답변 내역
- 조선시대 때 사약으로 내렸던 비소랑 세포호흡은 어떻게 관련이 있는 것인가요?안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 조선시대 때 사용된 사약에는 비소(As, arsenic) 성분이 포함된 경우가 많았는데, 이 비소는 단순 독극물이 아니라 세포 호흡을 차단하는 방식으로 생명을 위협하게 되는 것입니다. 비소는 세포 내의 대사 효소에 결합하여 에너지 생성 경로(ATP 합성)를 방해하는데요, 비소(특히 3가 비소, As³⁺ = 아르세나이트)는 황화기(-SH)를 가지는 효소 단백질의 티올기와 강하게 결합합니다. 피루브산 탈수소효소(PDH), 알파-케토글루타르산 탈수소효소 등의 효소에서 작용이 억제되면 피루브산으로부터 Acetyl-CoA 전환이 막혀서 TCA 회로(시트르산 회로)에 들어갈 수 없습니다. 이는 세포 호흡의 중심인 TCA 회로 자체가 차단되는 것입니다. 또한 비소는 무기 인산(Pi)과 유사한 화학적 성질을 갖는데요, 해당과정(glycolysis)에서 글리세르알데하이드-3-인산 탈수소효소(GAPDH) 반응 시, 정상적으로는 1,3-비스포스포글리세르산이 형성됩니다. 그런데 비소(AsO₄³⁻)가 대신 끼어들어 1-아르세노-3-포스포글리세르산을 만들게 되고, 이 화합물은 매우 불안정해서 곧바로 가수분해되어 ATP 합성이 일어나지 않습니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.08.2100
- 동물 세포는 식물과 달리 지방산을 이용해서 당을 합성할 수 없는 이유는 무엇인가요?안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 동물같은 경우에는 지방산을 이용해서 당을 신생할 수 없는데요, 지방산은 β-산화 과정을 거쳐 탄소 2개로 이루어진 Acetyl-CoA로 분해되는데 Acetyl-CoA는 피루브산이나 옥살로아세트산(OAA)으로 역전환되지 못합니다. 이는 TCA 회로(시트르산 회로)의 피루브산으로부터 Acetyl-CoA 단계(피루브산 탈수소효소 반응)는 되돌릴 수 없는 반응이기 때문입니다. 즉, Acetyl-CoA는 TCA 회로에 들어가면 이산화탄소로 날아가 버려서, 새로운 포도당 합성에 기여할 수 없습니다. 반면에 식물의 경우에는 지방산을 Acetyl-CoA로 분해한 뒤, 글리옥실산 회로(Glyoxylate cycle)를 통해 옥살로아세트산(OAA)을 만들 수 있는데요, OAA는 포스포엔올피루브산(PEP)으로부터 포도당으로 이어지는 당 신생 과정(gluconeogenesis)으로 연결될 수 있으며, 따라서 지방(특히 종자 속 기름)을 포도당으로 바꿔 발아 시 에너지원으로 활용할 수 있는 것입니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.08.2100
- 실제 완벽히 사망한 상태의 사람이 되살아나는 라자루스 증후군의 이력은 보고된 바 있는가?안녕하세요. 네, 질문해주신 라자루스 증후군은 심폐소생술(CPR) 실패로 사망 판정을 받은 환자가 수분~수십 분 뒤 외부 조력 없이 자발 순환을 회복하는 현상을 말하는 것인데요, 구전 전설이 아니라, 실제로 의학 학술지에 공식 보고된 사례가 존재하며 1982년 처음으로 의학 문헌에 기록되었고, 그 이후로 전 세계에서 60건 이상 보고되었습니다. 보고 건수가 적지만, 실제 발생 사례는 더 많을 것으로 추정되는데요, 이는 CPR 후 일정 시간 관찰하지 않고 바로 사망 판정을 내리는 경우가 많기 때문입니다. 이에 대한 정설은 없지만 원인에 대해 생각해볼 수 있는 의학적 추정으로는 심폐소생술 중 인공호흡이 과하게 주어지면 흉곽 내 압력이 상승하면서 심장으로 혈액이 잘못 들어가서 정맥환류가 저하된 상황이 있겠습니다. 이때 CPR을 중단하면 압력이 풀리면서 혈류가 회복되고 뒤늦게 자발순환이 재개될 수 있을 것입니다. 또는 약물 지연 효과로 인해 CPR 중 투여된 아드레날린 등 약물이 순환이 충분치 않아 심장에 제대로 도달하지 못하다가, CPR 중단 뒤에 혈류가 개선되며 뒤늦게 효과 발현될 수도 있습니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.08.215.01명 평가00
