과학시간에 들려주는 이야기 11

[겸이엄마]

101. 질소의 순환

녹색식물은 땅으로부터 흡수하는 물과 각종 영양분 및 공기중의 이산화탄소를 배합해서 줄기와 잎은 물론 열매와 씨앗을 만든다. 식물은 동물에게 필요한 영양분을 제공한다. 죽은 식물이나 동물도 다른 생물이 자랄 수 있는 영양분을 제공한다. 동물의 배설물조차 재활용된다. 자연에서 그냥 버려지는 것은 아무 것도 없다.

생물에게 필요한 영양분 중 질소는 특히 모든 생명체에게 필수적인 원소다. 단백질을 이루는 아미노산에도 들어 있고 유전적인 특성을 후손에게 전해주는 DNA에도 포함돼 있다. 어른의 몸 속에는 약 1.8kg 의 질소가 있다. 또 매일 질소를 18g정도 섭취해야 한다.

우리 몸 속의 질소는 산소, 탄소, 수소에 이어 네 번째로 많은 원소다. 사람은 육류나 생선의 단백질을 통해서 필요한 질소를 섭취한다.

콩이나 밀에 많은 식물성 단백질은 땅에서 흡수한 질소 화합물로부터 만들어진다. 말린 풀과 동물의 배설물을 섞어서 만든 퇴비가 질소 화합물의 공급원이다.

질소의 이런 재활용 과정에서 물론 어느 정도의 손실은 있게 마련이다. 이런 손실을 적절하게 보충하지 못하면 지구상의 생명체의 수는 줄어들 수밖에 없다.

지구를 둘러싼 공기의 약 80%가 질소 분자로 되어 있지만 이 질소는 너무 단단하게 결합되어 있어 대부분의 생명체에는 그림의 떡일 뿐이다. 미물에 지나지 않는 콩과식물 뿌리에 기생하는 「뿌리혹 박테리아」만이 신비하게도 그 활용 방법을 알고 있다. 천둥과 함께 치는 번개도 공기 중의 질소를 질산 이온으로 바꾸어서 손실된 질소를 보충한다. 그러나 화학의 덕택으로 이제 인간도 공기 중의 질소를 이용하는 방법을 알게 되었다. 바로 독일의 화학자 프리츠 하버의 공로다. 화학 비료가 개발된 지 30년 만인 1942년 지구촌의 인구는 30억으로 무려 50%나 증가하게 되었다. 굶주림으로부터 인류가 해방되었기 때문이다. 그러나 이제 질소의 남용이 자연의 균형을 깨뜨리고 있다. 자동차와 같은 내연 기관도 질소산화물을 내뿜어 건강을 위협할 정도다. 재활용을 포기한 하수 처리 정책도 질소의 남용을 부추긴다. 공기중의 질소를 생명체가 쓸 수 있도록 어렵게 고정해 놓은 것을 마구 버리고 있는 셈이다. 그렇다고 화학 비료를 포기하고 굶주림의 시절로 되돌아갈 수도 없는 게 현실이다. 재활용을 기본 규칙으로 하는 자연의 섭리를 현명하게 활용하는 화학적 지혜가 필요하다.

▶교과서 관련 단원 : 중 3, Ⅴ.자연환경과 우리생활 - 생태계의 평형(질소의 순환)

▶들려주는 시기 : 생태계의 평형(질소의 순환) 배울 때.

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102. 단풍은 왜 빨갛게 물드나

가을철 우리 나라의 단풍은 아름답기로 유명하다. 온대지방에서는 기온이 내려가는 가을이 되면 나뭇잎이 화사하게 물들고 추운 겨울이 가까워지면 시들어 떨어진다.

잎은 어떻게 해서 빨갛고 노랗게 물이 드는 것일까.

기온이 내려가는 가을이 되면 공기가 건조해진다. 이때 나뭇잎은 일차적으로 수분부족을 겪게 된다. 잎은 태양에너지를 이용해 공기 중에 있는 이산화탄소와 뿌리로 빨아올린 물로 생물의 주에너지원이 되는 탄수화물을 만든다. 바로 광합성 과정을 통해서다. 이 과정에서 식물은 상상할 수 없을 만큼 많은 양의 물을 대기 속으로 뿜어내야 한다. 한 예를 들면 옥수수는 낱알 1㎏을 얻기 위해 잎에서 6백㎏의 물을 증발시켜야한다. 더욱이 기후가 건조해지면 더 많은 물을 뿌리로부터 끌어올려야 한다. 그러나 가을에는 이것이 불가능하므로 나뭇잎은 수분의 부족에 맞서 살아남기 위해 하는 수 없이 활동을 멈춘다.

