안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 고혈압치료에대해궁금해서질문합니다
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 고혈압은 현재 전 세계적으로 가장 흔한 만성질환 중 하나이고, 말씀하신 것처럼 지금까지는 약물 치료 및 식단과 운동, 체중조절 등의 생활습관 개선이 기본 관리 방법으로 여겨지고 있습니다. 우선 고혈압은 단일 원인 질환이 아니라, 유전·신장 기능·혈관 탄력성·호르몬 조절·생활습관이 모두 얽혀 있는데요 따라서 한 가지 원인 치료를 통해서 완치를 한다라는 접근이 힘듭니다. 지금은 혈압을 낮추는 여러 기전을 가진 약, 예를 들자면 이뇨제, ACE 억제제, ARB, 칼슘통로 차단제, 베타 차단제 등을 사용하는데요 하지만 약은 혈압을 정상 범위로 조절할 수는 있어도, 질환 자체를 없애지는 못합니다. 미래 치료 전망에 대해서 말씀드리자면, 일부 고혈압은 특정 유전자 변이와 관련이 있는데요 우선 CRISPR 같은 유전자 편집 기술이 발전하면, 고혈압 소인을 직접 교정하거나, 신장·혈관에서 혈압 조절을 담당하는 유전자 발현을 조절할 수 있을 가능성이 있습니다. 다만 고혈압이 다인자성이기 때문에, 단순한 유전자 하나로 해결되기는 어려울 수 있습니다. 또한 고혈압의 중심 기관인 나트륨 배설 조절과 관련된 신장과 혈관 내피세포의 기능을 재생시키는 치료가 연구되고 있습니다.따라서 미래에 줄기세포 치료나 인공 혈관, 신장 기능 대체가 발전하면 혈압을 정상적으로 스스로 조절할 수 있는 능력을 갖게 될 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 농수산대학교 원예학부 화훼전공에 가려면 어떻게 해야하나요???
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 화훼 재배 기술자라는 직업은 실제로 농업 분야에서 중요한 전문 직종이고, 특히 농수산대학교 원예학부 화훼전공은 그런 길을 준비하기에 아주 적합한 학과라고 할 수 있겠습니다. 학교 동아리로는 과학 동아리, 생물·식물 연구 동아리, 원예 관련 자율동아리를 하면 좋을 것 같고, 교내 활동으로는 과학탐구 대회, 생물탐구 보고서, 환경/생명 관련 봉사활동, 학교 텃밭 가꾸기 같은 실습 활동을 꾸준히 하시면 좋을 것 같습니다. 화훼전공을 하게 되시면 장미, 국화, 난, 선인장, 관엽식물 등 다양한 화훼 작물의 생육 특성과 재배법, 온실, 수경재배, 스마트팜 시스템 운영, 식물의 생리, 해충 방제, 환경 제어 기술 등에 대해서 배우시게 될 것이고, 또한 화훼 재배 기술자가 되기 위해서는 실습 경험과 산업 현장 이해가 중요할 것입니다. 대규모 온실, 화훼 단지에서 재배 기술자로 일하면서 경험 축적하거나 대형 화훼 유통 회사, 종묘 회사 등에서 기술직 근무를 하게 되실 수도 있으실 것이고, 이외에 일정 경험 후 직접 온실을 운영하거나 플로리스트와 협력해 생산-판매를 하게 되실 수도 있겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 갈색 지방의 UCP1 단백질이 ATP 합성 대신 열 발생을 유도하는 메커니즘은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 갈색 지방 세포의 대표적 특징은 미토콘드리아 내에 존재하는 UCP1 단백질을 활용하여 에너지를 ATP 합성이 아닌 열 생산으로 전환하는 능력이라고 할 수 있는데요, 원래 포도당이 피루브산으로 전환된 후 미토콘드리아 내에서 산화되면 전자전달계가 작동하며 전자전달계는 NADH, FADH₂에서 전자를 받아 내막을 따라 이동시키며, 동시에 양성자(H⁺)를 막간 공간으로 펌핑합니다. 그 결과 미토콘드리아 내막에는 양성자 농도 차이인 전기화학적 기울기가 형성되며 정상적인 경우, 이 양성자는 ATP 합성효소를 통해 기질 안으로 되돌아오며 ADP + Pi → ATP 합성이 일어납니다.다만 UCP1은 미토콘드리아 내막에 위치한 프로톤 유출 통로인데요, 따라서 UCP1이 활성화되면 양성자는 ATP 합성효소 대신 UCP1을 통해 기질로 빠져나옵니다. 이 과정에서 전기화학적 기울기가 ATP 합성으로 연결되지 못하고 그라디언트 자체가 소실되는 것이며, 전자전달계는 계속 작동하면서 산화 기질을 소비하고 산소를 환원하지만, ATP 생산은 크게 줄어들고, 에너지는 열 형태로 방출됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 투구게는 양식없이 오로지 바다에서 잡는 건가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 투구게의 피는 푸른색을 띠며 안에 들어 있는 아메보사이트라는 면역 세포가 그람음성세균의 엔도톡신인 LPS에 매우 민감하게 반응하여 응고 반응을 일으키는데요, 이 성질을 이용해 만든 것이 바로 LAL 시험으로, 정맥 주사용 의약품이나 의료기기의 엔도톡신 오염 여부 검사에 필수적으로 쓰이고 있습니다. 말씀하신 것과 같이 투구게의 대부분은 바다에서 포획합니다. 미국 동부 해안 등지에서 투구게를 잡아, 일정량의 피를 채취한 뒤 바다에 다시 방류하는 방식이 주로 사용되는데요 이때 한 마리에서 체중의 약 30% 정도의 피를 뽑는데, 이후 생존율은 보고에 따라 70% 안팎 정도로 알려져 있습니다. 하지만 스트레스와 약화로 인해 실제 사망률은 더 높을 수 있다는 우려가 있습니다. 또한 투구게는 성장 속도가 느리기 때문에 성체가 되기까지 약 10년이 소요되고, 서식 환경 요구가 까다로운데요 그래서 대규모 양식에 성공한 사례는 아직 거의 없고, 연구 목적으로 소규모 사육이 일부 이루어지고 있을 뿐입니다. 감사합니다.
