안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 단백질 전기영동을 할 때 SDS를 사용하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 DNA 전기영동(아가로스 겔)과 단백질 전기영동(SDS-PAGE)은 목적이 다르고, 분자들의 성질이 달라서 사용하는 조건이 다른데요, SDS (Sodium Dodecyl Sulfate, 음이온성 계면활성제)는 단백질 시료를 처리할 때 반드시 사용하는데, 단백질은 아미노산 서열(1차 구조)뿐 아니라 α-나선, β-병풍, 그리고 3차 구조까지 다양하게 접혀 있습니다. SDS 없이 그대로 전기영동을 하면, 접힌 모양과 표면 전하 분포 때문에 이동 속도가 제각각이라서 분자량(크기) 기준으로 분리할 수 없으며, SDS가 단백질의 비공유적 결합(수소 결합, 소수성 상호작용 등)을 끊고, 단백질을 1차 구조에 가까운 길게 편 모양으로 만듭니다. 단백질은 종류마다 표면 전하(+, -)가 다르기 때문에 전기장에서 이동 방식이 일정하지 않으며, SDS는 한 아미노산 잔기당 약 1.4개의 SDS 분자가 붙어, 단백질 전체에 거의 일정한 비율의 음전하를 부여합니다. 그 결과, 단백질의 전기영동 이동은 전하 차이와 구조가 아니라 "분자량(사이즈)"에 의해서만 결정됩니다. 이렇게 구조를 풀고 균일한 음전하를 준 뒤 전기영동을 하면, 분자량이 작은 단백질일수록 겔 속에서 더 빨리 이동하게 되며, 따라서 SDS-PAGE는 분자량 기준으로 단백질을 정밀하게 분리할 수 있고, 단백질 크기를 추정할 때 표준 단백질 마커와 비교하는 데도 쓰입니다. 또한 DNA는 이미 인산기(PO₄³⁻) 때문에 균일하게 음전하를 띠고 있고, 구조적 차이가 크지 않으며, 그냥 아가로스 겔에서 크기대로 분리 가능하지만 단백질은 크기도 다양하고 접힘 구조, 전하 분포가 제각각이며, SDS 처리 없이는 분자량만 기준으로 정렬된 결과를 얻기 힘듭니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 식물 잎 끝부분이 갈색으로 변하는 이유
안녕하세요. 네, 질문주신 것과 같이 여름에 식물 잎 끝이 갈색으로 변하는 현상은 식물 관리에서 흔히 관찰되는 문제로, 여러 가지 환경적·생리적 요인이 복합적으로 작용한 결과라고 볼 수 있는데요, 우선 주요 원인으로 '수분 스트레스'가 있을 수 있습니다. 뿌리 주변 토양이 항상 축축하면 뿌리가 산소 부족으로 스트레스를 받는데요, 이로 인해 수분 흡수가 불균형해지고, 잎 끝부터 갈색으로 마르기 시작하며 반대로 공기가 매우 건조하거나 토양 수분이 부족할 때도 잎 끝부터 시들고 갈변합니다. 또한 여름철 직사광선이나 뜨거운 공기 온도 때문에 잎이 열 스트레스를 받으면, 잎 끝 세포가 손상되어 갈색으로 변할 수 있으며, 특히 화분 식물은 토양 온도가 지면보다 빨리 올라가면서 뿌리 손상까지 유발할 수 있습니다. 이외에도 물 속 용존된 미네랄(특히 질산염, 염화나트륨 등)이 토양에 많이 남으면, 잎 끝 세포가 손상되어 갈색으로 변할 수 있는데요, 이는 일반적으로 수돗물에 칼슘과 마그네슘이 많거나 비료를 너무 자주 주었을 때 나타납니다. 마지막으로 질소 과다 또는 칼륨 부족도 잎 끝 갈변을 유발할 수 있으며, 특히 여름철 성장기에는 질소 부족보다는 칼륨 부족으로 잎 끝부터 마르는 경우가 많습니다. 대처 방법으로는 흙 표면이 말랐을 때만 물 주기, 배수가 잘되는 화분 사용, 화분 받침에 고인 물 제거, 한낮 직사광선을 피하고, 밝은 그늘에서 관리, 특히 화분 식물은 뜨거운 여름철에 실내 또는 반그늘로 이동하기 등이 있을 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 중앙아메리카에 사는 맥 이름에 왜 '베어드'가 붙었어요?