나뭇잎에는 녹색의 엽록소 외에도 빛을 흡수하는 색소로 70여종의 카로티노이드가 있다. 이들 중 붉은 색을 띠는 게 카로틴이고 노란 색을 띠는 게 크산토필이다. 이들 색소는 잎이 왕성하게 일을 하는 여름에는 많은 양의 엽록소에 가려져 눈에 띄지 않는다. 차고 건조한 기후 때문에 잎에서 엽록소가 분해돼 사라짐으로써 이 들 색소가 눈에 띠게 되는 것이다. 이들 색소의 분포에 따라 노란 색이나 붉은 색 등 단색에서부터 혼합된 색의 단풍이 든 잎을 우리는 보게 된다.

특히 단풍나무는 잎이 물드는 과정에서 독특한 현상을 보인다. 가을에는 줄기와 잎자루 사이에서 코르크층이 만들어지는 것이다. 이 코르크층은 잎에서 광합성으로 생성된 당류(설탕)가 줄기와 뿌리로 운반되는 것을 방해해 잎에 쌓이게 한다. 이 설탕이 잎에서 분해되면서 빨간 색소인 안토시아닌이 만들어져 세포액에 저장됨으로써 타는 것 같은 붉은 색을 띠는 것이다. 서리 가 내린 뒤 따뜻하고 맑은 날이 당분간 계속되면 단풍나무 잎은 매우 곱게 물든다. 단풍이 물든 가을산, 봄을 위해 추운 겨울을 이겨내려는 나무들의 준비를 보면 자연은 잔인한 것 같기만 하다.

▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ. 생물의 구조와 기능 - 잎의 구조와 기능

▶들려주는 시기 : 엽록체의 구조를 배운 후에

103. 술독 제거에 도전한다

알코올이 몸에 나쁜 것만은 아니다. 적당한 양의 알코올은 인간이 사회 활동을 하는데 필요한 윤활유 역할을 한다. 즉 긴장을 풀어주는 신경안정제, 입맛을 돋구어주는 식욕항진제, 혈압을 내려주는 혈압강하제, 마음을 즐겁게 하는 항우울제, 잠이 잘 들게 하는 수면제 등 그 역할이 다양하다. 1일 4-5g의 알코올(소주 한잔)을 섭취하면 평균수명이 늘어난다는 보고도 있다.

그러나 현대사회의 계속적인 스트레스로 말미암아 과음이나 폭음이 연일 이어지면서 알코올은 약이 아닌 독이 돼 신체를 상하게 만든다. 그래서 직장인들 사이에 숙취를 제거한다고 알려진 기능성 음료가 큰 인기를 끌고 있다. 알코올은 어떤 경로를 통해 인체에 영향을 미칠까. 그리고 항알코올 기능성 음료는 어떤 원리로 만들어졌을까.

□섬유처럼 늘어지는 간세포

알코올(엄밀하게 에탄올)을 섭취하면 입안의 점막으로부터 장에 이르기까지 다양한 경로로 몸에 흡수된다. 흡수된 알코올의 90% 이상은 혈류를 통해 간으로 운반되며 나머지 5-10%의 알코올은 폐를 통해 호흡으로 배출되거나 땀이나 뇨로 직접 배출된다. 여기서는 알코올을 분해하는 주요 장기인 간에 대해 살펴보자. 간으로 운반된 알코올은 크게 3가지 경로를 통해 아세트알데히드로 분해되며, 다시 3가지 경로를 따라 분해돼 아세트산이 만들어진다(그림 1). 아세트산은 보통 신체의 에너지 대사 과정에 참여하거나 지방산을 합성하는데 이용된다. 그러나 몸이 알코올과 그 대사 산물을 분해하는 능력에는 한계가 있다. 만일 과도한 양의 알코올을 마시거나 장기적으로 섭취하면 체내에서 심각한 부작용이 일어난다.

'숙취'는 바로 알코올의 다양한 독성 때문에 발생한다. 알코올의 독성은 첫째 알코올자체와 그 분해산물인 아세트알데히드 독성, 둘째 알코올 대사의 부산물인 NADH(핵산 단위인 뉴클레오티드 두개가 결합한 NAD에 수소(H)가 결합된 형태)와 래디칼(O2-, H2O2등)의 독성, 셋째 몸의 약물 대사계가 활성화되면서 발생하는 독성으로 구분된다.

