끌어올려질 수 없습니다.또한 잎의 기공을 통해 수분이 기화하면, 잎 세포 벽에 있는 물이 당겨져 위쪽으로 장력이 발생하는데요, 이 장력이 아래쪽의 물관에까지 전달되어, 뿌리에서 잎까지의 물 기둥 전체를 위로 끌어올립니다. 이때 물 기둥이 끊기지 않고 장력이 전해질 수 있는 이유가 바로 수소 결합으로 형성된 응집력 덕분입니다. 또한 물은 셀룰로오스 성분으로 이루어져 있는 물관 벽에 있는 극성 작용기와도 수소 결합을 형성하여 관 벽에 달라붙는데요, 이 부착력 덕분에 장력에 의해 아래로 떨어지지 않고, 관 벽을 따라 안정적으로 이동할 수 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

식물 뿌리에서부터 물의 흡수 경로는 어떻게 나타나나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물의 뿌리에서 물이 흡수되어 줄기를 거쳐 잎까지 올라가는 과정은 매우 정교한 경로를 따르며, 특히 뿌리 피층에서의 이동 방식에 따라 크게 세포벽 경로, 세포질 경로, 공동체 경로로 나눌 수 있습니다. 우선 세포벽 경로란 세포벽과 세포벽 사이의 공간, 세포간극 등을 통해 물이 이동하는 방식으로 세포질 안으로 들어가지 않고, 세포막을 거치지 않은 채 비세포질적 공간을 따라 빠르게 이동합니다. 이때 물의 확산 속도가 빠르며 뿌리 표피에서 내피 직전까지 효율적으로 이동 가능합니다. 그러나 내피의 카스파리안 띠에서 차단되며, 이는 수베린이 함유된 방수 구조로, 세포벽을 통한 단순 확산을 막고, 결국 물은 세포막을 통과해야만 안쪽으로 들어갈 수 있습니다.다음으로 세포질 경로란 물이 세포막을 통과하여 세포질로 들어온 뒤, 원형질연락사를 통해 인접한 세포의 세포질로 연속적으로 이동하는 방식입니다. 세포막을 한 번 통과해야 하므로 선택적 투과성이 작용하며 물과 용질의 선택적 조절 가능한데요, 이떄 세포질 내부를 거쳐 내피까지 도달하므로, 카스파리안 띠의 차단에 직접적 영향을 받지 않으며 경로 자체는 세포 내부라 속도는 느리지만, 조절이 가능하다는 점이 장점입니다. 마지막으로 공동체 경로란 물이 한 세포에서 세포막을 통해 들어갔다가 다시 빠져나와 인접 세포로 이동하는 과정을 반복하는 것인데요, 세포막을 여러 번 오가며 이동하며 물과 용질 이동에 있어 가장 정밀한 조절이 가능합니다. 상대적으로 에너지 소모가 크고 속도는 느릴 수 있으며 이온 농도 조절, 수분 스트레스 상황과 같은 특정 환경에서 중요한 역할을 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

식물 세포벽은 원핵생물이나 균류의 세포벽과 어떤 점에서 차이가 있나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 세포벽은 동물 세포에는 없지만 식물, 원핵생물, 균류에는 공통적으로 존재하는 중요한 구조인데요 그러나 세포벽은 단순히 세포를 둘러싸는 보호막이 아니라 생명체의 계통과 생태적 요구에 따라 화학적 구성과 구조가 크게 달라집니다. 이때 식물의 세포벽은 셀룰로오스 미세섬유, 펙틴, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 구성되어 있으며, 셀룰로오스라는 불용성 다당류가 뼈대 역할을 하며, 헤미셀룰로오스와 펙틴이 이를 교차 연결하여 강도와 유연성을 동시에 제공하게 됩니다. 다음으로 원핵생물의 세포벽은 펩티도글리칸이라고 하는 점액성 다당류로 구성되어 있는데요, 펩티도글리칸은 N-아세틸글루코사민(NAG)과 N-아세틸뮤람산(NAM)이 β-1,4 결합으로 연결된 다당류 골격에, 펩타이드 사슬이 교차 결합된 독특한 고분자 구조입니다. 마지막으로 균류의 세포벽은 키틴으로 구성되어 있는데요, 키틴은 N-아세틸글루코사민(NAG)이 β-1,4 결합한 직선성 고분자로, 곤충 외골격과 같은 성분이며 강도와 유연성을 동시에 제공할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

