안녕하세요 원형석 전문가입니다. 최선을 다해 답변드리니
Q. 중합효소연쇄반응(PCR)이란 무엇이며, 활용 분야는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.중합효소연쇄 반응이란 DNA를 PCR이란 DNA를 증폭하는 기기를 써서 DNA를 대량으로 복제하는 반응입니다. DNA에는 뉴클레오타이드 즉 인산-당-염기가 1:1:1의 비율로 공유 결합을 이루고 있고 이것의 단위체가 인산과 당사이에 공유 결합을 해가며 신장되어 있는 4종류의 염기가 상보적인 수소 결합을 하고있는 역평행 이중 나선 구조를 이루고 있습니다. PCR(중합효소연쇄 반응)을 설명해 보면 먼저 2ml 마이크로 튜브에 dNTP(dATP, dGTP, dCTP,dTTP)당 인산 염기의 공유 결합 단위체인 네 종류의 뉴클레오타이드를 넣고 두 종류의 DNA프라이머, 고열에 견디는 DNA 중합효소, 증류수를 넣고 복제하려는 DNA를 넣습니다. 이런 튜브를 PCR 기기의 thermoblock 홈에 넣고 세 단계로 이루어진 반응에서의 시간과 온도, 세 단계의 cycle의 횟수를 입력해 줍니다. 중합효소연쇄반응의 세단계를 설명해 보면 먼저 수소 결합으로 이중 나선을 이루고 있는 구조에서 DNA의 수소 결합으로 이루어진 이중 나선 구조를 풀기위해 즉 단일 가닥으로 만들기 위해 95도씨 정도로 가열해 줍니다. 이과정을 DNA 변성이라고 하고구요 그다음은 수소 결합이 끈어진 두 가닥의 DNA의 긴 사슬에 인위적으로 사람들이 합성한 DNA 프라이머 두 종류가 각각의 DNA사슬의 3' 말단에 DNA프라이머가 결합하고 DNA프라이머의 3' 말단의 하이드록시기에 또다른 뉴크레오타이드의 인산과 결합하는 단계로 약 56도씨에서 이루어 집니다. 그다음으로 72도씨에서 주형 DNA가닥에 상보적으로 뉴클레오타이드가 결합되어 신장해 나가는 단계입니다. 이렇게 1cycle을 이루고 있고 이때 걸리는 시간은 4분 정도이며 이 cycle을 보통 20회 정도 하며 경우에 따라서 더 할 수 도있습니다. 이러한 한 cycle, 변성에서 부터 신장까지의 각각의 단계를 시간과 온도를 입력하고 cycle의 횟수를 입력면 기기 DNA를 복제합니다.
Q. 자외선 차단제의 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.태양광선은 우리 눈으로 볼 수 있는 광선(가시광선)을 중심으로 자외선과 적외선으로 분류한다. 태양광선은 파동과 입자의 양쪽 성질을 가지고 있다. 파장으로 설명하자면 가시광선보다 파장이 짧은 것을 자외선(UV; Ultraviolet light), 가시광선보다 파장이 긴 것을 적외선이라고 하는데, 모두 눈에는 보이지 않지만 적외선은 열감으로 느낄 수 있다. 자외선은 A, B, C로 나뉘는데, 그중 생물에 유해한 자외선C는 오존층에 흡수되어 지표에까지 도달하지 않으며, 인간의 피부에 영향을 끼치는 것은 자외선A와 자외선B이다. 태양광선의 강도는 일년중 여름에 가장 강하고, 하루 가운데는 오전11시∼오후2시경 사이가 가장 강하다. 정오경에 지구상에 도달하는 자외선의 광량은 자외선B의 경우 많은 양이 차단되므로 자외선A가 100배 정도 많다. 그러나 동일한 광량에서 자외선A와 자외선B의 홍반을 초래하는 강도의 비는 1대1000이므로 실제로 정오에 태양광선에 노출되어 홍반을 초래하는 경우는 자외선A 광량이 10% 정도 기여하게 된다. 자외선A는 피부 깊숙한 진피까지 침투하여 피부색을 검게 하고 주름을 발생시킨다. 멜라닌의 증가를 유발하며 과다노출시 탄력섬유와 교원섬유의 변성으로 피부노화를 촉진시킨다. 또 자외선B는 주로 피부의 표피에 작용하며 과다노출시 일광화상을 입힐 수 있고,만성적으로 자외선B에노출되면 피부암의 발생가능성이 높아진다. 그리고 자외선C는 생체에 치명적인 손상을 초래하는 파장이지만 다행히 오존층에 의해 모두 차단된다. 