알코올 자체는 세포막을 쉽게 통과하고 세포 지질막과 잘 혼합되기 때문에 세포의 정상적인 신호 전달을 방해한다. 또 아세트알데히드는 체내의 단백질, 지질, DNA 등과 결합해 원래의 활성을 잃게 만든다. 특히 과량의 아세트알데히드는 ‘세포내 발전소'라고 불리는 미토콘드리아의 기능을 저하시켜, 간세포의 기능을 떨어뜨린다. 그 결과 간세포는 점차 섬유조직처럼 길게 늘어지면서 죽어간다.

한편 알코올을 분해하는 과정에서 만들어진 NADH는 중성지방의 합성과정과 젖산의 축적과정을 돕는 물질이다. NADH는 수소를 잃고 NAD로 변했다가(산화)다시 본모습으로 돌아오는(환원) 과정을 되풀이하면서 세포 내 다양한 대사과정에 관여한다. 정상적인 경우 이 물질들 사이에 균형이 이뤄지지만, 알코올을 많이 섭취해 NADH의 양이 지나치게 늘면 간에서 지방이 늘고 젖산으로 인해 피로가 촉진된다. 래디칼은 주변조직을 산화시켜 기능을 떨어뜨리게 만드는 유해 물질이다. 예를 들어 단백질이나 지질분자를 빠른 속도로 산화시켜 활성을 잃게 되거나 DNA를 절단 또는 변형시킬 수 있다. 래디칼은 알코올이 분해되는 전 과정에서 발생한다. NAD가 주변 물질로부터 수소(H)를 뺏어와 NADH를 만드는 과정에서 발생하기도 하고, 알데히드 산화효소나 크산틴 산화효소에 의한 알코올 분해 과정에서도 만들어진다. 마지막으로 알코올은 몸의 약물 대사계를 활성화시켜 독성을 일으키기도 한다. 몸에서 알코올을 분해할 수 있는 효소(알코올 탈수소 효소)의 양은 한정돼 있다. 따라서 알코올을 많이 섭취했을 때 이를 충분히 분해하기 위해 또 다른 대사과정(MEOS)이 필요하다. 이 대사과정은 평소에는 없다가 알코올이 많아질 때 새롭게 나타나는 것이다.

□알코올 분해 촉진

MEOS는 여러 가지 효소와 물질로 이루어진 복합적인 시스템으로, 약물대사 효소인 시토크롬 P450이 핵심 요소다. 이 효소는 간에서 독성 물질을 무독화시키는 기능을 담당한다. 그러나 어떤 약물은 시토크롬 P450과 같은 무독화 효소에 의해 오히려 독성이 더욱 강력하게 변환되기도 한다. 대표적인 예로 현재 진통제의 주성분으로 사용되고 있는 아세트아미노펜은 시토크롬P450에 의해 맹독성의 물질(벤조퀴논)로 변환된다. 또한 니트로소디메틸아민과 같은 발암물질도 이 효소와 작용하면 활성을 나타내게 된다. 따라서 약물을 복용하는 사람이 알코올을 섭취할 때 평소에 별문제가 없다가도 강한 약물 부작용이 나타날 수 있다.