안녕하세요. 네, 질문 주신 베어드맥(Baird’s Tapir)의 이름에 붙은 “베어드(Baird)”의 의미와 유래에 대해 설명드려보자면, 우선 학명은 Tapirus bairdii이고 영어명은 Baird’s Tapir인데요, 멕시코 남부, 과테말라, 온두라스, 코스타리카, 파나마 등 중앙아메리카 내륙 숲과 밀림에 분포하고 있으며, 베어드맥은 중앙아메리카 최대의 포유류 중 하나로, 남쪽에 사는 아메리카맥(Tapirus terrestris)보다 덩치가 조금 크고, 코가 길며, 개체수가 더 적은 특징을 가지고 있습니다. 이름의 유래는 미국의 스펜서 풀러 베어드(Spencer Fullerton Baird, 1823~1887)에서 따왔는데요, 스펜서 베어드는 19세기 미국의 저명한 자연사학자이자 박물학자였습니다. 미국 국립박물관(현재의 스미스소니언 국립자연사박물관) 설립과 발전에 큰 공헌을 했고, 북미 및 중앙아메리카의 포유류 연구에도 참여했는데요, 1850년대~1870년대에 중앙아메리카 포유류 표본을 수집·연구하면서 베어드맥을 과학적으로 기술한 학자들에 의해 그의 이름을 붙여 학명과 영어명으로 기념하게 되었습니다. 즉, 여기서 “베어드(Baird)”는 턱수염과 관련이 있는 것이 아니라, 과학자 스펜서 베어드를 기리기 위한 명명이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 다양한 곤충들은 주변 환경에 어떻게 적응했을까요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 충은 지구상에서 가장 성공적인 동물 그룹 중 하나로, 수억 년 동안 다양한 환경에 적응하면서 매우 특화된 방어 및 생존 전략을 발전시켜 왔는데요, 곤충의 몸 색이나 무늬가 주변 환경과 유사하여 포식자에게 잘 보이지 않도록 하는 전략이며, 나뭇잎 모양의 잎사귀 나방, 나뭇가지와 비슷한 스틱 인섹트를 예로 들 수 있으며 이러한 경우 포식자(새, 도마뱀 등)에게 발견되지 않아 생존 확률이 상승하게 됩니다. 또한 화려한 색을 이용해 자신이 위험하거나 독이 있다는 신호를 보여주기도 하는데요, 붉은색과 검은색의 무당벌레, 검은색·노란색 줄무늬의 말벌을 예로 들 수 있으며 포식자에게 ‘먹지 말라’는 경고를 하여 공격 위험을 감소하게 됩니다. 또한 이외에도 물리적 구조를 통한 방어를 하기도 하는데요, 단단한 키틴 외골격으로 포식자의 물리적 공격을 방어하거나 ,몸 표면에 가시를 발달시켜 포식자가 삼키거나 물기 어렵게 하기도 합니다. 이외에는 화학적 물질을 통한 방어를 하기도 하는데요, 몸에서 독이나 자극성 물질을 분비하여 포식자를 방어하거나 위협을 받으면 악취를 풍겨 포식자를 쫓기도 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 바닷속 심해 생물들이 빛을 내는 모습을 봤는데 일반 동물들과 달리 왜 그런 특징을 가지게 되었나요??
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 심해(보통 수심 200m 이상, 특히 1000~4000m 구간)는 빛이 거의 없는 환경인데요, 태양빛은 수심 약 200m를 넘어서면 급격히 감소하고, 1000m 이상에서는 완전히 어둡기 때문에 따라서 시각적 신호를 위해 외부 광원을 사용할 수 없습니다. 또한 심해는 먹이가 제한적이어서 생존 경쟁이 매우 치열한데요, 포식자로부터 숨거나, 먹이를 유인하는 전략이 필요합니다. 또한 심해의 경우 수압이 매우 높고, 온도는 2~4°C 정도로 낮으며, 이런 환경에서는 빠른 이동보다는 에너지를 효율적으로 사용하는 전략이 유리합니다. 심해 생물은 화학 반응을 통해 빛을 만들어내는데요, 루시페린(luciferin)이라는 화합물이 루시페레이스(luciferase)라는 효소와 반응하면서 빛을 발산합니다. 이 과정은 대부분 열을 거의 발생시키지 않아 에너지 효율이 높으며, 일부 생물은 공생 미생물을 이용하여 발광하기도 합니다. 이처럼 심해 생물들이 발광을 진화시킨 이유는 크게 생존과 번식과 관련이 있는데요, 작은 물고기나 갑각류는 빛에 끌리기 때문에, 발광을 이용해 먹이를 유인하며, 갑작스러운 빛 방출로 포식자를 혼란시키거나, 빛을 이용해 자신의 그림자를 숨겨서 포식자로부터 회피를 하기도 합니다. 즉 육상이나 얕은 물 동물은 빛이 풍부하기 때문에 시각적 신호를 외부 빛에 의존하지만, 심해 생물은 빛이 없으므로 자체 발광이 생존에 직접적으로 유리했던 것이며 환경 압력에 의한 선택적 진화의 결과로, 생존·먹이·번식 전략의 일환으로 발광 능력을 획득한 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 우리 주위에서 볼수 있는 각각의 새 종은 어떤 서식지를 선호할까요
