Doctor of Public Health 전상훈입니다
화학
Q. 공유결합시, 왜 전기 음성도가 큰 쪽이 부분적인 음전하를 띠는 건가요?
안녕하세요. 공유결합에서 전기 음성도가 큰 원소가 부분적인 음전하를 띠는 이유에 대해 설명드리겠습니다. 이 현상은 주로 전기 음성도(electronegativity)의 차이에서 비롯됩니다. 전기 음성도는 원소가 공유 결합을 형성할 때 결합 전자쌍을 자기 쪽으로 끌어당기려는 능력을 수치로 나타낸 것입니다. 공유결합이 형성될 때, 두 원소가 전자쌍을 공유하게 됩니다. 만약 두 원소의 전기 음성도가 동일하다면, 전자쌍은 두 원소 사이에서 대체로 균등하게 분포됩니다. 그러나 전기 음성도가 서로 다른 두 원소가 결합할 경우, 전기 음성도가 더 높은 원소는 더 강한 힘으로 전자쌍을 자신 쪽으로 끌어당깁니다. 이로 인해 전기 음성도가 더 높은 원소 쪽에서 전자밀도가 상대적으로 높아지며, 이 원소는 부분 음전하(δ-)를 띠게 됩니다. 반대로 전기 음성도가 낮은 원소는 전자쌍에서 멀어지게 되어 부분 양전하(δ+)를 띠게 됩니다. 이런 현상은 결합 전자쌍이 양 원소 중 한쪽에 더 치우쳐 있을 때 나타나는 극성(polarity)을 만들어냅니다. 이 극성으로 인해 분자는 다른 분자들과의 상호작용에서 다양한 물리적 및 화학적 성질을 보이게 됩니다. 예를 들어, 물 분자(H₂O)는 산소 원자가 더 높은 전기 음성도를 가지고 있어 수소 원자보다 전자쌍을 강하게 끌어당기고, 결과적으로 산소 원자가 부분 음전하를, 수소 원자가 부분 양전하를 띠게 됩니다. 이 극성은 물이 우수한 용매가 되는 원인 중 하나입니다. 전기 음성도의 차이가 클수록 극성도 강해지고, 이는 분자의 화학적 성질과 반응성에 중대한 영향을 미치는 중요한 요소가 됩니다. 따라서 전기 음성도는 분자 구조를 이해하고 예측하는 데 매우 중요한 개념입니다.
생물·생명
Q. 사람은 태어나서 성인 될때까지 성장을
안녕하세요. 성인이 되면서 인간의 성장이 정지하는 현상은 생물학적 조절 메커니즘의 복합적인 결과입니다. 이 현상은 호르몬의 조절, 유전적 프로그래밍, 에너지 자원의 최적화 등 여러 요소의 상호작용에 의해 결정됩니다. 성장의 중단은 주로 성장 호르몬과 성 호르몬의 변화에 크게 의존합니다. 인체 내 성장 호르몬(Growth Hormone)의 주요 역할은 성장판(epiphyseal plates)을 통한 뼈의 길이 성장을 촉진하는 것 입니다. 이 호르몬은 사춘기 동안 피크게 도달하며, 성 호르몬(estrogens and androgens)의 증가와 함께 성장판의 점진적인 폐쇄를 유도합니다. 성장판이 완전히 폐쇄되면 뼈의 길이 증가가 멈추게 되어, 이후 신체 성장이 중단됩니다. 유전적 요인 또한 성장 정지 시점에 중요한 역할을 합니다. 특정 유전자(various genes)는 성장 호르몬 및 성 호르몬의 생산, 분비, 그리고 반응성을 조절하며, 이러한 유전적 요인들은 개인에 따라 성장 중단의 시기와 성장 속도에 영향을 미칩니다. 또한, 유전적 다양성은 성장판의 민감성과 반응성에 차이를 가져와 개인별 최종 키의 차이를 설명합니다. 생물학적 필요성 측면에서 볼 때, 성장의 중단은 에너지의 보존과 재분배를 통해 생존과 번식에 더욱 효율적으로 자원을 할당할 수 있게 합니다. 성인이 된 후에는 성장에 필요한 에너지를 생식과 성숙한 신체의 유지에 사용하게 되는데, 이는 생물학적으로 자원을 효율적으로 사용하는 전략입니다. 따라서, 인간의 성장이 일정 시점에서 멈추는 것은 호르몬의 조절, 유전적 요인, 그리고 생물학적 필요성의 복합적인 상호작용의 결과로 볼 수 있으며, 이는 개체가 성숙한 생활 단계로 전환하는 데 필수적인 생리적 조절 과정입니다. 이 과정은 개인의 건강과 장기적 생존을 최적화하는데 중요한 역할을 합니다.