일반적으로 항알코올 음료는 알코올이 몸에 흡수되는 것 자체를 방해하거나 알코올 분해를 촉진시켜 독성을 억제한다. 알코올을 섭취하기 전에 우유를 마시거나 식사를 해 공복 상태를 피하는 것이나 술을 천천히 마시는 것은 알코올 흡수 자체를 늦게 일어나게 하는 방법이다. 하지만 이 방법의 과학적인 근거는 알려진 것이 없다. 단지 경험적으로 볼 때 우유나 두유를 마셔 공복 상태를 피하면 알코올로부터 발생하는 위장 장애를 어느 정도 피할 수 있다. 그러나 반대로 우유가 약알카리성이기 때문에 위가 산성을 유지하기 위해 위산을 과다하게 분비하게 돼 오히려 몸에 해롭다는 의견도 있다. 현재 우리 나라에서 시판되고 있는 컨디션, 아스파, 비지니스, 비젼, 알지오 등은 알코올의 흡수 억제보다 흡수된 알코올이 빠르게 대사되는 일을 1차적인 목표로 삼고 있다. 이 음료들은 체내의 알코올과 아세트알데히드 농도를 빠르게 낮춤으로써 독성을 최소화시키고 숙취를 예방할 수 있을 것으로 실험상 규명되고 있다. 컨디션은 구루메(glumate)와 함께 과당, 벌꿀, 비타민 등이 주성분이다. 구루메는 쌀의 배아와 콩을 발효시킨 후 추출한 물질로서, 알코올의 흡수를 방해하고 알코올 대사가 빨리 진행되도록 유도하며, 알코올에 의한 위점막의 손상을 보호한다고 보고됐다. 아스파는 아미노산인 아스파라긴산을 주원료로 하고 비타민과 벌꿀을 함께 첨가했다. 주요 기능은 NADH를 NAD로 빨리 재생시켜 알코올 대사를 촉진시키는 일이다. 실제로 체내의 아세트알데히드 농도를 36% 정도 감소시킨다는 실험 결과가 보고됐다. 비지니스는 식물 발효액인 바이오짐과 함께 올리고당과 비타민 등이 주성분을 이룬다. 바이오짐은 시험관에서 알데히드 탈수소 효소의 활성을 14%까지 증가시킨다. 하지만 알코올 탈수소효소를 활성화시키지는 못한다. 한편 생체에서는 알코올 대사를 촉진시킨다는 결과가 제시됐다. 이외에도 여러 가지 항알코올 기능성 음료가 시판되고 있는데, 모두 이와 비슷한 메커니즘과 효과를 나타낸다고 보고되고 있다. 나아가서 이런 원리를 응용한 알코올성 질환 치료제도 활발히 개발되고 있다.

□남자가 여자보다 술이 센 이유

그러나 아직까지 기능성 음료들이 알코올의 다양한 독성을 막기에는 역부족이라고 생각한다. 우선 알코올을 분해시키는 능력은 사람마다 선천적으로 다르다는 점이 문제다. 알코올을 분해하는 효소의 구조나 양이 개인 또는 국가별로 다를 수 있기 때문이다. 현재 숙취의주원인 물질로 알려진 것은 아세트알데히드다. 그런데 서양인에 비해 동양인, 남자에 비해 여자의 경우 아세트알데히드를 분해하는 효소가 유전적으로 부족하다. 서양에서 연구된 알코올 대사 과정을 우리 나라에 그대로 적용시켜서는 안된다는 말이다. 특히 우리 나라의 경우 아세트알데히드 독성은 다른 알코올 독성에 비해 더욱 중요하게 다루어져야 한다. 정확한 실험모델이 없다는 점도 문제다. 항기능음료의 효과는 대부분 쥐를 비롯한 동물을 대상으로 실험한 결과에서 추정된 것이다. 그런데 실험결과가 일정치 않다. 학자마다 실험에 사용하는 쥐의 종류가 다양할 뿐만 아니라 알코올을 섭취시키는 양도 다르기 때문이다. 우리 나라 사람을 대상으로 알코올의 대사 과정을 정확하게 연구하는 일이 절실한 실정이다.

▶교과서 관련 단원 : 중 2, 3.건강 - 현대인의 질병과 예방

▶들려주는 시기 : 청소년의 건강 단원을 배울 때                    

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104. 설탕은 왜 몸에 안 좋을까?

설탕의 화학식은 C₁₂H₂₂O₁₁이다. 설탕은 이당류로서 가수분해하면 포도당(글루코오스)과 과당(프록토오스)이 됩니다.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H ₂O →C6H1₂O6+C6H1₂O6

설탕을 많이 섭취하면 몸에 해롭다고 합니다. 그것은 체내에서 칼슘 성분이 빠져 나와 치아를 상하게 하거나 뼈를 약하게 만들뿐만 아니라 우리 몸을 산성으로 만들기 때문입니다. 사람의 혈액은 pH 7.4 정도의 약알칼리성입니다. 즉 건강한 사람의 몸은 약알칼리성입니다.

그러나 설탕을 많이 섭취하면 충치가 생겨 치아가 상한다는 것은 명백하지만, 칼슘 성분이 빠져 나오던가 인체를 산성화시켜 건강을 해친다는 명백한 증거는 아직 없습니다.

설탕의 당분은 쉽게 분해되어 흡수됩니다. 그래서 당의 혈중 농도를 빠르게 증가시킵니다. 혈액 속의 당분의 농도가 높으면 식욕이 감퇴합니다. 특히 식사 전에 설탕 섭취에 의해 당의 혈중 농도가 높아지면 식욕이 현저하게 감소하게 됩니다.

