Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. DNA의 구조와 기능이 궁금합니다..
안녕하세요. DNA(Deoxyribonucleic Acid; 디옥시리보핵산)는 모든 생명체의 유전 정보를 저장하고 전달하는 복합 분자입니다. DNA는 이중 나선(double helix)구조를 가지며, 이는 두 가닥의 폴리뉴클레오타이드가 서로 꼬여있는 형태입니다. 각 가닥은 뉴클레오타이드(nucleotide)라는 기본 단위로 구성되며, 뉴클레오타이드는 당(deoxyribose), 인산(phosphate group), 염기(base) 세 부분으로 이루어집니다. 염기는 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C) 네 종류로 구성되며, 특정 쌍을 이루는 원리로 상보적 결합을 형성합니다. 즉, 아데닌은 티민과, 구아닌은 사이토신과 결합하여, A-T와 G-C의 쌍이 이루어집니다. 이러한 결합 방식이 이중 나선의 안정성을 유지하는데 중요한 역할을 합니다. DNA의 이중 나선 구조는 왼쪽에서 오른쪽으로 꼬여 있으며, 이는 뉴클레오타이드 간의 강력한 수소 결합(hydrogen bond)과 반데르발스 결합(van der Waals forces)에 의해 안정성을 유지합니다. 이 이중 나선 구조는 DNA가 세포 분열 시 효율적으로 복제될 수 있도록 돕습니다. DNA는 유전 정보를 보관하고 ,이를 통해 생명체의 발달과 생리적 기능을 제어하는 두 가지 중요한 역할을 수행합니다. DNA는 세포와 생명체가 기능하는데 필요한 모든 단백질의 설계도를 포함하고 있습니다. 이 유전 정보는 염기 서열의 순서로 암호화되어 있으며, 이러한 순서가 바뀌면 유전자가 달라지고 결과적으로 단백질의 특성이나 기능도 달라집니다. DNA는 단백질 합성을 지시하는 역할을 합니다. 유전자의 염기 서열은 mRNA(messenger RNA)로 전사(transcription)된 후, 리보솜에서 단백질로 translation됩니다. DNA의 특정 염기 서열(코돈)은 아미노산의 순서를 결정하여 단백질의 구조와 기능을 규정합니다. 이를 통해 세포는 필요에 따라 다양한 단백질을 합성하고, 이들 단백질은 신체의 모든 생리적 과정과 반응을 조절합니다.
Q. 유전자 발현이 환경 요인에 의해 조절되나요?
안녕하세요. 유전자 발현은 환경적 요인에 의해 조절될 수 있으며, 이는 생명체가 외부 환경 변화에 적응하는데 필수적인 메커니즘입니다. 유전자 발현 조절은 에피제네틱 조절(epigenetic regulation)과 발현 수준의 상향 또는 하향 조절(upregulation, downregulation)이라는 두 가지 주요 메커니즘을 통해 이루어집니다. 이 과정은 외부 요인이 유전자 발현에 미치는 영향을 설명하는데 있어 중요한 역할을 합니다. 에피제네틱 조절은 유전자의 염기 서열 자체에는 변화를 주지 않지만, 유전자 발현에 영향을 미치는 방식으로 조절됩니다. 이 과정에는 DNA 메틸화(DNA methylation)와 히스톤 변형(histone mdification)이 포함됩니다. 예를 들어, 특정 유전자 프로모터 부위의 메틸화는 유전자 발현을 억제하며, 스트레스와 같은 외부 요인은 메틸화 패턴을 변화시켜 특정 유전자의 발현을 억제할 수 있습니다. 또한, 히스톤 단백질에 아세틸기나 메틸기가 추가되거나 제거됨에 따라 DNA가 느슨해지거나 응축되어 유전자 발현이 촉진되거나 억제될 수 있습니다. 이는 영양 상태나 환경적 자극이 히스톤 변형을 통해 특정 유전자의 발현을 조절할 수 있음을 시사합니다. 유전자 발현의 상향 조절과 하향 조절은 특정 유전자가 더 활발히 발현되거나 억제되는 것을 의미합니다. 예를 들어, 고산지대의 산소 부족 환경에서 적혈구 생산을 담당하는 EPO(erythropoietin) 유전자는 상향 조절되어 산소 전달 능력을 높입니다. 이러한 유전자 조절은 생존에 필수적인 기능을 수행하며, 환경 적응에 중요한 역할을 합니다.