- 만약에 세상이 망해서 사람을 포함한 모든 생명을 방주같은곳에 피신시킨다면 몇쌍의 생명을 태워야 할까요?안녕하세요.네, 질문해주신 세상이 망해서 사람을 포함한 모든 생명을 방주같은곳에 피신시키는 상황을 고려해본다면 우선 성서에 쓰인 것과는 다르게 유전다양성을 지키고 장기적으로 멸종을 피하려면, 종마다 다르지만 수백~수천 마리 규모가 필요합니다. 시작 개체가 적으면 유해 돌연변이가 빠르게 동형접합으로 나타나 적합도 저하가 생길 수 있으며, 작은 집단에선 우연만으로도 대립유전자가 쉽게 사라져 적응 가능성이 급격히 줄어들게 되고, 질병·기근 같은 우발적 사건에 작은 집단은 취약합니다. 따라서 인간의 경우에는 최소 수백 명으론 출발 가능하지만, 근친 회피와 건강, 기술 인력, 및 사회 구조까지 고려하면 수백~수천 명(권장 1000명 이상의 번식 성인)이 현실적이라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.08.2100
- 동물세포에서 당 신생 과정은 왜 간에서만 일어날 수 있는 것인가요?안녕하세요.네, 말씀해주신 것과 같이 동물에서는 오직 간에서만 당 신생 합성 과정이 일어날 수 있는데요, 우선 해당과정의 반대 과정이 당 신생인데, 단순히 해당과정을 역으로 돌리는 것은 불가능합니다. 왜냐하면 헥소키나아제, PFK-1, 피루브산 키나아제 반응가 관여하는 해당과정의 단계는 ΔG가 크게 음수라서 비가역적이기 때문입니다. 따라서 이를 우회할 수 있는 특수 효소가 필요한데요, 피루브산 카복실화효소, 과당-1,6-이인산가수분해효소, 포도당-6-인산가수분해효소라는 특정 효소들이 간에만 존재하기 때문에 간에서만 당 신생이 일어나는 것이며 근육이나 뇌 같은 조직은 이런 효소가 없기 때문에 해당과정은 잘 하지만, 당 신생은 할 수 없습니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.08.215.01명 평가00
- 기질수준의 인산화보다 화학 삼투적 인산화를 통해 더 많은 ATP를 얻을 수 있는 이유는 무엇인가요?안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 세포 내에서 ATP를 합성할 수 있는 기작으로는 크게 기질 수준의 인산화와 화학 삼투적 인산화가 있는데요, 우선 기질수준의 인산화는 해당과정(glycolysis)이나 TCA 회로 일부 반응으로 일어나며 어떤 고에너지 기질(예: 1,3-비스포스포글리세르산, 포스포엔올피루브산)이 직접 ADP에 인산기를 붙여 ATP를 만듭니다. 이 과정은 효소 의존적이고, 한 분자당 ATP 생산량이 제한적인데요 따라서 기질수준 인산화만으로는 ATP 생산량이 매우 적습니다. 반면에 화학 삼투적 인산화는 전자전달계(ETC)를 통해 NADH, FADH₂의 전자를 산소로 전달하면서 막을 사이에 두고 H⁺ 농도 기울기(프로톤 기울기)를 형성하는데요, 이때 만들어진 전기화학적 퍼텐셜을 ATP 합성효소(ATP synthase)가 이용해서 대량의 ATP를 합성합니다. 즉 화학삼투적 인산화는 NADH/FADH₂가 가진 고에너지 전자를 전자전달계에 넘기고, 그 에너지로 수많은 H⁺를 막 건너 펌핑해서 큰 전기화학적 기울기를 만들고, 이 기울기를 이용하면 ATP 합성효소가 반복적으로 다량의 ATP를 만들 수 있는 것입니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.08.215.01명 평가00