또 당분은 체내에서 쉽게 지방으로 변하기 때문에 비만의 원인이 됩니다. 한번 비만이 되면 다시 원래 상태로 되돌아가기 어렵기 때문에 사전에 예방해야 합니다. 특히 청소년들은 당분 섭취를 줄이고 열심히 운동을 해야 합니다.

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▶이당류 : 단당류 두 분자로 이루어진 물질로 물에 녹으며 보통 단맛이 있습니다. 글리코시드 또는 유리된 형태로 식물계에 널리 존재합니다. 수크로오스, 락토오스, 말토오스가 대표적입니다.

▶포도당 : 단당류 탄수화물로 천연으로는 D형만 존재하며, 이 D-글루코오스를 포도당이라고 합니다. 지구상에 여러 형태로 가장 많이 존재하는 유기물이며, 유리상태로 식물, 특히 익은 과일에 많습니다. 벌 꿀 및 올리고당, 다당 및 여러 글리코시드의 주성분입니다. 고등동물의 혈액에 0.1% 존재하여 각 조직의 직접적인 에너지원이 됩니다. 녹말이나 목재 셀룰로오스를 가수분해하여 만듭니다. 영양, 혈압항진 등의 주사용, 감미료, 각종 발효 원료로 사용합니다.

▶과당 : 포도당과 함께 단 과일이나 꿀에 다량으로 함유되어 있는 당분으로 좌선당이라고도 합니다. 수크로오스, 이눌린 등의 성분으로 구성되어 있으며 식물계에 널리 분포합니다. 물에 쉽게 녹고 단맛이 가장 강하며, 효모에 의해 발효됩니다. 감미료, 영양제(특히 당뇨병 환자용)로 쓰입니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ.생물의 구조와 기능

▶들려주는 시기 : 녹말의 소화 학습 후

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105. 세포는 왜 분열할까?

생물이 생장하는 것은 세포의 크기가 커지는 것이 아니라 세포의 수가 증가하기 때문이라는 것을 잘 알고 있을 것입니다. 세포가 분열하지 않고 그냥 자라면서 생물로 생장할 수는 없을까요?

세포가 정상적인 생명활동을 유지하려면, 외부로부터 끊임없이 물질이 공급되어야 하고, 또 노폐물을 밖으로 내보내야 하는데 그 물질 출입의 통로가 바로 세포막입니다.

세포막은 세포의 표면적에 해당합니다. 세포가 생장을 하면 표면적도 커지지만 체적이 커지는 것에는 훨씬 미치지 못하여 문제가 됩니다. 즉, 세포는 계속 생장하는데도 물질 출입의 통로인 세포막의 넓이 증가가 뒤따르지 못하여 물질 출입이 원활하지 못해 정상적인 활동을 할 수 없게 됩니다. 그래서 세포는 분열을 통해 상대 표면적을 넓히는 것입니다.

또 다른 이유는 핵의 지배․조절 작용에 관련된 것입니다. 핵은 생명 활동의 중심이며 모든 세포의 생명활동을 지배하고 조절합니다. 그런데 세포가 생장하여 세포질의 양이 증가하면 핵이 조절해야 할 범위가 커지기 때문에 세포의 생명활동이 제대로 이루어질 수 없게 됩니다. 세포는 분열을 함으로써 세포질의 양을 줄여 핵의 명령이 세포질 전체에 전달될 수 있게 하는 것입니다.

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▶세포분열 : 세포가 분열하여 두 개의 세포로 나누어지는 과정으로 유사분열, 무사분열, 감수분열이 있습니다. 유사분열에서는 염색체와 방추사가 나타나며, 처음에 핵분열이 먼저 일어나고 다음에 세포질 분열이 일어납니다. 세포질 분열의 방식은 동물세포와 식물세포에 따라 다릅니다. 동물세포에서는 세포막이 세포질을 향하여 옴폭하게 패 들어가서 갈라집니다. 식물세포에서는 세포질의 중앙부에 세포판이 형성되고 이것이 세포벽까지 도달하여 세포질이 갈라집니다. 무사분열에서는 염색체와 방추체가 나타나지 않고 핵이 간단하게 둘로 갈라지고, 이어서 세포질도 둘로 분할됩니다. 병적인 세포나 아메바 등에서 볼 수 있습니다. 감수분열은 생식세포가 형성될 때 일어나는 특수한 분열방식이며, 분열과정을 통하여 염색체수가 반감됩니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 3, Ⅲ.유전과 진화

▶들려주는 시기 : 세포분열 학습 후

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106. 식물과 동물의 차이는 무엇일까?