화학
Q. 방향족 화합물의 친전자성 치환 반응에 반응성을 높이기 위해서는 어떠한 조치를 취해야 하나요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 벤젠과 같은 방향족 화합물의 친전자성 치환 반응은 벤젠 고리가 안정한 방향족성을 가지고 있어서, 반응을 일으키려면 상당한 활성화 에너지가 필요한데요, 이때 방향족 고리에 –OH, –NH₂, –OCH₃와 같이 전자를 주는 치환기를 도입하면, 고리의 전자밀도가 증가합니다. 이때 특히 공명효과로 전자를 밀어주는 –OH, –NH₂ 같은 치환기는 친전자체가 고리를 공격하기 훨씬 쉽게 만들어 줄 수 있으며 페놀은 벤젠보다 친전자성 치환 반응에 훨씬 빠르게 반응할 수 있습니다. 또는 친전자체 자체를 더 강력하게 만들어 주면 반응성이 올라갈 수 있는데요, 즉 Br₂ 단독으로는 벤젠과 잘 반응하지 않지만, FeBr₃ 같은 루이스산 촉매를 사용하면 Br⁺ 친전자체가 생성되어 반응성이 크게 증가하게 됩니다. 이와 함께 고온, 고압과 같은 물리적 조건을 사용하면 방향족성의 높은 안정성을 극복할 수 있는데요 하지만 일반적으로는 조건을 과격하게 하기보다는 촉매나 치환기 효과를 이용하는 것이 효율적이긴 합니다. 감사합니다.
화학
Q. 미토콘드리아의 전자 전달계에서 산화환원 반응이 순차적으로 일어날 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 미토콘드리아 내막에는 4개의 전자전달계 복합체와 보조 전자 운반체(Q, Cyt c)가 배열되어 있으며, NADH와 FADH₂가 전달하는 전자가 이들을 거쳐 최종적으로 산소(O₂)에 전달됩니다.이때 표준환원전위(E°’)의 차이가 나타나는데요, 전자전달계에 배열된 전자 운반체들은 서로 다른 표준환원전위를 가집니다. 일반적으로 전자는 낮은 환원전위로부터 높은 환원전위 방향으로 이동하는 것이 자발적인데 실제로 NADH(-0.32 V)에서 시작된 전자는 점차 환원전위가 더 큰 운반체들, 예를 들자면 유비퀴논, 시토크롬, 최종적으로 +0.82 V인 O₂로 흘러가며, 이 과정에서 자유에너지(ΔG)가 점차 감소하게 되는 것입니다. 또한 각 복합체 및 전자 운반체(Q, Cyt c)는 전자를 받을 수 있는 FMN과 같은 특정한 산화환원 중심을 가지고 있는데요, 이들은 전자의 개수와 전달 메커니즘에 맞춰 구조적으로 배열되어 있기 때문에, 전자가 정해진 경로로만 순차적으로 전달되는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 효소로 인해서 활성화 에너지가 낮아지는 것은 전이상태 이론으로 어떻게 설명 가능한가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 효소는 반응이 진행될 때에 필요한 최소한의 에너지인 활성화에너지를 낮추는 역할을 하는데요, 우선 기본적으로 모든 화학 반응은 반응물이 전이상태라는 고에너지 상태를 거쳐 생성물로 전환됩니다.전이상태는 반응물과 생성물 사이에 존재하는 매우 불안정하고 수명이 극히 짧은 상태이며, 이 상태에 도달하기 위해 필요한 최소 에너지가 바로 활성화 에너지(Ea)인데요, 이때 반응 속도는 전이상태에 도달하는 분자의 수에 의해 결정됩니다. 즉, 활성화 에너지가 낮을수록 더 많은 분자가 전이상태에 도달할 수 있어 반응이 빨라지는 것입니다. 이 과정에서 효소의 활성 부위는 반응물보다는 전이상태에 더 잘 맞도록 진화했는데요 따라서 기질이 효소에 결합하면, 효소는 기질을 전이상태에 가까운 구조로 변형시켜 주고, 전이상태가 더 안정적으로 형성될 수 있게 해주는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 버섯 가운데에서 먹으면 환각 작용이 있는 버섯이 있는데, 왜 그런 버섯이 생긴 걸까요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 버섯 가운데 일부 종, 예를 들어 광대버섯이나 환각 버섯 같은 것들은 사람이 섭취했을 때 환각, 지각 왜곡, 기분 변화 등을 유발하는 물질을 함유하고 있는데요 이보텐산, 무시몰, 실로시빈이나 실로신 같은 성분입니다. 