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 새들은 각자의 먹이, 번식 습성, 포식 위험에 따라 선호하는 서식지가 다른데요, 참새의 경우에는 도시, 농촌, 주택가, 공원 등 사람 주변에 서식하며, 인간 활동에 익숙하며, 곡물이나 빵 부스러기 등 잡식성이어서 다양한 환경에서 살아갈 수 있습니다. 또한 도시에서는 인공 구조물에 둥지를 트는 반면, 시골에서는 농가나 나무 위에 둥지를 만듭니다. 비둘기의 경우에는 도시, 공원, 광장, 교량을 선호하며, 높은 적응력과 사람 친화성을 가지며, 건물이나 다리 같은 인공 구조물을 둥지 장소로 활용하며, 시골보다는 도시에서 흔합니다. 까치의 경우에는 숲 주변, 공원, 농경지 주변, 교외를 선호하며, 잡식성, 높은 지능으로 다양한 환경에서 먹이 탐색이 가능하고, 나무가 있는 지역에서 둥지를 트며, 도시보다 교외와 시골에서 더 안정적으로 서식합니다. 도시 새의 경우에는 인간 음식물, 쓰레기, 먹이주기 등으로 잡식화가 진행되며 행동이 인간 친화적이며, 시골에 서식하는 새의 경우에는 자연 먹이(씨앗, 곤충)에 의존, 행동이 보다 자연 친화적입니다. 즉 새들은 서식지 특성에 따라 행동, 먹이, 번식 전략이 달라지며, 도시와 시골에서는 같은 종이라도 생활 방식과 생태적 역할이 다르게 나타납니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 꽃을 선물할 때 받는 사람의 취향과 의미
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 꽃을 선물할 때는 받는 사람의 취향과 꽃의 의미를 함께 고려하면 좋을텐데요, 꽃을 선택할 때는 색상, 향, 형태, 상징적 의미를 모두 고려하는 것이 좋습니다. 우선 붉은색 계열은 열정, 사랑, 강한 감정을 전달할 때 적합합니다. (예: 장미, 튤립) 분홍색 계열은 부드럽고 따뜻한 감정을 나타냅니다. (예: 카네이션, 분홍 장미) 노란색 계열은 우정, 기쁨, 격려의 의미를 전달합니다. (예: 해바라기, 프리지아) 흰색 계열은 순수, 청결, 겸손의 의미로 주로 감사나 위로의 뜻에 적합합니다. (예: 백합, 국화) 라일락, 장미, 프리지아 등은 향기를 즐기는 사람에게 적합하며, 장미 외 일반 꽃다발용 꽃들은 향에 민감한 사람에게 적합합니다. 즉, 받는 사람의 성격, 관계, 상황을 고려하여 색상과 꽃 종류를 결정하면 의미 전달이 훨씬 명확해질 수 있으며, 꽃 선물 후 신선도를 유지하려면 환경과 관리 방법이 중요한데요, 깨끗한 물을 사용하고, 꽃병의 물은 매일 갈아주는 것이 좋으며, 물에 꽃 전용 영양제나 설탕, 레몬즙을 소량 넣으면 신선도 유지에 도움이 됩니다. 또한 꽃을 받으면 줄기 끝 1~2cm를 사선으로 잘라 물에 바로 꽂는 것이 좋으며, 사선으로 자르면 물 흡수 면적이 넓어지고, 물이 더 잘 올라갑니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 단백질 분리 정제시 초기 단계 수행하는 염석의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.단백질 정제에서 초기 단계로 자주 수행되는 염석(salting out)은 단백질 용액에 고농도의 염(salt, 보통 (NH₄)₂SO₄, NaCl 등)을 첨가하여 단백질을 선택적으로 침전시키는 방법인데요, 핵심 원리는 단백질의 수용성 감소를 이용한 침전입니다. 단백질은 수용액에서 표면에 친수성(hydrophilic) 아미노산을 노출하며 용해되어 있는데요, 용액에 염을 첨가하면 염 이온이 물과 결합하여 자유수(water of hydration)를 감소시키게 되며, 물 분자가 단백질 표면을 충분히 둘러싸지 못하게 되면, 단백질 간 수소결합 및 소수성 상호작용이 증가하여 단백질이 서로 응집하고 침전하게 됩니다. 즉, 염석은 용매 내에서 단백질의 친수 환경을 줄여 소수성 상호작용을 증가시키고 선택적으로 침전시키는 과정이라고 볼 수 있습니다. 염을 점진적으로 증가시키며 특정 농도에서 원하는 단백질만 침전시키도록 조절하는데요 예를 들어, 0–30% (NH₄)₂SO₄: 일부 단백질 침전, 30–60%: 표적 단백질 침전, 60–90%: 다른 불필요 단백질 침전을 진행하며 이를 통해 단백질의 불순물을 제거하고 특정 단백질을 농축할 수 있습니다. 이러한 염석의 경우 단백질을 활성 손상 없이 농축할 수 있으며 단백질의 용해도 차이를 이용하므로 초기 단계에서 대량 처리 가능하고, 이후 수행할 크로마토그래피 등의 정제 단계에서 단백질 농도를 높여 효율을 향상시킵니다.감사합니다.