말과 민들레의 생물로서의 차이점을 말하라면 아주 쉽게 여러 가지 답이 나올 수가 있을 것입니다. 예를 들어 이동 능력, 외적 형태, 생식 방법, 에너지 획득 방법 등 여러 가지 차이가 있습니다. 그러나 모든 동식물에게 이런 뚜렷한 차이가 있을까요?

식물도 유주자인 경우는 이동 능력이 있고, 동물처럼 두드러지지는 않지만 굴성 운동, 팽압 운동을 합니다. 강장 동물인 산호는 외적인 형태가 식물과 비슷합니다.

살아가는 데 필요한 에너지의 획득도 근본적으로는 미토콘트리아에서의 호흡과정이며 이것도 동물과 같습니다. 이렇게 본다면 넓은 의미에서 근본적인 동식물의 차이는 그리 뚜렷하지 않다고 볼 수 있습니다.

그렇다면 언뜻 보기에는 뚜렷하게 나타나는 동식물의 여러 가지 차이점들은 어디에서 비롯되는 것일까요? 그것은 바로 세포 내에서의 엽록체의 유무에서 기인합니다.

식물은 엽록체가 있어서 스스로 양분을 합성할 수 있으므로 이동할 필요가 없고, 동물은 양분을 얻기 위해 끊임없이 움직여야 합니다. 또 움직이다 보면 위험한 적들을 많이 만나므로 이에 대응하는 감각기, 신경계, 운동기 등이 발달할 수밖에 없는 것입니다. 이렇듯 동식물의 모든 차이점은 결국 엽록체의 차이에서 비롯되었다고 볼 수 있습니다.

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▶유글레나 : 유글레나는 그 특성상 동물과 식물의 양쪽 특성을 지닌 단세포생물입니다. 안점과 운동 기관인 편모가 있는 것이 동물의 특성이며 광합성을 하는 것은 식물의 특성입니다. 유글레나는 연두벌레라고도 합니다. 세포벽은 없고 일반적으로 체형이 변화하기 쉽습니다. 안점이 있고, 보통 1-2개의 편모로 운동합니다. 무성생식을 하며 클로로필 a, b를 가지고 동화작용을 하며, 연못이나 늪에 삽니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 1, Ⅱ.주변의 생물

▶들려주는 시기 : 단세포생물 학습 후

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107. 적혈구는 무슨 일을 할까?

적혈구 세포는 작고 얇은 접시 모양이며 양쪽 가운데가 움푹 들어가 있습니다. 현재까지 알려진 바로는 혈류에서 가장 숫자가 많은 고형 물질이 적혈구입니다. 인체는 항상 25억 개 정도의 적혈구를 유지하고 있는데, 이를 펼치면 테니스장 4개를 덮을 수 있다고 합니다. 적혈구 세포들은 대략 120일간 활동을 한 후 마모되어 분해되는데, 그때까지 순환계 안을 약 30만 번 돕니다. 또 1초에 300만개의 비율로 새로운 적혈구 세포들이 골수에서 만들어져 파괴된 적혈구들을 대체합니다. 골수의 모세혈관에 흡수된 적혈구들은 혈류 속으로 보내집니다.

적혈구 세포에 많이 분포되어 있는 헤모글로빈이라는 단백질 분자의 가장 중요한 속성 가운데 하나는 산소와 접촉했을 때 느슨하게 결합하는 독특한 능력입니다. 헤모글로빈과 산소의 결합은 호흡하는 동안 폐에서 일어납니다. 헤모글로빈 분자들은 폐를 통과할 때 최대 4개의 산소 분자와 결합하여 혈류를 통해 산소를 인체의 모든 조직으로 운반합니다. 또한 적혈구 세포들은 영양분이 분해될 때 만들어지는 이산화탄소를 다시 폐로 운반하는 데 중요한 역할을 합니다.

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▶ 혈액의 구성 물질

․백혈구 : 일정 한 모양이 없이 수시로 그 모양이 바뀝니다. 적혈구보다 크며 핵이 있고 1mm3의 혈액 속에 일반적으로 6000-8000개 가량 들어 있으나 질병이나 몸의 상태에 따라 그 수가 늘거나 줄어듭니다. 또한 뼛속에서 만들어지며, 뼛속이나 지라에서 파괴됩니다.

