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생물·생명
Q. 염기의 호변이체가 발생하면 염기쌍은 어떻게 수소 결합을 변환시키나요?
염기의 아미노 또는 케토 형태가 각각 이미노 또는 엔올 형태로 바뀌는 현상을 호변 이성질화라고 합니다.이는 수소 원자의 위치가 바뀌면서 발생하는데, 이러한 이성질체 변화는 DNA 이중 나선 구조의 정상적인 염기 쌍 규칙을 깨뜨립니다.예를 들어, 아데닌이 이미노 형태로 변하면 정상적인 티민 대신 구아닌과 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 반대로, 구아닌이 엔올 형태로 변하면 정상적인 시토신 대신 티민과 결합하게 됩니다.이처럼 비정상적인 염기 쌍이 형성되면 DNA 복제 과정에서 오류가 발생해 원래의 염기와 다른 염기가 삽입되는 점 돌연변이를 유발하게 되는데, 이는 결국 DNA의 유전 정보에 영구적인 변화를 가져오는 원인이 됩니다.
생물·생명
Q. 염기는 바뀌었지만 아미노산은 변하지 않는 침묵 돌연변이는 왜 일어나는 것인가요?
가장 주된 이유는 주된 이유는 유전 코드의 중복성 때문입니다.유전 코드는 세 개의 염기가 한 쌍을 이루어 하나의 아미노산을 지정하는데, 대부분의 아미노산은 여러 개의 코돈에 의해 암호화될 수 있습니다. 예를 들어, 류신을 지정하는 코돈은 UUA, UUG, CUU 등 6가지나 됩니다.그렇다 보니 한 코돈 내의 염기 하나가 바뀌더라도, 그 바뀐 코돈이 여전히 같은 아미노산을 지정하는 경우가 많습니다. 예를 들어, GAU와 GAC는 모두 아스파르트산을 지정하므로, GAU가 GAC로 바뀌어도 아미노산에는 변화가 없는 거죠.
생물·생명
Q. 세균에서 빛을 이용한 DNA 수정 기작은 어떠한 원리로 일어나나요?
세균은 빛을 이용한 광회복 기작으로 DNA를 복구합니다.이 과정은 DNA 광분해효소라는 효소에 의해 일어나게 되는데, 자외선에 의해 DNA에 티민 이합체와 같은 돌연변이가 발생하면, 이 효소가 이 이합체에 결합합니다. 그 후 청색광이나 자외선A를 흡수하여 그 에너지를 이용해 이합체 내의 공유 결합을 직접 끊어냅니다. 이는 돌연변이를 즉시 원래의 염기 형태로 되돌리는 상당히 효율적인 방법이죠.
생물·생명
Q. 산소가 부족할 때 인간의 근육 세포는 왜 젖산발효를 하나요?
결과적으로는 에너지를 빠르게 생산하고, 에너지를 생산하는 과정을 멈추지 않기 위해서입니다.정상적인 상황에서는 포도당이 분해되어 만들어진 피루브산이 유산소 호흡을 통해 더 많은 에너지를 만듭니다. 하지만 격렬한 운동으로 산소 공급이 부족해지면 유산소 호흡이 원활히 이루어지지 않게 됩니다.이때 근육 세포는 젖산 발효를 통해 피루브산을 젖산으로 바꿉니다.이 과정에서 NADH를 NAD+라는 물질로 재생성하게 되고 재생된 NAD+는 다시 포도당 분해 과정에 사용되어, 산소가 없어도 에너지를 생산하는 과정을 계속할 수 있게 해줍니다.
생물·생명
Q. 발효와 무산소 호흡의 차이는 무엇인가요?
결과적으로 에너지를 얻는 방식과 최종 산물에서 중요한 차이를 보입니다.무산소 호흡은 산소 대신 질산염이나 황산염 같은 무기물을 최종 전자 수용체로 사용합니다. 이 과정은 산소 호흡과 유사하게 전자전달계를 거치기 때문에 발효보다 훨씬 많은 에너지를 생산합니다.반면, 발효는 외부에서 전자 수용체를 받지 않고, 포도당 분해 과정에서 생성된 피루브산과 같은 유기물을 최종 전자 수용체로 사용합니다. 그래서 발효는 전자전달계를 거치지 않고 해당과정만으로 에너지를 얻기 때문에 무산소 호흡에 비해 생산되는 에너지가 매우 작습니다.이처럼 둘 다 산소가 없어도 되지만, 전자를 처리하는 방식과 에너지 효율에서 근본적인 차이가 있습니다.