세포벽을 구성하는 펙틴과 헤미셀룰로오스는 어떻게 합성하나요?
안녕하세요. 네 말씀해주신 것처럼 셀룰로오스는 세포막에 위치하는 셀룰로오스 합성효소 단백질 복합체가 UDP-글루코오스를 기질로 사용해 세포 외부로 직접 합성하는데요, 반면에 펙틴과 헤미셀룰로오스는 합성 경로와 장소가 셀룰로오스와는 차이가 있습니다.우선 펙틴은 주로 골지체에서 합성되는데요, UDP-갈락투론산, UDP-아라비노오스, UDP-람노오스 등 다양한 UDP-당 뉴클레오타이드가 기질로 사용되며 여러 종류의 펙틴 합성 효소가 작용하여 복잡한 다당류 구조를 형성합니다. 이후 합성된 펙틴은 소포에 담겨 세포막까지 운반된 후, 세포 외부로 방출되어 세포벽에 축적됩니다.다음으로 헤미셀룰로오스 역시 마찬가지로 골지체에서 합성되는데요 UDP-자일로오스, UDP-만노오스, UDP-갈락토오스 등 UDP-당을 기질로 사용합니다. 여러 종류의 글리코실트랜스퍼라아제가 관여하여, 자일란, 글루코만난, 자일로글루칸 같은 다양한 헤미셀룰로오스를 만들어내며 펙틴과 동일하게 소포에 담겨 세포막을 거쳐 세포벽으로 운반됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.14
0
0

식물의 1차세포벽과 2차 세포벽은 구조적으로 어떤 차이가 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물 세포벽은 생명체의 구조적 지지와 보호, 그리고 물질 이동에 있어 매우 중요한 역할을 하며, 크게 1차 세포벽과 2차 세포벽으로 나누어집니다. 우선 1차 세포벽이란 세포가 아직 활발히 분열하고 팽창하는 동안 먼저 형성되며, 세포막 바깥쪽에 자리하고 있는 세포벽을 말하는데요, 비교적 유연하고 늘어날 수 있어 세포의 성장에 맞추어 함께 확장됩니다. 다음으로 2차 세포벽이란 세포의 성장이 끝난 뒤, 1차 세포벽 안쪽에 추가적으로 형성되는 세포벽으로 더 단단하고 두껍게 축적되기 때문에 세포가 더 이상 팽창하지 못하게 합니다.1차 세포벽은 주로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴으로 이루어져 있으며, 그물처럼 헐겁고 유연하게 배열되어 있는데요 펙틴은 세포벽을 부드럽고 수화 상태로 유지시켜 세포가 성장할 수 있도록 돕습니다. 다음으로 2차 세포벽 역시 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로 구성되어 있으나 훨씬 더 조밀하게 배열되며, 여기에 리그닌이 포함되는 경우가 많습니다. 리그닌은 소수성을 띠고 세포벽을 매우 강하고 단단하게 만들어 물과 미생물에 대한 저항성을 높입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.13
0
0

전자의 이동에 의한 산화환원 반응 잘 모르겠어요
안녕하세요. 우선 산화환원 반응식은 잘 작성해주셨습니다. 쉽게 설명드리자면 우선 원자마다 전자를 얼마나 세게 끌어당기는지가 다른데요, 아연(Zn)은 전자를 꽉 잡는 힘, 즉 전기음성도이 비교적 약해서, 금속 상태에서 전자를 쉽게 잃고 Zn²⁺ 이온으로 바뀌려고 합니다. 반대로 구리(Cu²⁺)는 전자를 더 잘 끌어당겨서 전자를 받고 싶어합니다. 작성해주신 산화환원 반응식에서 Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ 는 반응물 쪽에 있던 아연이 전자를 내어주고 산화되었음을 의미하는데요, 즉 아연이 산화되어 이온이 되고 전자는 밖으로 방출하였음을 의미합니다. 반면에 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu는 구리가 아연이 내놓은 전자를 받아서 금속으로 변하고 환원된 것을 나타내는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.13
0
0

매미가 소변을 잘 누는 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 매미가 다른 곤충보다 유난히 소변을 자주 많이 보는 이유는 매미의 독특한 먹이 습성과 배설 구조 때문인데요, 우선 매미는 성충이 되면 주로 나무의 체관 수액을 빨아먹습니다. 체관 수액은 주성분이 물이고, 그 안에 소량의 당류와 아미노산 등이 들어 있습니다. 이처럼 수액에 들어있는 영양분 함량이 낮기 때문에 매미가 필요한 만큼의 에너지를 얻으려면 몸 크기에 비해 매우 많은 양의 수액을 섭취해야 합니다.영양분을 획득하기 위해서 많은 수액을 흡수하면 곤충 몸속에 과도한 물이 쌓이게 되는데요 매미는 이를 빨리 배출하기 위해 말피기관이라는 배설기관을 통해 수분을 걸러내고, 거의 희석된 소변 형태로 몸 밖으로 내보내는데, 이 과정에서 매미는 섭취량의 대부분을 소변으로 내보내는 셈입니다. 물론 진딧물이나 방패벌레 같은 다른 흡즙성 곤충도 수액을 먹지만, 보통은 꿀물 같은 점성의 배설물을 소량씩 배출하는 반면 매미는 몸집이 크고 섭취량도 방대하기 때문에 배설량이 압도적으로 많으며, 배출되는 액체가 거의 물처럼 보일 정도로 묽고 양이 많아 보입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.13
0
0