․혈소판 : 적혈구가 파괴되어 생긴 작은 조각들로, 모양이 일정하지 않고 핵이 없습니다. 1mm3의 혈액 속에 약 20-30만 개가 들어 있습니다. 뼛속에서 만들어지며, 지라나 근육에서 파괴됩니다.

․혈장 : 혈액의 65% 정도를 차지하며 물이 90%정도이고, 이 속에 포도당, 지방, 아미노산, 무기염류 등의 영양분이 포함되어 있습니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 2, Ⅱ.생물의 구조와 기능

▶들려주는 시기 : 혈액의 학습 후

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108. Rh 혈액형은 어떠한 것일까?

혈액형의 구별 기준은 적혈구 표면의 단백질, 즉 항원인데 이것은 사람마다 차이가 있습니다. 가장 잘 알려진 ABO 식 혈액형의 경우에는 A와 B항원 중 어느 것을 가지고 있느냐에 따라 A형 B형 AB형 이 되고 둘 다 없으면 O형이 되는 것입니다.

그런데 Rh형이라고 또 다른 항원이 전세계 인구의 85% 이상의 적혈구에 함유되어 있음이 밝혀졌습니다.(우리 나라의 경우 99%가 항원을 갖고 있음) Rh 항원이 있는 사람은 Rh포지티브형(Rh+ 형), Rh 항원이 없는 사람은 Rh 네거티브형(Rh- 형)이 되는 것입니다. 그러므로 Rh 항원이 없는 Rh- 형인 사람은 Rh+ 형의 혈액을 수혈 받을 수 없습니다. 또한 드문 경우지만 Rh식 혈액형에서는 혈액형 때문에 태내의 아기가 위험에 빠질 수 있습니다. Rh- 형인 여성이 Rh+ 형인 남성과 결혼하여 Rh+ 형인 아기를 임신했을 때 문제가 생깁니다.

Rh 항원을 가진 태아의 혈액이 출산이나 유산 때 산모의 혈류로 스며들 경우 산모는 Rh 항원에 대한 항체를 만들게 되는데, 이 항체가 태반을 통해 태아의 Rh 항원과 응집하여 태아가 황달을 일으키거나 사산되는 경우가 있습니다. 그러나 항체가 만들어지는 데는 시간이 걸리기 때문에 첫 번째 임신은 별 위험을 초래하지 않습니다.

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▶혈액형 판정 : 면역혈청학적 방법으로 유전되는 독특한 항원의 특징에 따라서 개인의 혈액을 분류하는 것으로 혈액형은 유전법칙에 따라서 일생불변이므로 친자감별이나 범죄의 과학수사 등에 응용되기 도 하고 인류학수사 등에 응용되기도 하고 인류학, 유전학 등의 견지에서도 연구됩니다. ABO식과 Rh식 혈액형이 일반적입니다. ABO식에서 O형은 혈구에 A, B항원이 없고 혈청 속에 항A응집소, 항B응집소가 있습니다. A형은 혈구에는 A항원, 혈청에는 항B응집소만이 있습니다. AB형은 혈구에 A, B 두 항원이 있을 뿐이고 응집소는 없습니다. 혈액형 판정을 통해 부모가 태아 사이에 혈액이 맞지 않아서 생기는 태아적아구증과 같은 질병의 원인을 발견할 수 있습니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 2, 과학 Ⅱ. 생물의 구조와 기능

▶들려주는 시기 : 혈액의 학습 후

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109. 딸꾹질의 원인과 치료법은 무엇일까?

폐는 늑골(갈비뼈)에 둘러싸여 있으며, 위쪽으로 휘어진 근육질의 횡격막이 바닥을 이루고 있는 일종의 통속에 들어 있습니다.

숨을 들이마시면 횡격막이 아래쪽으로 내려가면서 평면이 되고 동시에 늑골을 둘러싸고 있는 근육이 수축되어 늑골을 들어올립니다. 이런 방식으로 가슴속의 공간이 넓어져 공기 수용량이 늘어나는 것입니다.

딸꾹질이란 이 횡격막이 무의식적으로 수축하여 생기는 것으로 원인은 음식을 너무 빨리 먹거나 그 밖의 다른 이유로 횡격막을 제어하는 신경이 자극을 받았기 때문입니다. 횡격막이 수축하면 공기가 흡입되고 목구멍 뒤쪽에 있는 성대 사이의 간격이 갑자기 닫혀지면서 독특한 딸꾹질 소리를 내게 됩니다.

