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뷰렛 반응에서 보라색 착화합물이 형성될 때, 구리 이온의 산화 상태는 어떻게 유지되나요?
안녕하세요.뷰렛 반응은 말씀하신 것처럼단백질이나 펩타이드의 펩타이드 결합(-CONH-)을 검출하기 위한 화학 반응으로, 이 반응에서 염기성 조건 하에서 Cu²⁺(구리(II) 이온)이 펩타이드 결합 내의 질소 원자와 산소 원자에 배위되어 보라색 착화합물을 형성하게 됩니다.이때 구리 이온의 산화 상태가 변하지 않는데요 즉, Cu²⁺ → Cu⁰ 또는 Cu⁺ 로의 환원은 일어나지 않습니다. 이는 뷰렛 반응은 산화, 환원 반응이 아니라 배위 결합 형성 반응이기 때문인데요, 반응에서 Cu²⁺ 이온은 단백질의 펩타이드 결합에 존재하는 질소의 비공유 전자쌍 과 산소의 전자쌍 에 의해 둘러싸여 배위 결합을 형성합니다. 이 과정은 전자의 이동을 수반하는 산화-환원 반응이 아니므로, Cu²⁺의 산화수가 그대로 유지되는 것입니다. 또한 반응은 보통 수산화나트륨같은 강염기 하에서 일어나는데 염기성 환경에서는 구리(II) 이온이 [Cu(OH)₂] 형태로 안정하게 존재하며, 이 상태에서 펩타이드와 배위결합을 형성하기 때문에 Cu²⁺가 환원될 가능성이 낮습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.10
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불꽃 반응 시 전자가 들뜬 상태에서 방출하는 빛의 파장은 어떤 요인에 의해 결정되나요?
안녕하세요. 불꽃 반응 시 전자가 들뜬 상태에서 방출하는 빛의 파장에 따라서 다른 색으로 보이는 것은 우선 불꽃 반응 시 금속 이온이 불 속에서 에너지를 흡수하면, 금속 원자 내의 전자들이 기저 상태에서 들뜬 상태로 이동하게 됩니다. 그러나 이 들뜬 상태는 매우 불안정하기 때문에, 전자는 다시 낮은 에너지 준위로 돌아오면서 빛의 형태로 에너지를 방출하게 됩니다. 이때 방출되는 빛의 파장, 즉 원자 내 전자 에너지 준위의 차이에 따라 달라지는데요, 각 금속 원자는 고유한 전자배치를 가지고 있으며, 전자들이 이동할 수 있는 에너지 준위 간의 간격이 서로 다릅니다. 이 에너지 준위 차이가 클수록 짧은 파장의 푸른색 계열의 빛이, 작을수록 긴 파장의 붉은색 계열의 빛이 방출되는 것이며 이것이 불꽃 색의 근본적인 차이를 만드는 요인이라고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.10
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불꽃 반응에서 금속 이온마다 서로 다른 색이 나타나는 근본적인 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.불꽃 반응에서 금속 이온마다 서로 다른 색이 나타나는 이유는 원자 내 전자가 들뜬 상태로 전이되었다가 다시 안정된 상태로 돌아올 때 방출되는 빛의 에너지가 금속마다 다르기 때문입니다.금속 원자는 각각 고유한 전자 배치를 가지고 있고, 전자가 존재할 수 있는 에너지 준위 또한 원소마다 다릅니다. 불꽃 속의 높은 열 에너지를 받으면 금속 원자나 이온의 일부 전자가 낮은 바닥상태에서 더 높은 준위의 들뜬상태로 이동합니다. 이후 전자는 안정된 상태로 되돌아오면서 여분의 에너지를 빛의 형태로 방출하게 되는데, 이때 방출되는 빛의 에너지는 두 준위 간의 에너지 차에 해당하는데 이 에너지 차는 원자마다 다르기 때문에, 방출되는 빛의 파장도 다른 것입니다. 즉 각 금속 이온의 전자 구조가 다르기 때문에 방출되는 빛의 파장이 다르고, 그에 따라 사람의 눈에는 서로 다른 색으로 인식되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.10
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서양인 유전자는 동양인과 어떤 차이가 있는건가요!!
