안녕하세요 김도건 전문가입니다.
생물·생명
Q. 유전자 상의 인트론의 역할은 무엇인가요?
안녕하세요. 김도건 과학전문가입니다.인트론의 대부분의 서열들은 알려진 기능이 없는 쓰레기 DNA라고 여겼지만 짧은 염기서열의 반복은 효과적인 mRNA절단에 영향을 미친다는 것이 밝혀졌습니다. 인트론 절단의 향상(intronic splicing enhancers)에 대한 정확한 과정은 알려져 있지 않지만 전사과정에서 스플라이오솜(spliceosome)을 안정화시키며 단백질과 결합하는 부위로 작용할 것으로 보입니다. 인트론은 전사된 primary RNA를 절단을 촉매하는 리보자임(ribozyme)으로 불리며 RNA의 촉매제로서의 기능이 발견된 데 의의가 있습니다.
화학공학
Q. 철의 제련과정이 헷갈려요 쉽게 설명해주세요
안녕하세요. 김도건 과학전문가입니다.자연계에 있는 철의 대부분은 산화 철(Ⅱ)(Fe2O3)과 사산화 삼철(Fe3O4)의 산화물의 형태로 존재하고 있습니다. 광산에서 캐낸 적철광, 자철광, 갈철광 등의 철광석으로부터 철을 얻기 위해서는 이들 철광석으로부터 산소를 떼어 내는 환원 반응을 거쳐야 합니다. 잘게 부순 철광석과 탄소가 주성분인 코크스, 그리고 석회석을 용광로에 넣고 뜨겁게 가열한 공기를 불어 넣으면 철이 환원됩니다.용광로 밑의 열풍관을 통해 약 800 ℃로 가열한 공기를 불어 넣으면, 열풍관 가까이에 있는 코크스는 산화 철과 반응하여 불완전한 연소를 일으켜 일산화 탄소가 되는데, 이때 발생하는 연소열로 온도는 2000 ℃까지 올라갑니다. 이 과정에서 생긴 일산화 탄소가 산화 철에서 산소를 빼앗아 철을 환원시키게 됩니다. Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO산화 철(Ⅱ) 코크스(탄소) -> 철 일산화 탄소일산화 탄소는 용광로 위에 올라가면서 철광석을 가열시켜 반응하기 쉬운 액체 상태로 만듭니다. 그리고 다시 산화 철과 반응하여 철로 환원시키고, 이산화 탄소가 됩니다. Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2산화 철(Ⅱ) 일산화 탄소 -> 철 이산화 탄소이 과정을 통해 철광석은 산소를 잃어버리고 액체 상태의 철이 되어, 불순물인 찌꺼기와 함께 아래쪽으로 모이게 됩니다. 그러나 찌꺼기는 액체 상태의 철 위에 떠 있으므로 철과 찌꺼기를 따로 분리할 수 있습니다.뽑아 낸 철을 선철이라고 하는데 선철은 용선차에 쏟아 넣어 제강 공장으로 운반합니다. 거기서 탄소나 불순물을 더 제거하여 강철을 만드는 것입니다.
화학
Q. 온도에 따른 물 분자 형태에 대해
안녕하세요. 김도건 과학전문가입니다.먼저 질문자님의 온도를 교환한다라는 뜻을 정확히 이해하지 못해 엔트로피의 개념에 대해 설명 후 온도 교환에 대해 말씀 드리겠습니다.엔트로피는 우리가 생각하는 모든 과정은 엔트로피가 증가한 결과입니다. 흔히 이러한 개념을 물 속에 떨어뜨린 잉크에 빗대서 많이 설명합니다. 물에 잉크를 떨어뜨리면 잉크는 ‘가만히 두어도 알아서’ 번져 나가요. 이때 ‘가만히 두어도 알아서’라는 것은 외력이 작용하지 않는 자연적인 상태를 말합니다. 이때 잉크가 번져 나가는 것은 잉크가 번지지 않고 가만히 있을 때보다 물과 섞였을 때의 엔트로피가 높기 때문입니다. 물과 섞인 잉크가 가만히 두었을 때 다시 한 방울의 순수한 잉크로 분리되는 일은 결코 일어날 수 없습니다. 이것은 엔트로피가 감소하는 방향이기 때문이죠. 열의 흐름도 마찬가지입니다. 70℃의 물에 같은 양의 30℃의 물을 넣는다고 생각해봅시다. 우리는 이후에 어떻게 될지 잘 알고 있습니다. 외부와의 에너지 출입이 없다면 결국 두 물은 평균 온도인 50℃가 될 거에요. 뜨거운 물은 식고 차가운 물은 데워질 것이라는 것을 알고 있습니다. 이것은 바로 엔트로피가 증가하기 때문인데요. 70℃의 물이 100℃가 되고 30℃의 물이 0℃가 되는 상황은 자연적으로 결코 일어나지 않습니다. 비록 이러한 과정이 에너지 보존의 법칙을 만족시키더라도 말이죠. 자연적이지 않은 방향은 엔트로피가 감소하기 때문입니다. 결국 강제적으로 다른 에너지가 투입되어야만 30℃의 물을 0℃로 만들면서 뺏은 에너지로 70℃의 물을 100℃로 만들 수 있답니다. 물과 섞여버린 잉크도 결국 순수한 잉크로 돌아오기 위해선 분리 과정에서 에너지가 투입되어야 하는 것이죠.자연적인 과정을 통해서 사용되는 에너지는 엔트로피가 높아지는 방향으로 움직이고 혹여 강제적으로 낮추는 과정에서도 역시 에너지를 소모하기 때문에 우리가 사용할 수 있는 에너지는 한정될 수 밖에 없습니다. (이것을 되돌릴 수 없다는 뜻에서 비가역적이라고 합니다.)
