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앱시스산이 기공의 개폐를 조절하여 수분 스트레스에 어떻게 대응하도록 하는지 설명할 수 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 식물은 기공을 통해 이산화탄소(CO₂)를 받아들이고 수증기(H₂O)를 방출하면서 광합성과 기체 교환을 하는데요, 하지만 가뭄이나 토양 수분 부족 상황에서는 수분 손실을 줄이는 것이 생존에 가장 중요하기 때문에, 이때 작용하는 대표적인 호르몬이 바로 앱시스산(ABA)이라고 할 수 있습니다.뿌리와 잎의 세포가 토양 수분 부족을 감지하면 ABA가 빠르게 합성 및 축적되는데요, ABA는 잎의 공변세포로 이동하여 기공 조절을 유도합니다. ABA는 공변세포에서 여러 신호전달 과정을 거쳐 기공을 닫히게 하는데요, 우선 ABA가 수용체에 결합하면 Ca²⁺ 농도 상승과 함께 K⁺ 채널 억제 및 Cl⁻, NO₃⁻ 방출을 유도하는데 이때 이온이 빠져나가면서 공변세포의 삼투 potential이 감소합니다. 삼투압이 낮아진 공변세포는 세포 내 물을 잃고, 팽압이 줄어드는데요 그 결과, 공변세포가 수축하여 기공이 닫히게 됩니다. 또한 ABA 신호는 공변세포 내에서 활성산소종(ROS) 과 세포질 pH 상승을 유도하며, 이는 이온 채널 조절과 기공 닫힘 반응을 강화하는데요, 기공이 닫히면 증산을 통한 수분 손실이 급격히 줄어들며 동시에 광합성에 필요한 CO₂ 유입도 줄지만, 식물은 일시적으로 생존을 우선하기 위해 광합성 효율보다 수분 보존을 선택하게 되는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.01
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왜 사람은 걸을때 양팔을 앞뒤로 움직이나요?
안녕하세요. 우리가 걷는 동안 팔을 앞뒤로 흔드는 것은 단순한 습관이 아니라 생체역학적 효율과 균형 유지에 중요한 역할을 하는데요, 우선 가장 중요한 이유는 '균형 유지'입니다. 걸을 때 다리는 큰 진동과 회전 운동을 만드는데요, 이때 팔을 반대 방향으로 움직이면, 상체의 흔들림을 상쇄시켜 몸의 중심을 안정적으로 유지할 수 있으며 만약 팔을 움직이지 않고 걸으면 상체가 좌우로 크게 흔들려 불안정해집니다.또한 에너지 효율성과도 관련이 있는데요, 연구에 따르면 팔을 흔드는 것이 오히려 에너지 소모를 줄여주는데요, 다리가 앞으로 나갈 때 반대쪽 팔이 함께 움직이면, 몸 전체의 회전 모멘트를 줄여주어 불필요한 근육 사용을 최소화합니다. 즉, 같은 거리를 걸어도 팔을 흔들면 덜 피곤하고 효율적으로 움직일 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.01
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에틸렌이 과일의 성숙을 촉진하는 분자적 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 과일의 후숙 과정은 대표적인 식물 호르몬 에틸렌(C₂H₄) 의 작용으로 조절됩니다. 에틸렌은 식물세포에서 합성되어 기체 상태로 확산하는 호르몬으로, 과일의 숙성을 스위치처럼 조절하는데요, 우선 과일 세포 내 소포체 막에 위치한 에틸렌 수용체(ETR1)가 에틸렌을 인식하며 에틸렌이 결합하면 수용체의 억제 기능이 풀리면서, 하위 신호전달 경로가 활성화됩니다. 이때 CTR1 단백질이 불활성화되며, EIN2 → EIN3/EIL 전사인자가 차례로 활성화되고 이 전사인자들은 숙성과 관련된 유전자들의 발현을 유도합니다. 성숙과 관련된 유전자들이 발현되면서 세포벽 분해 효소의 작용에 의해 과일이 부드러워지고, 색소 대사 효소로 인해 초록색에서 빨갛거나 노랗게 변화하게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.01