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Q. 젖산 발효의 생선물로 만들어진 젖산은 어떠한 대사 과정을 거치나요?
젖산 발효를 통해 생성된 젖산은 주로 코리 회로를 통해 대사됩니다.코리 회로는 근육에서 생성된 젖산이 혈액을 타고 간으로 이동하여 포도당으로 재합성되는 대사 경로입니다.이 과정은 운동 후 산소 부족 상태에서 발생한 젖산을 효율적으로 처리하고, 다시 에너지원으로 사용할 수 있는 포도당을 공급하는 역할을 하죠.
생물·생명
Q. 피루브산의 산화 이후 코엔자임A는 어떤 물질이 만들어주는 것인가요?
피루브산이 산화된 후 코엔자임A는 아세틸-CoA를 만들어줍니다.피루브산 산화는 세포 호흡 과정의 일부로, 해당 과정에서 생성된 피루브산이 미토콘드리아 기질로 이동하여 아세틸-CoA로 전환되는 과정입니다.이 과정은 피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 촉매되는데, 피루브산의 카르복실기(-COOH)가 분리되어 CO2로 방출되고, 남은 2탄소 화합물은 산화되면서 NAD+가 환원되어 NADH를 생성합니다. 그리고 이 2탄소 화합물이 코엔자임A와 결합하여 아세틸-CoA를 형성하는 것입니다.
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Q. 미토콘드리아 내막의 짝풀림제가 있을 때 유기물에 산화가 더 촉진되는 이유는 무엇인가요?
짝풀림제는 미토콘드리아 내막의 수소 이온 기울기를 소멸시켜 ATP 합성 효소 대신 열을 생성하기 때문에 유기물의 산화를 촉진하는 것입니다.정상적인 세포 호흡 과정에서는 유기물의 산화로 발생한 에너지를 이용해 H+를 미토콘드리아 내막 바깥으로 펌핑하여 기울기를 형성하고, 이 기울기가 ATP 합성에 사용됩니다. 그러나 짝풀림제는 H+가 ATP 합성 효소를 거치지 않고 내막을 자유롭게 통과하게 만듭니다. 이로 인해 ATP 생산이 줄어들면, 세포는 에너지 부족을 해소하기 위해 유기물을 더 많이, 더 빠르게 산화시키는 것이죠.즉, ATP를 만드는 효율이 떨어지면서 유기물 산화 자체는 가속화되는 것입니다.
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Q. 닭이먼저일까요 예란이먼저일꺼요?
최근 기류는 알이 먼저입니다.닭이 가진 오보클레디딘-17(OC-17)이 계란 껍데기 형성에 필수적이기 때문에 이 단백질로 인해 한때 닭이 먼저라는 주장의 근거가 되었습니다.하지만, 이 단백질 자체는 닭 이전의 조류에게서도 존재했을 가능성이 높다는 연구결과가 있고, 어느 순간 완벽한 닭의 유전자가 생긴 것이 아니라 닭과 비슷한 조류가 있고, 그 조류가 낳은 알 내부에서 유전적 돌연변이가 발생하여 최초의 닭 유전자를 가진 병아리가 태어났다는 것이 최근 주장입니다.다시 말해 처음 말씀드렸던 계란 껍데기를 만드는 유전자를 가진 닭 이전의 조류가 알을 낳았고, 그 알 속에서 유전적으로 완벽한 최초의 닭이 탄생했다는 것이 최근의 주입니다.
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Q. 콩팥은 왜 두개인가요 그리고 심장은 왜 하나인가
말씀하신 것이 맞습니다.사실 그게 가장 쉬운 설명이기도 하죠.콩팥이 두 개인 이유는 안전과 예비성 때문입니다. 콩팥은 노폐물을 걸러내는 매우 기관인데, 한쪽이 손상되거나 제 기능을 못 하게 되더라도 나머지 하나가 역할을 대신할 수 있도록 여분으로 존재합니다. 물론 하나만 남았을 때 100%의 기능을 발휘하지 못할 수도 있지만, 목숨을 위협하는 경우는 많지 않죠.반면, 심장이 하나인 이유는 효율적인 혈액 순환을 위해서입니다. 심장은 온몸에 혈액을 보내는 펌프 역할을 하는데, 심장이 두 개라면 각기 다른 압력으로 펌프질을 해 혈액 순환에 혼란이 생길 수 있습니다. 하나의 강력한 펌프가 전체 시스템을 통합적으로 관리하는 것이 훨씬 효율적이고 안정적이기 때문에, 심장은 하나인 것입니다.