생물·생명
Q. 식물들의 잎은 초록색에서 가을이 되면 노랑,빨강,주황으로 변하는데 다른이유는?
안녕하세요. 김도건 과학전문가입니다.나뭇잎에 단풍이 드는 이유는 겨울을 대비하기 위한 준비를 하기 위해서 입니다. 원래 봄, 여름에는 나뭇잎에 엽록소가 많아 녹색을 띠지만 가을이 되면 나뭇잎에서 엽록소가 분해되면서 남아 있는 붉은 색, 노란색 색소가 도드라지게 되는 것입니다.가을이 되면 기온이 떨어지고 공기가 건조해고, 이때 나뭇잎은 일차적으로 수분 부족을 겪게 됩니다. 나뭇잎은 태양 에너지를 이용해 공기 중에 있는 이산화탄소와 뿌리에서 빨아올린 물로 생물의 주 에너지원이 되는 탄수화물을 만들어야 하는데, 이것이 광합성 작용입니다. 그리고 식물은 광합성 작용을 할 때 사람들이 상상할 수 없을 만큼 많은 양의 물을 대기 속으로 뿜어내야 하고, 실제 과학자들의 실험에 따르면 옥수수는 낱알 1kg을 만들어내기 위해서 잎에서 600kg의 물을 증발시키는 것으로 알려졌습니다.하지만 가을이 돼서 기온이 내려가고 건조해지면 뿌리를 통해 더 이상 물을 빨아올릴 수 없게 되므로 옥수수와 마찬가지로 잎을 가진 나무들도 수분이 부족한 상황에서 살아남기 위해 하는 수 없이 광합성 활동을 멈추게 됩니다. 그런데 나뭇잎에는 녹색의 엽록소 외에도 빛을 흡수하는 색소로 70여 종의 카로티노이드가 있어, 이들 색소 가운데 흔히 볼 수 있는 게 붉은색 단풍을 만드는 카로틴이고 노란색을 띠는 크산토필 입니다.여름철에는 왕성하게 일을 하는 엽록소로 인해 이러한 색소는 사람들의 눈에 보이지 않지만 가을철 차고 건조한 날씨가 되면 잎에서 엽록소가 분해돼 사라지게 됩니다. 그러면 양이 작은 다른 색소들이 비로소 나타나게 되고 이들 색소의 많고 적음에 따라 나뭇잎은 노란색이나 붉은색으로 보이게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 플라나리아 는 어떻게 잘라도 두마리로 살아나나요?
안녕하세요. 김도건 과학전문가입니다.가로로 잘랐을 때 두 조각이 각각의 개체로 재생하며, 실험실에서 128조각으로 잘랐는데 재생되었다고 합니다. 세로로 자른다면 머리가 잘리니 죽는다고 하는 사람도 있는데, 머리 부분만 정확히 자른 후 종이 등으로 다시 붙지 못하게 하면 머리가 두 개인 플라나리아를 만들 수 있습니다.눈을 정확하게 자른다면 네눈박이로도 만들 수도 있습니다. 작은 조각이라도 머리에 가까운 쪽에서는 머리가 생기고 꼬리에 가까운 쪽에서는 꼬리가 생겨나는 특징이 있기 때문에, 머리가 여럿이거나 꼬리가 여럿인 플라나리아는 만들 수 있어도 위아래로 머리뿐이거나 꼬리뿐인 플라나리아는 일반적으로 만들 수 없지만, 2010년대에 진입하면서 과학자들의 연구를 통해 가능해지기도 했습니다.