안녕하세요. 네, 말씀해주신 질문에 답변드리자면 인간 전체의 유전자는 99.9% 이상이 공통적인데요, 따라서 서양인과 동양인의 차이는 전체 게놈에서 약 0.1% 이하의 변이 빈도 차이로 인해 나타나는, 매우 미세한 생물학적 다양성입니다. 그러나 그 작은 차이가 누적되어, 눈 모양이나 피부색, 체형 등에서 인종적 특징을 형성합니다. 피부색 관련 유전자인 SLC24A5, SLC45A2, OCA2 등을 볼 때, 서양인에게는 멜라닌 합성을 억제하는 방향으로 작용하는 변이가 더 많이 분포하는데요 예를 들어 SLC24A5 유전자의 A111T 변이는 유럽계 인구의 95% 이상에서 발견되지만, 동아시아인에서는 거의 나타나지 않습니다. 이 변이가 멜라닌 농도를 낮추어 밝은 피부를 만드는 핵심 요인 중 하나입니다. 또한 동아시아인에게 특징적인 눈꺼풀 구조인 속쌍꺼풀 형태, 지방층이 두꺼운 안검 구조는 EDAR V370A 변이와 관련이 있습니다. 이 유전자는 모발 두께, 땀샘 밀도, 치아 형태 등에도 영향을 주며, 약 3만~4만 년 전 동아시아 지역에서 강한 자연선택을 받은 것으로 추정됩니다.이외에도 키의 차이는 단일 유전자가 아니라 수백 개 이상의 다유전자 효과에 의해 결정되며 서양인 집단에서는 HMGA2나 LCORL 변이의 빈도가 상대적으로 높아 평균 신장이 크며, 동아시아인은 GDF5 변이의 영향으로 다소 작은 체형이 흔합니다. 하지만 이 차이는 영양과 환경 요인에도 크게 영향을 받습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.10
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일란성 쌍둥이가 각각 왼손잡이와 오른손잡이일 수도 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 일란성 쌍둥이 사이에서도 한 명은 왼손잡이, 다른 한 명은 오른손잡이인 경우가 실제로 존재하는데요 이는 유전적 동일성만으로는 완전히 설명되지 않는 발달 과정에서의 미세한 환경적 차이와 뇌의 비대칭 발달 차이 때문입니다.일란성 쌍둥이는 하나의 수정란이 분열하여 생기기 때문에 유전 정보는 거의 100% 동일한데요, 그러나 수정란이 나뉘는 시점부터 이미 세포들이 서로 독립적으로 발달하기 시작하면서, 각 개체의 뇌 발달 방향, 즉좌·우 비대칭성이 조금씩 달라질 수 있습니다.손잡이는 뇌의 운동피질과 전두엽의 비대칭성과 밀접하게 관련되며 대부분의 사람은 왼쪽 대뇌반구가 언어와 정밀운동을 담당하기 때문에 오른손잡이가 많습니다. 그러나 일란성 쌍둥이의 경우, 배아 발달 초기에 좌우 축이 형성되는 과정에서 아주 미세한 차이가 생길 수 있고 이 작은 차이가 한쪽은 왼손 우세, 다른 쪽은 오른손 우세로 이어지기도 합니다.또한, 태아 시기의 자궁 내 위치도 영향을 주는데요 쌍둥이는 서로 마주보는 자세로 자라는 경우가 많기 때문에, 한쪽은 팔을 더 자유롭게 움직일 수 있고 다른 쪽은 상대적으로 제약을 받기도 합니다. 이런 작은 자극의 반복이 뇌의 운동 경로를 다르게 발달시키는 요인이 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.10
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강도 높은 운동을 많이 하게 되면 수명이 짧아 지나요?
