투석이란 콜로이드 입자와 불순물을 분리하는 기술이라고 할 수 있다.
투석은 반투막과 콜로이드 용액으로 설명 할 수 있다.
염화철을 끓는물에 넣어 화학반응으로 수산화철을 생성시키고 이 수산화철의 용해하지도 않고 가라앉지도 않아 투석에 사용된다.
1)콜로이드 용액에 염화철을 넣고 가열한다
2)셀로판 용기에 콜로이드 용액을 넣는다
3)콜로이드 용액이 든 셀로판을 물속에 넣거나 주변에 물을 조금씩 흘러보냄으로써 콜로이드 용액에서 수소이온과 염소이온을 분리시켜 염화수소를 완전히 분리시킨다
4)피에이치 지시약을 사용하여 염기성을 확인한다.
실제로 인공투석을 할 때, 노페물이 섞인 혈액을 투석기로 흘려 보낸다. 투석기에는 적혈구, 백혈구, 단백질 등이 통과 할 수없는 작은 구멍 이난 섬세한 실들이 수천 올씩 다발로 있는데, 길이가 약 30cm 인 투명 플라스틱 원통 속을 꽉 채우고 있다. 이 실 속을 흐르는 혈액에서 외부 투석액쪽으로 노폐물이 이동하면서 제거된다. 또 혈액 속에 부족한 HCOS3-가 투석 액에서 헐 액으로 보충된다. 신장은 H+를 소변으로 배출해 혈액을 약 염기성으로 유지하는 작용을하는데, 신장 기능이 떨어지면 혈액의 pH가 산성으로 기울기 때문에 약염기 성인 HCO3-를 혈액에 보충해서 다시 약 염기성으로 만드는 것이다.
신문을 통해 화학기술이 생명공학과 의료기술에도 활용된다는 것을 깨닫고 학문과 학문이 유기적으로 연결됨에 따라 사람에게 더 이익이 되는 긍정적 효과가 생길 수 있음을 깨닳았다.
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(신문자료1)
-세포 삼투압 조절 단백질의 암·노화 억제 관여 규명
세포 삼투압을 조절하는 단백질이 암이나 노화를 억제하는 데도 관여한다는 사실을 울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 밝혀냈다.
UNIST에 따르면 권혁무, 이자일, 명경재 교수 연구팀은 ‘TonEBP'(톤이비피) 단백질이 DNA의 이상 구조인 ‘R-루프'(R-loop)를 제거하는 데 관여한다는 사실을 규명했다.
R-루프는 전사(transcription·DNA를 주형틀로 하는 RNA가 합성되는 것) 과정에서 DNA 이중나선 구조가 일시적으로 벌어지면서 생기는 고리 모양 구조체다.
R-루프가 제때 없어지지 않고 축적되면 DNA 복제에 이상이 생기고 암이나 노화 현상이 촉진되는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 세포를 관찰하던 중 R-루프가 생성된 곳에 TonEBP 단백질이 공존한다는 것을 발견하고, 이 둘 간의 상관관계를 살피기 시작했다.
연구 결과 TonEBP 단백질은 R-루프를 인지한 후 RNA 제거 효소를 R-루프 쪽으로 끌어오는 과정을 활성화하는 것으로 나타났다.
R-루프는 벌어진 한 쌍의 DNA 가닥 중 한 가닥 위에 전사를 통해 합성된 RNA가 붙여진 구조인데, 이 RNA 가닥이 제거되면 DNA 가닥이 평상시 안정한 이중나선 구조(실 두 개가 꼬여 있는 형태)로 봉합된다.
연구팀은 TonEBP 단백질이 RNA 제거를 촉진하는 구체적인 과정을 규명했다.
TonEBP 단백질이 DNA에 형성된 R-루프를 인식해 찾은 후 RNA의 메틸화를 돕는 효소인 METTL3(엠이티티엘쓰리)와 결합해 메틸화 반응을 촉진한다.
메틸화 반응은 RNA의 특정 부위에 메틸 작용기가 붙은 과정인데, 이 반응은 RNA 제거 효소를 R-루프로 유인하게 된다.
연구팀은 TonEBP 단백질이 R-루프를 찾아가는 방식도 밝혀냈다.
TonEBP 단백질은 R-루프에 바로 결합하거나 DNA 가닥 위를 타고 이동하다가 R-루프를 인식하는 두 가지 방식 모두를 이용해 30억 개 염기쌍으로 구성된 사람의 DNA에서 R-루프를 빠르게 발견한다.
연구팀은 DNA 위를 이동하는 단백질의 움직임을 실시간으로 볼 수 있는 특수 기법인 ‘DNA 커튼’ 기법을 사용했다.
연구는 국제 학술지인 ‘뉴클레인 에시즈 리서치'(Nucleic Acids Research)에 11일 자로 온라인 게재됐다.
연구 수행은 한국연구재단, 기초과학연구원(IBS), 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
(신문자료2)
—삼투압 이용해 광결정 자유자재로 제작
KAIST(한국과학기술원)는 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 하버드대와 공동으로 삼투압 원리를 이용해 ‘광결정’을 자유자재로 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
이번 연구 결과는 네이처의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 지난 7일자 온라인 판에 실렸다.
광결정은 서로 다른 투명재료가 빛의 파장 정도의 공간적 주기성을 가지고 격자 형태의 구조를 이루고 있는 물질이다.