딸꾹질을 멈추기 위해 물 한 그릇을 숨도 쉬지 않고 쭉 들이키는 사람도 있고, 숨을 쉬지 않는 사람도 있습니다. 이렇게 하면 산소 공급량이 줄고 탄산가스의 양이 증가되어 횡격막의 정상적인 리듬을 회복시킬 수 있을지도 모릅니다.

또 코를 자극해서 재채기를 하거나 혀를 잡아당기는 등 주의를 다른 데로 돌림으로써 신경계를 자극해서 딸꾹질을 멈출 수도 있습니다.

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▶횡격막 : 흉강과 복강의 경계를 이루고 있는 얇은 근육판으로 둘레는 흉부의 하부를 형성하는 골격 (요추의 전면, 늑골궁의 내면, 흉골의 하단)에 부착되어 흉강측으로 돌출한 돔형을 이룹니다. 포유류에 특유한 것으로 그 외의 척추동물에는 없습니다. 가로무늬근으로 되었는데, 중심부는 근섬유가 없고 건(腱)중심으로 되어 있으며, 대동맥, 하대정맥, 식도가 관통해 있습니다. 딸꾹질은 횡격막의 경련으로 생기며, 경신경총에서 나온 두 줄의 횡격신경의 자극에 의하여 호흡운동을 합니다. 배변, 구토, 기침 및 태아 의 분만 등의 배출작용에도 중요합니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 2, 과학 Ⅲ. 생물의 구조와 기능

▶들려주는 시기 : 호흡의 학습 후

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110. 포자와 씨의 차이점은 무엇일까?

씨의 발생은 식물의 역사에서 위대한 전진이었습니다. 씨는 포자와 마찬가지로 새로운 세대를 생산하고 종의 생존을 보장하는 유일한 기능을 수행합니다. 씨는 이러한 과업을 포자보다 훨씬 효과적으로 수행할 수 있습니다.

포자의 생존은 우연에 크게 좌우됩니다. 낱개의 포자에는 저장된 양분이 거의 혹은 아예 없습니다. 포자는 새로운 식물의 유전적인 ‘청사진’ 만을 가진 단일 세포로 이루어져 있습니다. 그래서 우연히 성장에 꼭 맞는 조건을 갖춘 곳에 떨어져야만 발아하여 생존할 수 있습니다.

그 결과 이끼류와 양치류 등 포자로 번식하는 식물들은 대단히 낮은 생존율을 극복하기 위하여 포자를 수백만 개씩 만들어야 했습니다. 반면에 씨는 새로운 식물로 성숙하기 위한 투쟁에서 다음 세대가 확실한 시작을 할 수 있도록 해 줍니다.

개개의 씨앗은 외피의 보호를 받는 수많은 세포들로 이루어져 있습니다. 뿐만 아니라 세포들은 기본적인 뿌리와 줄기 그리고 잎을 갖춘 온전한 식물의 태아를 이루고 있습니다. 그리고 대부분의 경우 씨는 어린 싹이 자력으로 살아갈 수 있을 때까지 필요한 영양분을 갖고 있습니다. 이렇듯 씨앗은 포자보다 훨씬 효율적이기 때문에 그전까지 지구를 지배하고 있던 양치식물들을 물리치고 지구의 새로운 지배자로 군림하게 된 것입니다.

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▶포자 : 식물에서 무성생식을 하는 세포로 다른 세포와 합체하지 않고 단독으로 다음 세대의 식물체를 형성하는 점에서 배우자와 다릅니다. 편모를 가지고 운동하는 것을 유주자라고 합니다. 양치류나 이끼의 포자와 같이 포자체의 포자모세포의 감수분열에 의하여 생기는 것을 진정포자라고 하고, 곰팡이의 분생자나 세균의 포자와 같이 식물체의 일부가 그대로 분열하여 생기는 것을 영양포자라고 합니다. 포자는 단세포 구형 또는 타원형의 것이 많으나 다세포인 것도 있습니다. 무성생식을 하며, 진정포자는 발아하여 배우체를 형성합니다. 자성배우체가 되는 대포자, 웅성배우체가 되는 소포자로 분화되어있는 것도 있습니다. 발아에는 20-30 정도의 온도와 빛(곰팡이류의 포자는 빛이 필요 없습니다), 수분이 필요합니다. 녹균, 깜부기균과 같은 기생성 균류는 특정한 숙주의 몸에 붙어야만 발아합니다.

▶교과서 관련 단원 : 중 1, 과학 Ⅱ. 주변의 생물

▶들려주는 시기 : 이끼와 고사리의 학습 후

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