생물·생명
Q. 단백질 분리 정제시에 친화성 크로마토그래피의 단점은 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 친화성 크로마토그래피는 단백질과 특정 리간드(ligand) 사이의 높은 특이적 결합을 이용하여 표적 단백질을 선택적으로 분리하는 매우 강력한 방법인데요, 일반적으로 항체-항원 결합, 효소-기질 유사체 결합, His-tag와 Ni²⁺/Co²⁺ 결합 등이 활용되지만 그러나 장점이 큰 만큼 단점도 존재합니다. 우선 말씀하신 것처럼, 표적 단백질과 칼럼 리간드 사이의 결합력이 지나치게 강하면 단백질을 용리(elution)하기 어려움이 가장 큰 문제인데요, 이 경우, 단백질을 칼럼에서 분리하기 위해 높은 농도의 염, 극성 용매, pH 변화, 변성제 등을 사용해야 할 수 있으며, 이런 강한 처리 과정은 단백질의 구조적 변성(denaturation)이나 활성 손실을 초래할 위험이 있습니다. 또한 특정 단백질이 아닌 다른 단백질이 칼럼 리간드와 약하게 결합할 수 있어 순도가 낮아지는 경우가 있으며 특히 복합체 단백질이나 유사한 구조를 가진 단백질은 비특이적 흡착(non-specific binding)이 발생할 수 있습니다. 고특이성 리간드를 가진 친화성 칼럼은 제작 비용이 높고, 재사용이 제한적일 수 있으며, 강한 세척이나 용리 과정에서 리간드가 손상될 수 있어, 칼럼 수명이 줄어듭니다. 또한 단백질마다 최적 리간드, 결합 완충 용액, 용리 조건이 다르기 때문에 조건 설정이 번거롭고 시간이 많이 소요되며 특히, 용리 조건에서 단백질 안정성을 동시에 유지하는 것이 어려울 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 식물에서는 나트륨 칼륨펌프 대신에 어떠한 펌프를 가지고 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 동물 세포에서는 나트륨-칼륨 펌프(Na⁺/K⁺-ATPase)가 대표적인 1차 능동 수송 장치로, 세포 내부와 외부의 Na⁺와 K⁺ 농도를 적극적으로 유지하는 역할을 하지만 식물 세포는 구조적으로 세포벽이 있고, 삼투압과 수분 조절이 매우 중요하기 때문에, 동물과 동일한 Na⁺/K⁺-ATPase를 가지고 있지 않습니다. 대신 식물은 프로톤(P⁺) 펌프, 특히 H⁺-ATPase를 이용하여 비슷한 기능을 수행합니다. 식물에서는 세포막에 위치하며, ATP를 이용해 H⁺(양성자)를 세포 밖으로 능동 수송하는데요, 이렇게 형성된 양성자 기울기(proton gradient)와 전기화학적 기울기는 2차 능동 수송의 에너지원으로 사용됩니다. 예를 들어, K⁺, NO₃⁻, 포도당 등의 이온과 영양분 흡수에 H⁺-공동수송(symport)이나 H⁺-반송(antiport) 시스템을 통해 에너지를 제공합니다. 또한 식물만이 가지고 있는 세포소기관인 액포(vacuole) 내에서 H⁺를 능동적으로 펌핑하여 세포 내 산성도 유지 및 삼투압 조절에 기여하는데요, H⁺-PPase는 PPi(무기 피로인산)를 에너지원으로 사용하여 H⁺를 수송합니다. 이때 액포에 H⁺가 펌핑되면, 다른 이온(K⁺, Na⁺, Ca²⁺ 등)의 저장과 세포 내 삼투압 유지가 가능해집니다. 감사합니다.