안녕하세요. 질문해주신 사항은 부분적으로만 사실이며, 대부분의 경우 오히려 수명을 연장하는 쪽에 가깝습니다.꾸준한 유산소, 근력 운동은 심혈관 기능을 강화하고, 인슐린 저항성을 낮추며 염증 반응과 산화 스트레스를 감소시키는데요 이로 인해 세포의 노화 속도가 늦어지고, 실제로 평균 기대수명도 늘어납니다. 여러 연구에 따르면, 적당한 강도의 규칙적인 운동을 하는 사람은 비활동적인 사람보다 사망률이 20~40% 낮은 것으로 알려져 있습니다. 그러나 강도 높은 운동을 많이 하는 경우는 조금 다른데요, 운동이 일정 수준을 넘어서면 심혈관계에 과도한 기계적 부담이 생기기도 합니다. 마라톤 선수나 철인 3종 경기 참가자 등 극한 수준의 지구력 운동을 장기간 지속한 일부 사례에서는, 심장 근육의 비후, 심방세동, 산화 스트레스 증가와 미세 염증의 지속이 보고된 바 있습니다. 즉, 운동이 너무 과하면 심장은 단단해지는 동시에 약간의 구조적 리모델링이 생길 수 있는 것입니다. 하지만 일반인이 강도 높게 운동한다는 수준, 예를 들어 하루 1~2시간 정도의 고강도 인터벌 훈련이나 웨이트 트레이닝에서는 심장이 무리하기보다 오히려 효율적으로 강화되며 혈관의 탄성이 좋아지고, 심박수는 낮아지며, 안정 시 심장의 부담은 오히려 줄어듭니다. 즉, 운동의 강도가 아니라 지속적인 회복 없이 과도하게 반복되는 운동이 더 문제라고 할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.10
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세탁기술로 세균오염도에대해궁금합니다
안녕하세요. 말씀하신 내용에는 섬유 내 세균의 잔존 가능성과 세탁 기술의 위생적 진화 방향이라는 두 가지 측면이 포함되어 있는데요 먼저 해충은 다양한 세균, 곰팡이 포자, 그리고 병원성 미생물을 옮길 수 있습니다. 그러나 이들이 폴리에스테르 섬유 표면에 부착된 경우, 장기간 생존하기는 어렵습니다. 대부분의 세균은 수분과 영양원이 없으면 수일 내 사멸하고, 일부 내성 포자형 세균이더라도 수개월~1년 이상 생존하는 경우는 극히 드물며, 따라서 3년 이상 지난 시점에서는 미생물이 살아 있을 확률이 매우 낮습니다. 다만, 유기물 잔류는 세균이 아닌 다른 형태의 불쾌물질로 남을 수 있는데요, 이런 잔류물은 세균이 아니라도 위생적으로 찝찝함을 느낄 수 있는 부분이며 이럴 때 세탁 기술이 중요한 역할을 합니다. 현재의 세탁 기술로도 이미 상당 수준의 멸균이 가능한데요, 고온수 세탁(60℃ 이상)은 대부분의 세균과 곰팡이 포자를 비활성화시키며 산화성 세제는 세포벽을 파괴하여 세균을 사멸시킵니다.또한 초음파 세탁 기술은 아직 상용 세탁기에서는 제한적이지만, 고주파 진동을 통해 미세한 기포가 폭발하면서 섬유 내부의 오염물질을 물리적으로 분리합니다. 이 기술은 향후 발전 시, 세균뿐 아니라 바이오필름 형태의 잔류 오염까지 제거할 가능성이 높습니다. 즉, 향후 초음파, 자외선(UV-C), 오존수, 그리고 플라즈마 기반 세탁 기술이 결합된다면, 기존 세탁보다 훨씬 강력한 살균 세정이 가능해질 것이며 이미 일부 의료용 세탁장비에서는 이런 기술이 병행되고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.10
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비가 오는 날 개미집이 빗물에 잠기도 하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 비가 오는 날 개미의 집이 빗물에 잠길 가능성은 분명히 존재하는데요, 하지만 대부분의 개미들은 이런 상황에 대처할 수 있도록 놀라울 만큼 정교한 구조와 행동적 적응을 가지고 있습니다. 먼저, 개미집의 구조적 특징을 보면, 단순히 표면에 구멍을 낸 형태가 아니라, 안쪽으로 깊고 복잡한 통로와 방들이 이어져 있는데요, 개미들은 땅의 성질을 고려하여 물이 잘 빠지는 위치에 둥지를 짓거나, 입구 주변의 흙을 쌓아 배수 구조를 만듭니다. 이 덕분에 비가 와도 물이 바로 내부로 스며들지 않습니다.또한, 개미들은 기압 변화를 감지할 수 있습니다. 비가 오기 전에는 대기 중 습도와 기압이 변하는데, 개미들은 이를 미리 알아차리고 입구를 막거나 깊은 곳으로 이동하는 행동을 보이며 실제로 일부 종은 비가 오기 전 입구를 흙으로 덮어 임시로 봉쇄하기도 합니다.그러나 홍수나 장기간의 폭우처럼 빗물이 지하 깊숙이 스며드는 상황에서는, 일부 개미집이 실제로 침수되기도 합니다. 이럴 경우 개미들은 집단적으로 애벌레와 여왕개미를 안전한 곳으로 이동시키거나, 일부 종은 부유 둥지를 만들어 물 위에서 임시로 생존하기도 합니다. 대표적으로 붉은 불개미가 이러한 행동을 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.10
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옆나라 일본은 어떻게 과학 분야에서 자주 노벨상을 수상하게 될까요?