화학
Q. (단당류관련) 8탄당, 9탄당 등 왜 올라갈수록 불안정한건가요??
안녕하세요. 단당류(monosaccharides)의 분자 구조와 그것이 보유하는 탄소의 수가 증가할수록 안정성이 감소하는 현상은 여러 생화학적 및 분자적 원리에 근거를 둡니다. 자연에서는 트리오스(trioses, 3탄당)부터 헵토스(heptoses, 7탄당)까지 다양한 단당류가 존재하지만, 8탄당 이상의 긴 사슬 단당류는 자연적으로 발견되는 경우가 드뭅니다. 분자 내 탄소 사슬의 길이가 길어질수록, 해당 분자의 고리 형태가 더 크고 복잡해집니다. 단당류의 고리는 일반적으로 5원 고리(furanose)나 6원 고리(pyranose) 형태를 취하는 것이 가장 안정적입니다. 이는 5탄당과 6탄당에서 주로 관찰됩니다. 탄소 수가 증가함에 따라 고리 형성이 더 불안정해지고, 이는 고리의 개방이나 비정상적인 화학 반응을 유발할 수 있습니다. 또한, 더 많은 탄소를 포함하는 단당류는 그만큼 더 많은 화학적 활성 부위를 가집니다. 이는 분자의 반응성을 증가시키며, 분자가 여러 화학적 변형을 겪을 가능성이 높아집니다. 이러한 변형은 분자의 안정성을 저하시킬 수 있습니다. 생물체 내에서 단당류의 생합성은 특정한 경로를 따르며, 이 경로는 주로 5탄당과 6탄당의 합성에 최적화되어 있습니다. 8탄당 이상의 단당류를 합성하기 위해서는 추가적인 생합성 단계가 필요하며, 이는 생합성 과정의 복잡성을 증가시키고 에너지 효율을 감소시킵니다. 자연 선택은 각 생물체의 생존과 번식에 가장 유리한 형태의 분자를 선호합니다. 6탄당 이하의 단당류는 세포 내 효소와 수송체에 의해 효율적으로 처리될 수 있으며, 이는 생물학적으로 유리합니다. 8탄당 이상의 단당류는 이러한 시스템과 잘 호환되지 않으며, 생물체에 필요한 기능을 제공하지 못할 수 있습니다. 이러한 요인들로 인해, 8탄당 이상의 단당류는 자연에서는 드물게 발견되며, 발견되더라도 그 안정성과 생물학적 유용성이 제한적일 가능성이 높습니다. 따라서 생물학적 맥락에서 보면, 탄소 수가 적은 단당류가 더 효과적인 생화학적 역할을 수행하게 됩니다.