특정 파장의 빛만 반사하고 나머지는 통과하도록 제어할 수 있는 특성 때문에 ‘빛의 반도체’라고도 불린다.
하지만 광결정의 반사색을 바꾸는 것이 불가능하고 제조 공정이 까다로워 상용화하기 어려웠다.
연구팀은 액체 상태의 광결정을 덩어리 형태가 아닌 100나노미터(㎚·10억분의 1m) 정도의 얇은 캡슐 형태로 만들어 공정성을 높였다. 고무로 만든 캡슐막을 씌워 모양도 자유자재로 바꿀 수 있도록 제작했다.
이를 위해 ‘삼투압 현상’의 원리, 즉 배추를 소금물에 넣으면 높은 삼투압을 갖는 소금물이 배춧잎의 물 분자를 반투막 밖으로 꺼내 배춧잎의 부피가 줄어드는 원리를 적용했다.
나노입자를 담은 미세 물방울이 삼투압 현상에 의해 부피가 줄어들면 나노입자가 스스로 규칙적으로 배열돼 캡슐막 내부에 광결정을 만드는 원리이다.
김신현 교수는 “구부리거나 접을 수 있는 차세대 반사형 디스플레이 소자나 인체 내에 주입할 수 있는 바이오센서 등을 구성하는 광학소재로 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 지난해 9월 별세한 양승만 전 KAIST 생명화학공학과 교수에 헌정됐다.
(신문자료3)
(신문자료4)
—음식에 소금을 치면 썩지 않는 이유
절임은 소금이나 당에 의해서만 아니라 물에 녹을 수 있는 모든 물질(용질)이 가능하다. 그러나 식용이 불가능한 물질은 식품에 적용할 수가 없기 때문에 단지 사용하지 않을 뿐. 이런 저장 효과는 절임용 용질의 성질(물성)에 따라 크게 달라진다. 즉 물질의 분자량(물질의 크기)이 적을수록, 이온화(하전)가 되고 그 수가 많을수록 효과는 좋아진다. 소금이 설탕보다 훨씬 더 좋은 이유다.
보존 원리를 설명하기 위해서는 먼저 삼투압이라는 이론이 도입된다. 삼투압이란 반투막(semi-permeable membrane)을 사이에 두고 농도가 다른 두 용액을 놓았을 때 용질(소금)은 이동하지 않고 물만 이동해 양쪽의 농도가 평행이 될 때까지 지속되는 현상이다. 그림처럼 시간이 지나면 물이 용질(소금)의 농도가 높은 쪽으로 이동하여 높이가 점점 높아지다가 평행에 도달하면 이동을 멈춘다. 이때에 반투막에 걸리는 압력을 삼투압이라 한다. 계산식은 II=icRT로 표시한다. 여기서 c는 녹인 물질(용질)의 몰(M)농도, i는 녹은 물질(용질)의 이온수(해리수), R은 상수, T는 절대온도이다.
그렇다면 식품에 소금을 치면 어떻게 변할까. 세포 내부의 물이 세포막( 반투막)을 빠져나오고 내부의 농도가 진해진다. 체적이 줄고 결국은 막이 안으로 말려들어가 세포는 쪼글쪼글하게 된다. 이를 원형질분리라는 말로 표현한다. 농도가 반대일 경우는 물이 내부로 이동하여 탱글탱글 해진다. 터질 것 같지만 바깥의 강한 세포벽 때문에 터지는 일은 없다. 반면 동물세포, 즉 적혈구 같은 세포는 세포벽이 없어 농도가 높아지면 터질 수 있다.
배추나 야채를 절일 때도 똑같은 현상이 벌어진다. 세포 속의 물이 빠져나와 숨이 죽고 체적이 줄어든다. 다시 맹물에 담그면 반대 현상이 일어나 되살아난다. 채소를 소금에 절이면 세포 내부의 수분 함량은 줄고 염류의 농도는 증가한다. 절인 음식이 상하지 않는 이유는 식품 속 소금(염)의 농도가 높아져 함께 있던 미생물 세포도 탈수되어 자라지 못하기 때문이다. 절임 농도에 따라 그 보존성이 좋고 나쁨이 정해진다.
그럼 어느 정도의 농도에서 부패가 방지될까. 생선이나 채소를 간하거나 절일 때 부패 최소 농도는 5% 정도라 했다. 최근은 웰빙시대라면서 간을 이보다 낮은 1~2% 정도로 한다. 장기 보존이 불가능하다. 간장, 된장 등은 20% 전후, 젓갈은 더 높아 약 30% 정도로 해준다. 이 정도에서는 미생물의 생육이 불가능해 영구보존이 기능하다.
시중에는 소금을 과하게 섭취하면 만병의 근원으로 치고 적게 먹기를 권장한다. 틀린 말은 아니지만 얼마가 과한지에 대한 기준이 없다. 보건 당국이 권장량을 하루 5g 정도로 정해주고는 있지만 이를 실천하는 사람은 거의 없다. 소금을 먹는 양은 짠 음식이 기준이 아니라 하루에 먹는 총량이다. 싱거운 국물도 하루 두 사발을 먹으면 기준량의 2배를 넘나든다. 참고로 세계 최장수 국가 일본과 우리는 하루에 12~20g을 먹고 있다. 사람마다 자기 입맛에 맞게 간을 조금 달리하는 정도로는 문제가 없다는 것. 스트레스 받아가면서 일부러 싱겁게 먹으려고 애쓰지 마라.