그러나 최근 오존층을 파괴하는 여러 가지 물질의 증가로 인해 지구상의 오존층이 점차 감소하고 있다. 이러한 오존층의 파괴는 지표에 도달하는 자외선량을 증가시키며, 이 자외선량의 증가는 피부암의 발생을 증가시키고 광노화를 촉진시킨다.그밖에 적외선에 의해 피부온도가 45℃까지 올라가면 피부화상을 입게되며 특히 0.1초동안 20W/㎠에 노출되면 망막화상도 입게 된다자외선에 의한 피부반응은 크게 급성반응과 만성반응으로 나눌 수 있다. 급성 피부반응으로는 일광화상과 같은 홍반반응이나 색소침착 등을 초래한다. 만성 피부반응으로는 진피층의 일광변성을 비롯한 광노화와 광발암 현상을 유발할 수 있다. 그외 가시광선으로 인한 장애로는 조명과잉에 의한 증상이 나타나고, 적외선에 의해 피부온도가 45℃까지 올라가면 피부는 화상을 입게 되며, 특히 0.1초 동안 20W/㎠의 적외선에 노출되면 망막에 화상을 입게 된다.해수욕장에서의 무분별한 선탠이나 피부관리실에서 피부를 검게 그을리는 것은 피부노화 촉진 또는 피부암 발생의 요인이 될 수도 있다자외선이 조사(照射)되면 피부에서는 2가지 형태의 색소침착이 일어난다. 그중 하나는 즉시 색소침착(Immediate pigment darkening)으로 자외선 조사후 즉시 색소침착을 나타내는 것을 말하며 주로 자외선A와 가시광선의 조사로 나타난다. 가벼운 경우에는 자외선 조사후 30분내에 소실되기 시작하여 3∼8시간 후에는 완전히 소실되지만 자외선A 조사량이 증가하는 경우에는 1∼2시간에 최고에 달해 3∼24시간에 걸쳐 서서히 감소한다. 또다른 하나는 지연 색소침착으로 자외선 조사후에 갈색 또는 검은색의 색소침착을 일으키는 것을 말하며 주로 자외선B에 의해 발생하고 대개 조사후 72시간 후에 나타난다.한편 선탠(SUN TAN)이라는 것은 피부가 자외선으로부터 스스로를 보호하기 위해 표피의 기저층에 있는 멜라닌세포를 자극하여 멜라닌색소를 추가적으로 생성하는 과정으로 일종의 자외선에 의한 피부보호 현상이다. 선탠은 자연상태에서는 태양광선을 쪼여 나타나지만 최근에는 미용적으로 피부를 검게 보이기 위하여 피부관리실에서 인공선탠기에 의한 조사로 많이 행해진다. 그런데 수영장이나 해수욕장에서의 무분별한 선탠이나 피부관리실의 태닝부스(Tanning Booth)에서 피부를 검게 그을리는 행위는 피부의 노화를 촉진하고 피부암 발생의 요인이 될 수 있으므로 하지 않는 것이 좋다.자외선차단제는 주로 일광차단제로서 도포하는 경우 자외선B에 의한 일광화상은 방지하도록 해주지만 자외선A의 침투는 막지 못한다자외선차단제란 일정한 피부부위에 특수한 물질을 도포함으로써 자외선차단 효과를 나타내는 제제를 말하는데, 자외선의 차단효과는 자외선차단지수(SPF; Sun Protection Factor)라는 단위를 사용하여 그 제품의 차단정도를 표기한다. 이 차단지수는 FDA(미국식품의약품안전청)의 공식에 의해 계산되는데, 자외선차단제를 바르지 않은 상태에서의 자외선B의 최소홍반량(MED)과 자외선차단제를 바른 후의 자외선B의 최소홍반량의 비를 나타내는 말이다. 즉 자연상태의 피부가 자외선을 차단하는 정도에 대한 배수로서, 자외선차단지수의 수치가 높으면 높을수록 햇빛을 보다 잘 차단하는 것을 의미하지만 가능하면 높은 수치의 자외선차단제를 선택하라는 것은 아니다. 왜냐하면 자외선차단지수의 수치가 높을수록 효과는 좋지만 피부에 대한 착용감이 나빠지고, 부작용 또한 높아질 수 있기 때문이다. 사람이 하루종일 야외에서 노출할 수 있는 자외선의 양은 최소홍반량의 15배 정도이기 때문에 정상인에서는 자외선차단지수가 15 정도면 충분하다. 이러한 자외선차단제의 효과는 3시간 정도 지속되므로 그 이상 일광에 노출시에는 반복적으로 도포하여야 한다. 광과민성 질환이 있는 경우에 예방적 목적으로 사용하는 경우에는 자외선차단지수가 25 이상인 자외선차단제를 사용하는 것이 바람직하다. 