- 아이오딘-아이오딘화 칼륨의 앙금생성안녕하세요.질문해주신 '질산납(Pb(NO₃)₂) + 아이오딘화칼륨(KI) → 노란색 앙금 PbI₂ (아이오딘화납)' 반응에서는 아이오딘화 이온(I⁻)이 존재할 때 일어나는 앙금 반응인 것인데요, 흔히 '아이오딘-아이오딘화칼륨 용액'이라고 부르는 건, 요오드(I₂) 자체는 물에 잘 안 녹지만, 아이오딘화 이온(I⁻)과 함께 있으면 I3− (트리요오드화이온)형태로 안정적으로 녹아 있게 됩니다. 즉, 이 용액에는 I₂ + I⁻ ⇌ I₃⁻ 평형이 성립하고 있고, 실제로는 자유 I⁻ 이온도 함께 존재하는 것인데요, 따라서 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 사용하면 용액 속의 I⁻ 이온이 여전히 존재하므로 Pb²⁺와 만나 PbI₂ 앙금을 형성할 수 있습니다. 다만 동시에 I₂(혹은 I₃⁻)가 존재하기 때문에, 단순한 KI 용액보다 반응 환경이 더 복잡해지는데요, Pb²⁺와 반응해 앙금이 생기지만, 남아 있는 I₂는 노란색 앙금(PbI₂)의 색과 겹쳐서 색상 관찰이 혼동될 수 있고, 경우에 따라서는 용액이 갈색 또는 진한 색으로 보일 수도 있습니다. 감사합니다.학문 / 화학25.08.2100
- 소화제 지방 분해 실험에서 염기성에서 흰 고리 발생하는 이유안녕하세요. 네, 질문해주신 소화제 지방 분해 실험에 대해 답변해드리자면, 우선 실험 상황이 기질은 지방이고 조건은 산성, 염기성, 중성으로 세 가지 pH입니다. 효소 제제로서 베아제, 훼스탈은 소화효소를 함유하고 있으며, 까스활명수는 주로 소화제제(위장관 운동 촉진, 가스 제거)로 효소는 거의 없습니다. 지방(트리글리세리드)은 리파아제에 의해 글리세롤과 지방산으로 분해되는데요, 이때 생성된 지방산은 염기성 조건에서 음이온 형태(R–COO⁻)로 존재하며, 물과 결합해 비누화 현상이 일어날 수 있습니다. 이 과정에서 지방산염이 미세한 고체/액적 상태로 석출되거나 유화되면서 흰색 고리(탁한 띠)가 관찰될 수 있으며, 즉, 염기성 환경에서 효소가 지방을 분해해 자유 지방산을 만들고 지방산이 염기와 반응해 불용성 비누성 물질이 형성되면서 흰 고리로 보이는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.08.2100
- 오늘이 헬륨을 발견한 날이라고 하는데요. 그럼 헬륨은 어떻게 발견을 하게 된거고 이건 또 어떻게 사용하게 되었는지 궁금합니다. 여기저기 많이 사용되서 더욱 궁금합니다.안녕하세요. 질문해주신 헬륨은 독특하게도 지구가 아니라 태양에서 먼저 발견된 원소인데요, 1868년 8월 18일, 프랑스의 천문학자 피에르 장센이 인도에서 일어난 개기일식을 관측하다가 태양 스펙트럼에서 특이한 노란색 선을 발견했으며, 이후 1895년에 영국 화학자 윌리엄 램지 우라늄 광물인 클리베이트에서 실제로 헬륨 기체를 분리해내면서 이렇게 해서 헬륨이 지구에서도 존재한다는 것이 입증되었습니다. 18족에 속하는 헬륨은 무색, 무미, 무취의 기체인데요, 공기보다 훨씬 가벼우며 비활성기체이기 때문에 화학 반응을 거의 하지 않습니다. 또한 끓는점이 –269℃로, 모든 원소 중 가장 낮은 끓는점을 가지며, 공기보다 가볍지만, 수소처럼 폭발 위험이 없어 풍선이나 비행선에 안전하게 사용됩니다. 또한 초전도 자석을 사용하는 MRI(자기공명영상 장치), 입자가속기 등에서 액체 헬륨을 초저온 냉각제로 사용될 수 있습니다. 감사합니다.학문 / 화학25.08.2100
- 주기율표에서 안정하다고 알려진 18족 원소들은 다른 원소와 아예 반응을 하지 않는 것인가요?안녕하세요.네, 말씀해주신 것과 같이 주기율표에서 18족에 해당하는 비활성 기체의 경우에는 이미 옥텟규칙을 만족하고 있기 때문에 자체적으로 안정성을 가지고 있습니다. 따라서 헬륨, 네온, 아르곤은 전자 친화도와 전기음성도가 매우 낮아 사실상 대부분의 상황에서 화합물을 만들지 않는데요, 하지만 1962년, Neil Bartlett 교수가 제논(Xe)과 플루오린(F₂)을 반응시켜 최초의 귀족 기체 화합물 XePtF₆을 합성한 바 있습니다. 이후 연구에서 제논과 크립톤도 여러 화합물을 만들 수 있음이 밝혀졌는데요, 즉 전자가 가득 차 있어 안정하지만, 강력한 전기음성 원소(F, O)와는 화합물을 형성할 수 있음이 확인된 것입니다. 이러한 반응이 가능한 이유는 큰 원자(예: Xe, Rn)일수록 전자가 핵으로부터 멀리 퍼져 있어 극한 조건에서 전자가 끌려나가거나 공유 결합에 참여 가능하며 반대로 작은 원자(He, Ne, Ar)는 전자껍질이 작고 핵-전자 인력이 커서 화합물이 만들어지지 않기 때문입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.08.215.01명 평가10
- 마음에 쏙!100