Q. 충전식 배터리가 방전되고나면 충전이 안되나요?
안녕하세요. 충전식 배터리가 완전히 방전된 후 충전이 어려워지는 이유는 주로 화학적 변화와 배터리 구성 요소의 손상에 있습니다. 차량 배터리와 같은 납축 배터리(lead-acid battery)나 리튬 이온 배터리는 방전이 심할수록 내부에서 비가역적(irreversible)인 변형이 발생해 배터리 성능이 떨어지고, 때로는 충전이 불가능해질 수 있습니다. 납축 배터리가 방전될 때, 황산연(PbSO₄)이 배터리의 양극과 음극에 축적됩니다. 배터리가 정상적으로 충전되면 이 황산연이 다시 황산으로 환원되어야 하는데, 완전히 방전된 상태가 오래 지속되면 황산연이 결정화되어 전극 표면에 고착됩니다. 이로 인해 전기 흐름이 원활하지 않게 되어 배터리 내부 저항이 증가하며, 재충전이 어려워지는 상태에 이르게 됩니다. 또한, 극단적으로 방전된 배터리는 전압이 너무 낮아져 충전 회로에서 충전 가능 상태로 인식되지 않을 수 있습니다. 차량의 충전 시스템이나 보조 배터리로 연결해도 충전이 불가능해지거나 충전 속도가 매우 느려질 수 있습니다. 리튬 이온 배터리도 과방전 상태에 도달하면 화학적 변화가 발생합니다. 리튬 이온이 너무 많이 빠져나가면, 전극이 손상되거나 내부 보호 회로가 활성화되어 충전을 차단할 수 있습니다. 특히 차량용 리튬 배터리는 과방전을 방지하는 보호 회로가 있어 일정 전압 이하로 떨어지면 충전 자체가 차단되도록 설계됩니다. 이는 배티러 수명을 보호하고 안전사고를 예방하기 위한 조치입니다.
Q. 유전자 수가 많을수록 고등한 생명체라고 할 수 있나요?
안녕하세요. 유전자 수가 많다고 해서 반드시 더 고등한 생명체라고 할 수는 없습니다. 유전자 수는 생물체의 복잡성을 어느 정도 설명할 수 있지만, 그것이 고등성과 직결되는 것은 아닙니다. 생물의 고등성이나 복잡성은 유전자 수뿐만 아니라 유전자의 조절 방식, 발현의 다양성, 유전자 간 상호작용에 크게 영향을 받습니다. 사람의 유전자 수는 약 2만~2만 5천 개로 추정되며, 이는 다른 많은 생물과 유사하거나 오히려 적을 수도 있습니다. 예를 들어, 벼는 약 3만 7천 개의 유전자를 가지며, 이는 인간보다 훨씬 많습니다. 그러나 벼는 인간에 비해 고등하거나 복잡한 생물로 간주되지 않습니다. 또한, 개미나 벌과 같은 곤충은 놀랍게도 인간과 유사한 수준의 유전자 수를 가지고 있습니다. 생물의 고등성은 유전자 수뿐만 아니라 유전자 조절 기전에 따라 달라집니다. 인간을 비롯한 고등동물은 에피제네틱(epigenetic) 조절, 스플라이싱(splicing), 발현의 정교한 조절 등을 통해 제한된 유전자 수로도 다양한 단백질을 만들어 복잡한 생리적, 신경적 기능을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 단일 유전자에서도 대체 스플라이싱(alternative splicing)을 통해 여러 형태의 단백질이 생성될 수 있으며, 이는 유전자 수 이상의 기능적 다양성을 가능하게 합니다. 또한, 인간과 같은 고등 생물은 세포와 조직의 복잡한 상호작용, 신경계의 복잡한 구조, 면역계의 정교한 반응 등 유전자 수 이상의 생리적 메커니즘을 통해 복잡성을 발현합니다. 이러한 요소들은 단순히 유전자 수로는 설명할 수 없는 고등성을 나타냅니다.
Q. 화학 분자,원소 명칭에 "과"가 들어가는경우 뜻?
안녕하세요. 화학에서 명칭에 '과(過)'가 들어가는 경우, 이는 일반적으로 해당 원소가 더 높은 산화수를 가지거나 추가 산소 원자가 결합된 상태를 의미합니다 '과'라는 접두사는 주로 산소 원자 수가 더 많을 때 사용되며, 해당 화합물이 산화성(oxidizing property)을 가지고 있음을 나타내기도 합니다. 과산화수소(H₂O₂)와 과염소산(HClO₄)을 예로 들면, 먼저 과산화수소는 일반적인 산화수인 -2가 아닌, 산소의 산화수가 -1인 산소-산소 결합을 포함하고 있습니다. 이는 산소가 수소와 결합하면서 산화 상태가 다소 '과'하게 되어 생기는 화합물입니다. 과산화수소는 물(H₂O)보다 산소가 더 많으며, 높은 산화 특성을 가집니다. 과염소산은 염소산의 산소 원자가 추가된 형태로, 염소가 더 높은 산화수를 가지고 있습니다. 염소산(HClO₃)에서 산소가 하나 더 결합하여 산화수가 증가된 형태입니다. 염소가 최대 산화수를 가지며 매우 강력한 산화제로 작용합니다. 따라서, '과'는 화합물이 같은 원소의 다른 산화 상태보다 산화수가 높거나, 추가적인 산소 원자를 포함하고 있음을 나타냅니다.