자외선차단제는 그 작용기전에 따라 크게 화학적인 차단제와 물리적인 차단제의 두 종류로 나눌 수 있다. 화학적인 차단제는 태양광선 에너지를 분자내에 잡아둠으로써 자외선을 흡수하여 차단효과를 나타내는 물질을 말하며 PABA 유도체와 cinamate 유도체, 살리실산 유도체, benzophenones, anthranilates 등이 여기에 속한다. 화학적인 차단제는 민감한 피부에서 자극성 접촉피부염을 잘 일으킨다는 단점이 있는데, 대부분의 상품화된 자외선차단제에는 화학적인 차단물질이 주된 구성성분이므로 높은 수치의 자외선차단지수는 바람직하지 못하다고 볼 수 있다. 한편 물리적인 차단제는 자외선을 반사하고 분산시키는 물리적 성질을 가진 물질로서 아연산화물, 티타늄이산화물, 철산화물, 마그네슘산화물 등이 있다. 이들은 차단효과가 좋은 반면 미용적으로 적절하지 못하다는 단점이 있다. 현재 사용중인 자외선차단제는 주로 자외선B를 차단하는 일광차단제로서 이것을 도포하는 경우 자외선B에 의한 일광화상은 방지하도록 해주지만 자외선A의 침투는 막지 못한다. 최근 보고에 따르면 자외선A 또한 장시간 노출될 경우 피부노화나 피부암을 일으킬 수 있다고 알려져 있으므로 자외선 차단제를 고를 때는 가능하면 자외선A의 차단효과를 확인하는 것이 좋다. 그러나 불행하게도 상품화된 자외선 차단제의 표지에 적혀져 있는 자외선차단지수는 자외선B에 대한 차단효과이지 자외선A에 대한 차단효과는 아니다. 이러한 단점을 보완하기 위해 최근에는 자외선차단지수보다 전문가들은 자외선A의 차단효과를 나타내는 Protection Factor for UVA(PFA)를 사용하자고 제안해오고 있다. 자외선 차단제에 의해 발생되는 가장 흔한 부작용은 알레르기성 접촉피부염보다는 단순한 자극성 접촉피부염이 많다. 그러나 이들 부작용들은 모두 화학적인 차단제에 의해 발생되고 물리적인 차단제는 이러한 반응을 일으키지 않는다. 일반적으로 자외선은 기온과 반사량에 의해 흡수되는 정도가 다르며 주위의 온도가 높으면 더 잘 흡수되는 경향이 있다.
Q. 황금이 가득한 동굴에 화산이 터진다면???
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.황금이 가득한 산에 화산이 터지면 금들는 욘해되서 용암으로 섞여서 내려올것우로 생각됩니다
Q. 항상 헷갈립니다. 일식과 월식의 차이점은 무엇이고 과학적 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.태양 ------ 달------지구순서대로 완전히 일치했을경우나타남(달이 태양을 가림)낮인데도 순간 어두워질 수 있음.. 지역에따라 별 차이 없을수도 있지만...운이 좋다면 태양의 멋진 모습을 볼 수 있음태양------지구-----달순서대로 완전히 일치했을경우 나타남...(달 기준으로 지구가 태양을 가림...)붉은달을 볼 수 있음... 실시간으로 보름달이 초승달로 변하면서 달이 붉어짐...
Q. 가을철에 나무의 잎 색깔이 변하는 이유는 뭔가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.낙엽 시기가 되면 대부분 잎 속의 양분은 줄기 등으로 이동하여 엽록소가분해 ·소실됩니다.잎자루나 잎몸의 기부에 이층이라고 하는 특수한 세포층이 형성되어 이 부분에서 잎은 탈락하는 것입니다.가을이면 이제 나뭇잎의 수분이 사라지고, 낙엽이 됩니다. 그런데 왜 노란색이나 빨간색 등으로 바뀌냐하면, 낙엽이 질 때 엽록소가 소실되고 남은 황색 색소인 카로티노이드눈에 띄게 많거나, 동시에 잎 속에 있는 플라본 배당체가 환원되어 안토시안이 형성되거나 하기 때문입니다.카로티노이드란, 일종의 색소인데 노랑.오렌지.분홍의 색을 띕니다.안토시안은 식물의 꽃·열매·잎 등에 나타나는 수용성 색소인데, 낙엽이 붉은 색을 띄는 이유가 바로 이 안토시안 때문입니다.