이와 같은 작용은 버섯의 일종의 생존 전략이라고 할 수 있는데요, 환각 물질은 사실상 신경독의 일종인데요, 동물이 이런 버섯을 먹었을 때, 신경계가 교란되면서 정상적인 행동을 하기 어렵게 만들기 위함입니다. 즉 환각, 방향 감각 상실, 불쾌한 경험 등을 일으켜 다시는 그 버섯을 먹지 않게 만들어서 버섯을 보호하는 화학적 무기인 셈입니다.또한 버섯은 진화 과정에서 다양한 2차 대사산물을 만들어내는데요, 이 물질들은 생존에 꼭 필요하지는 않지만, 환경에서 다른 생물과 경쟁하거나 방어할 때 유리하게 작용할 수 있습니다. 그중 일부가 동물 신경계의 특정 수용체에 작용하여 환각 효과를 일으키는 것이며 즉, 우연히 신경계에 강한 영향을 주는 물질이 생겼고, 이것이 포식자 회피에 유리했기에 유지된 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 신생아 시기에 많이 가지고 있는 갈색 지방 세포가 하는 역할은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 신생아 시기에 많이 존재하는 갈색 지방 세포는 성인의 백색 지방 세포와는 그 기능이 크게 다른데요 백색 지방은 주로 에너지를 저장하는 저장고의 역할을 하는 반면, 갈색 지방은 에너지를 소모하면서 열을 발생시키는 기관으로 작용합니다. 즉 신생아는 체온 조절 능력이 미숙하고 체표면적에 비해 체적이 작아 쉽게 열을 잃기 때문에, 갈색 지방은 생존을 위한 중요한 열원 역할을 하는 것입니다. 구체적으로 말씀드리자면 갈색 지방 세포에는 일반 세포보다 훨씬 많은 미토콘드리아가 존재하며, 이 미토콘드리아에는 UCP1이라고 하는 특수한 짝풀림 단백질이 있는데요, 정상적인 세포 호흡에서는 미토콘드리아의 전자전달계가 양성자 기울기를 형성하고, 이 기울기를 ATP 합성효소가 사용하여 ATP를 합성합니다. 반면에 갈색 지방에서는 UCP1이 양성자 기울기를 ATP 합성 대신 열로 소모시켜 버리는데요 즉 에너지 생산 효율을 희생하는 대신, 전자전달계의 에너지를 곧바로 열로 변환하는 것입니다. 이 과정을 비떨림 열발생이라고 부르는 것인데요, 성인은 근육 떨림으로도 체온을 유지할 수 있지만, 신생아는 근육량이 적고 떨림 반응이 약하기 때문에 갈색 지방을 통한 비떨림 열발생이 필수적인 체온 유지 기작이 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 갈색 지방의 미토콘드리아가 다량의 열을 발생시킬 수 있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 갈색 지방의 미토콘드리아가 다량의 열을 발생시킬 수 있는 이유는 전자전달계와 산화적 인산화 과정의 연결이 특이적으로 조절되기 때문인데요, 일반적인 세포의 미토콘드리아에서는 전자전달계를 통해 생성된 양성자(H⁺) 기울기가 ATP 합성효소를 통해 흘러 들어오면서 ATP 합성에 이용됩니다. 이때 방출되는 에너지가 대부분 ATP 합성에 집중되므로 열 발생은 상대적으로 제한적입니다. 반면에 갈색 지방세포의 미토콘드리아에는 UCP라고 하는 짝풀림 단백질이 존재하는데요, 이 단백질은 미토콘드리아 내막에 위치하여 양성자들이 ATP 합성효소를 거치지 않고 직접 기질 쪽으로 새어 들어오도록 통로를 제공합니다. 즉, 전자전달계를 통해 생성된 양성자 기울기가 ATP 합성에 사용되지 않고, 그 에너지가 열로 방출되는 것입니다. 따라서 갈색 지방의 미토콘드리아는 전자전달계는 정상적으로 작동하지만 ATP 합성이 억제되고, 대신 그 에너지가 열 발생으로 전환되는 것이며 이 과정은 특히 신생아나 겨울잠을 자는 동물에서 체온 유지에 매우 중요한 역할을 한다고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.