생물·생명
Q. 에탄올은 어떻게 세균을 소독하고 없앨수 있는 건가요??
안녕하세요. 에탄올(Ethanol)은 세균과 바이러스를 소독하고 제거하는데 널리 사용되는 소독제입니다. 이 화합물의 효과는 그것이 세포막의 지질 구성을 변형시키고, 세포 내 단백질의 구조를 변성(denaturation)시키는 능력에 기인합니다. 에탄올은 특히 물과 혼합될 때 이러한 소독 효과를 극대화합니다. 에탄올은 세균의 세포막을 침투하여 세포막의 구조적 무결성을 파괴합니다. 세균의 세포막은 인지질(phospholipids)로 구성된 이중층 구조를 가지며, 이 지질층은 세포 내부를 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 합니다. 에탄올이 세포막에 작용하면, 지질 분자들의 배열이 불안정해지고, 이로 인해 세포막의 투과성이 증가하여 세포 내용물이 누출됩니다. 더불어, 에탄올은 세포 내 단백질에 대해서도 영향을 미칩니다. 단백질의 3차원 구조는 그 기능을 수행하는데 필수적인데, 에탄올은 단백질의 수소 결합과 하이드로포빅 결합(hydrophobic bonds)을 파괴합니다. 이로 인해 단백질이 변성되며, 세포의 대사 과정이 중단되어 세포가 사멸하게 됩니다. 에탄올의 농도는 그 소독 효과에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적으로 60%에서 80% 사이의 농도가 세균과 바이러스에 대해 가장 효과적인 것으로 알려져 있습니다. 이 범위의 농도에서 에탄올은 최적의 지질 용해력과 단백질 변성 능력을 발휘하며, 이는 세포막과 세포 내 단백질에 동시에 작용하여 빠르고 효과적으로 미생물을 사멸시킵니다. 이러한 메커니즘을 통해 에탄올은 각종 세균과 바이러스를 효과적으로 제거하며, 의료 기관, 실험실, 일상 생활에서 널리 사용되는 소독제로서의 역할을 수행합니다. 이는 에탄올이 생명 공학 분야 뿐만 아니라 공공 보건 분야에서도 중요한 위치를 차지하는 이유를 설명해 줍니다.
생물·생명
Q. 산에사는 동물들은 추운겨울이되면 모두
안녕하세요. 산에 사는 동물들이 겨울잠을 자면서 긴 기간 동안 먹이를 섭취하지 않고 생존할 수 있는 능력은 동물의 생리적 및 행동적 적응의 결과입니다. 이러한 적응은 진화적 과정을 통해 최적화되어 왔습니다. 겨울잠을 자는 동물들은 겨울 동안 외부 환경에서 먹이가 부족하고 기온이 급격히 떨어지는 조건에 직면할 때, 생존을 위해 신진대사율을 현저히 낮추는 전략을 취합니다. 이 과정에서 동물의 심장 박동수, 호흡률, 체온이 모두 감소하여 에너지 소비가 최소화됩니다. 예컨데, 일부 곰과 같은 포유류에서는 겨울잠 동안 체온이 5°C 정도로 떨어질 수 있으며, 신진대사율 또한 정상 활동 시의 1/5 수준으로 감소합니다. 이러한 신체 상태의 변화는 체내 저장된 지방을 느리게 소모하도록 하여, 긴 겨울 동안 생존에 필요한 최소한의 에너지만을 사용하게 합니다. 겨울잠에 들기 전에 동물들은 식사를 통해 체지방을 증가시키는 축적 기간을 가지며, 이 시기에 축적된 지방은 겨울잠 동안 주요 에너지 원으로 활용됩니다. 또한, 겨울잠을 자는 동안 동물들은 비뇨기계의 기능도 저하시키며, 이는 체내 수분 손실을 최소화하고 독소 축적을 방지하는 데 도움을 줍니다. 이 같은 조절 메커니즘은 동물이 오랜 시간 동안 활동 없이 견딜 수 있게 만들어 주며, 봄이 되어 환경이 개선되면 다시 정상적인 신체 기능을 회복합니다. 이러한 생리적 적응은 동물들이 추운 겨울을 안전하게, 그리고 에너지 효율적으로 보낼 수 있게 해주는 진화적 발달로 볼 수 있습니다. 이는 해당 지역의 생태계와 기후 조건에 따라 다양한 형태로 나타나며, 동물 종에 따라 겨울잠의 기간과 심도에서 차이를 보입니다.