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옥신이 식물의 굴광성에 어떤 역할을 하며, 세포 신장과 어떻게 연관되어 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 식물의 '굴광성'은 빛을 향해 줄기나 잎이 휘어지는 현상은 대표적인 호르몬 조절 반응인데, 이 과정에서 핵심 역할을 하는 것이 바로 옥신이라는 호르몬입니다.식물의 줄기 끝에 위치한 정단분열조직에서 빛을 감지하면, 옥신이 빛을 받은 쪽에서 반대쪽으로 이동하는데요 그 결과, 빛을 받지 않은 측에 옥신이 더 많이 축적됩니다. 옥신은 세포벽에 작용하여 세포 신장을 유도하는데요, 세포막에 있는 H⁺-펌프를 활성화시키고 H⁺가 세포벽으로 많이 방출되어 세포벽이 산성화되며, 낮아진 pH가 익스팬신 같은 단백질을 활성화시켜, 셀룰로오스 섬유 사이의 결합을 느슨하게 하여, 세포 내부의 삼투압에 의해 물이 유입되면서, 세포가 늘어나고 길이가 커지는 것입니다. 결국 빛 반대쪽의 세포들이 더 많이 신장하기 때문에, 줄기는 한쪽으로 휘어져 결국 빛을 향하게 되며 옥신의 불균등 분포 → 세포 신장의 불균등 → 줄기의 굴곡 → 빛 쪽으로 향함 이라는 과정을 거쳐서 굴광성이 나타납니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.30
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오비탈의 양자수는 각각 어떤 물리적 의미를 가지며, 원자 내 전자의 상태를 어떻게 규정하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 '오비탈'이란 원자 내에서 전자가 존재할 수 있는 공간을 의미합니다. 원자 내에서 전자의 상태는 양자수 네 가지로 규정되며, 각각은 전자가 어떤 에너지 상태와 공간적 분포를 가지는지를 나타내는 물리적 의미를 담고 있는데요, 우선 주양자수는 전자의 에너지 준위와 전자 껍질을 결정하는 양자수입니다. 값이 클수록 전자가 핵으로부터 멀리 존재하며, 평균적인 전자 껍질의 크기가 커지고 에너지도 증가합니다. 다음으로 부양자수는 전자의 오비탈 형태(모양) 와 부분 껍질을 결정합니다. 자기양자수는 주어진 오비탈이 공간에서 어떤 방향성을 가지는지 나타내며, 마지막으로 스핀양자수는 전자가 가진 내부 고유 각운동량 방향을 나타내는 값이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.30
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인체의 장기중에 간은 잘라내면 재생하는가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 인체의 여러 장기 중 간은 특별히 뛰어난 재생 능력을 가진 장기로 알려져 있는데요, 일반적으로 세포나 조직이 손상되면 상처가 흉터로 남는 경우가 많은데, 간은 다릅니다. 간세포는 분열을 통해 새로운 세포를 만들어 손상된 부분을 대체할 수 있기 때문에, 일정 부분을 잘라내더라도 다시 원래 크기와 기능을 회복할 수 있습니다. 예를 들어, 간 절제술을 통해 간의 절반가량을 제거하더라도 남은 간 조직이 증식하여 몇 달 안에 거의 원래 크기에 가까워지는데요 실제로 간 이식 수술에서도, 기증자가 간의 일부를 잘라 내주면 남은 간이 재생하고, 이식받은 환자의 몸 안에서도 새 간이 자라나 기능을 회복하게 됩니다.하지만 간이 무한히 재생될 수 있는 것은 아닙니다. 간세포가 재생하려면 간 조직의 기본 구조인 혈관망과 담관 구조가 어느 정도 유지되어야 하고, 심각한 간경변이 진행된 상태에서는 재생 능력이 크게 떨어지는데요, 따라서 건강한 간에서는 재생이 잘 일어나지만, 만성 질환으로 손상된 간에서는 재생 능력이 제한적입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.30
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해달이 우리나라 바다에서도 발견된 적이 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 해달이 우리나라 바다에서 원래 상주했다는 확실한 기록은 없지만 다만 유사한 종류의 수달은 우리나라 하천 및 연안에 살고 있으며, 과거엔 더 넓은 분포를 가졌던 것으로 보입니다.말씀해주신 것과 같이 해달은 북태평양 연안, 특히 북미와 러시아 극동 연안, 알래스카, 캘리포니아 해안과 일본 북부 해안 등에서 주로 발견되는데요, 이들은 해양 생태계에 강하게 의존하며, 바다 표층·암초 주변·해초 숲 지역 등에서 먹이를 찾고 생활하며, 해달의 역사적 사냥 등 인간의 영향으로 개체 수가 크게 줄었고, 일부 지역에서 복원 노력이 이루어지고 있습니다. 따라서 해달의 기본 서식 범위는 얼음 근처 연안 바다 또는 북태평양 연안 지역이 중심입니다.반면에 우리나라에는 해달이 아니라 유라시아수달이 존재하는데요, 이 수달은 담수 및 연안 하천, 연안 습지 등에서 서식할 수 있으며, 해양에 완전 적응한 해달과는 생태적 요구 조건이 다릅니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.30