안녕하세요. 말씀해 주신 것처럼, 실제로 일본은 2000년대 이후 아시아 국가 중에서 가장 많은 노벨 과학상 수상자를 배출하고 있는데요 이러한 현상은 단순히 개인의 천재성 때문이 아니라, 국가적 연구 문화, 제도, 그리고 장기적 교육 투자의 결과로 보는 것이 과학적으로 타당합니다.우선 일본은 기초과학에 대한 장기적 투자 문화가 자리 잡혀 있습니다. 1960년대부터 기초 연구는 바로 돈이 되지 않더라도 반드시 국가의 근본이 된다는 인식 아래, 단기 성과보다는 장기 연구를 중시하는 정책을 유지해 왔는데요, 연구비 배분에서도 응용 연구보다 물리·화학·의학 등 근본적 기초 과학에 꾸준히 자금을 투입했습니다. 또한 연구자가 실패를 두려워하지 않는 문화적 환경도 한몫합니다. 일본의 대학과 연구기관은 한 연구자가 10년 이상 한 주제에 몰두할 수 있도록 연구의 자율성을 존중합니다. 성과가 바로 나오지 않아도 꾸준히 실험을 이어갈 수 있게 하는 안정적인 연구비 지원이, 결국 노벨상급 발견으로 이어지는 경우가 많았습니다. 마지막으로 기초과학 인재 양성 시스템도 체계적입니다. 일본의 교육은 중·고등학교부터 과학 실험 중심 교육을 강조하고, 대학에서도 연구자 중심의 교육 구조를 유지합니다. 또한 도쿄대, 교토대, 오사카대 같은 주요 대학에는 세계 수준의 연구소가 있어, 젊은 연구자들이 박사 과정부터 세계적 학자들과 함께 연구할 기회를 얻을 수 있기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.10
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유전자 조작을 할때 특정된 부분만 변형시키도록 할 수도 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 지금은 특정된 부분만 아주 정밀하게 바꾸는 것이 가능하지만, 실제로는 기술적 한계 때문에 정밀 편집 + 확인(선별/클리닝)의 조합으로 목표를 달성하는 경우가 많습니다.특정 부분만 바꾸는 기술이 실제로 있는데요 대표적인 예시는 표적 유전자 편집으로, 유전체의 특정 위치, 예를 들어서 한 유전자의 특정 엑손, 특정 염기서열를 표적해서 돌연변이를 만들거나(노크아웃), 특정 서열을 집어넣거나(노크인) 교정할 수 있습니다. 대표 기술들로는 CRISPR-Cas 계열(가이드 RNA로 표적 지정), 징크핑거·TALEN 등이 있습니다. 정밀 편집 기법으로는 염기교정이나 프라임 편집은 ‘단일 염기’나 작은 서열만 바꾸는 데 특히 유리하며, 이중 가닥 절단 없이 교정할 수 있는 방법도 있습니다. 그러나 ‘정밀성’에도 현실적 제약이 있는데요 오프타깃은 표적이 아닌 곳에서도 변이가 생길 수 있으며 피해를 줄이려는 설계와 검증이 필요합니다. 다만 모든 세포나 모든 배아에서 100% 성공하지 않을 수 있으며, 배아 편집 시 일부 세포만 편집되어 한 개체 안에 편집된 세포와 편집되지 않은 세포가 섞이는 현상이 나타날 수도 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.09
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