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인지질 2번탄소 PLA2 잘라내서 아라키돈산
안녕하세요. 질문해주신 인지질은 기본적으로 3탄소로 이루어진 글리세롤 골격에 세 가지가 붙어 있는 구조인데요 1번 탄소는 주로 포화지방산이 에스터 결합 (–O–C(=O)–R)으로 붙고, 2번 탄소는 주로 불포화지방산(대표적으로 아라키돈산)이 에스터 결합으로 붙으며 3번 탄소에는 인산기(–PO₄²⁻)와 극성 머리 그룹인 콜린이나 에탄올아민 등이 붙습니다.즉, 글리세롤이 C1–C2–C3로 이어져 있고, 그중 C1과 C2에는 지방산 꼬리, C3에는 친수성 머리가 연결됩니다.PLA₂(Phospholipase A₂)는 인지질의 2번 탄소에 결합된 지방산과 글리세롤 사이의 에스터 결합을 가수분해하는데요, 이 반응을 통해 아라키돈산이 잘려나오며, 잘려나간 뒤에는 글리세롤 뼈대는 라이소포스포리피드가 됩니다. 즉 말씀해주신 것처럼 글리세롤 2번 탄소 –O–C(=O)–R (지방산 꼬리) 이 부분의 에스터 결합을 끊는 것이며 글리세롤의 중간(C2)에 붙어 있는 불포화지방산 꼬리 전체가 떨어져 나가는 구조입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.30
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분자 오비탈 이론에서 결합 차수는 어떻게 계산하며, 이 값이 분자의 안정성과 어떤 관련을 가지나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 루이스 구조식에서는 결합을 단순히 선으로 표시해 공유 전자쌍의 개수를 세어 결합 차수를 정하지만, 분자 오비탈 이론에서는 전자를 분자 전체에 퍼진 오비탈에 배치하여 결합 차수를 계산하는데요, 분자 오비탈 이론에서 결합 차수는 결합성 오비탈에 들어간 전자 수에서 반결합성 오비탈에 들어간 전자 수를 뺀 후 이를 2로 나눈 값으로 구합니다. 즉, 결합을 안정화시키는 전자와 불안정화시키는 전자의 차이를 반영해 결합의 강도를 나타냅니다. 이때 결합차수가 클 수록 결합이 강하고 짧아지며, 분자의 안정성이 커지며, 결합차수가 0일 때는 결합을 형성하지 못하고, 해당 분자는 안정적으로 존재하지 않습니다. 또한 결합 차수가 분수로 표현될 경우는 전자가 비편재화된 경우로, 공명 구조를 MO 이론으로 자연스럽게 설명할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.30
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흑체 복사 곡선에서 온도가 높아질수록 최대 세기를 갖는 파장이 짧아지다가 자외선 파탄이 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 흑체 복사 곡선에서 온도가 올라갈수록 최대 세기를 갖는 파장이 짧아지는 현상 자체는 빈의 변위 법칙으로 잘 설명되는데요, 하지만 고전 물리학인 레일리–진스 법칙으로 이를 해석하려 하면, 짧은 파장의 고주파 영역에서 전혀 맞지 않는 결과가 나타나고, 이것이 바로 자외선 파탄입니다. 레일리–진스 법칙은 전자기파를 연속적인 파동으로 취급하며, 진동자의 에너지가 연속적으로 임의의 값(0에서 ∞까지)을 가질 수 있다고 가정했는데요, 따라서 파장이 짧을수록, 즉 진동수가 커질수록 가능한 모드의 수가 폭발적으로 증가합니다. 이 가정에 따르면 파장이 짧아질수록 방출 에너지가 무한히 증가하게 되며, 특히 자외선 영역에 들어가면 발산(→ ∞)하는데요, 하지만 이는 실험 결과에서 관찰되는 곡선과 전혀 다르며, 파장이 짧아질수록 흑체는 무한히 밝아져야 한다는 터무니없는 결론으로 이어집니다. 실제로는 온도가 올라가도 흑체 복사 곡선은 특정 파장에서 최대값을 갖고, 그 이후 자외선 쪽에서는 급격히 세기가 줄어들며 짧은 파장에서 무한히 증가하지 않습니다. 플랑크는 이를 해결하기 위해 에너지 양자화 가설을 제시했는데요 진동자의 에너지는 연속적이지 않고, 불연속적인 값만 가질 수 있다는 것입니다. 이때 짧은 파장에서는 하나의 양자(광자)가 가지는 에너지가 매우 크므로, 실제로는 그런 고에너지 상태에 도달할 확률이 급격히 줄어들며 그 결과, 실험과 같이 고주파 영역에서 에너지가 발산하지 않고 자연스럽게 억제되어, 자외선 파탄이 사라지게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.09.30
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