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과학 기타
겨울에 몸이 움츠러들고 소변이 자주 마려운 이유?

날씨가 추워지면 몸을 움츠리게 된다. 추운 날일수록 이상하게 소변이 자주 마렵다. 그 이유는 뭘까. 날씨가 추우면 우리 몸은 평소보다 더 많은 에너지를 필요로 하게 된다. 체온을 일정하게 유지시켜야 하기 때문이다. 날씨가 추울 때 방의 온도를 높여줘야 하는 것과 마찬가지다. 에너지를 만들려면 우리 몸의 영양분도 더욱 빠르게 분해돼야 한다. 영양분이 분해되면서 에너지를 내기 때문이다. 그런데 영양분은 분해되면서 물과 이산화탄소를 배출하게 되므로 에너지를 많이 만들수록 물도 많이 생기게 된다. 날씨가 추워지면 우리 몸이 에너지를 만드는 과정에서 물을 생성하게 되고 따라서 오줌도 더 많이 나오게 되는 것이다. 우리 몸은 약 60%가 물로 이뤄져 있다. 수분이 부족해지면 목이 마르게 되고 수분이 많아지면 오줌을 통해 물을 몸 밖으로 배출하게 된다. 이런 오줌은 신장에서 만들어진다. 신장은 콩처럼 생겼다고 해서 콩팥이라고도 불린다. 신장은 신장 동맥을 통해 들어온 혈액 가운데 우리 몸에 필요 없는 노폐물을 걸러서 내보내는 기능을 한다. 신장은 하루에 180ℓ를 여과시킨다. 이 가운데 99%의 물과 각종 영양분들은 다시 몸 속으로 흡수되고 나머지는 오줌으로 배출된다. 우리 몸에서는 소변량을 줄이는 호르몬이 분비된다. 술이나 커피를 마시면 자주 소변을 보게 되는데,이것은 바로 술과 커피 속에 이 호르몬을 억제하는 성분이 들어 있기 때문이다.
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인체의 화학공장 '간'… 500가지 이상 작용

◆인체의 화학공장 '간' 간장은 인체에서 가장 무거운 장기로 약 1.0~1.5kg 정도의 무게가 나간다. 500가지 이상의 작용을 하기 때문에 '인체의 화학공장'으로 불린다. 놀랍게도 사람은 간의 70% 이상을 잘라 내도 살아갈 수 있다. 그만큼 간의 재생력이 뛰어난 덕분이다. 간의 기능은 크게 대사 기능,배설 기능,해독 기능으로 나뉜다. 간은 우선 포도당 단백질 지방 등을 이용해 에너지를 만드는 작용을 한다. 소장에서 흡수된 포도당의 대부분을 저장한다. 특히 간은 피 속에 들어 있는 포도당의 농도(혈당)를 일정하게 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 간으로 들어오는 피 속에 포도당이 많을 때는 당분을 글리코겐이라는 형태로 저장해 놓고,피 속의 포도당이 부족할 때는 글리코겐을 당분으로 만들어 피로 보낸다. 간은 또 대사 기능을 돕는 담즙이나 각종 효소를 만들어 보내는 배설 기능을 하며,체내에 들어온 약물이나 알코올 등 유독 물질을 물에 녹여서 해독하는 역할도 한다. 음식물을 조금밖에 못 먹었을 때 '위'가 아니라 '간'에 기별도 안 간다고 말하는 것은 그만큼 간이 우리 몸의 에너지 생성과 유지에 실질적으로 중요한 역할을 한다는 것을 뜻한다. ◆눈앞이 캄캄한 이유 앉아 있거나 누워 있다가 갑자기 일어서면 잠시 어지럽거나 눈앞이 캄캄해진다. 그 이유는 바로 혈액 순환과 관련이 있다. 우리가 누워 있으면 피를 돌게 하는 심장이 머리와 비슷한 높이에 위치하게 된다. 이 때 갑자기 일어서게 되면 머리가 심장보다 더 높은 위치로 이동하게 되고 그러면 순간적으로 피가 아래 쪽으로 쏠리면서 머리로 흐르는 피의 양이 줄어들게 된다. 어지러움을 느끼는 것은 바로 이 때문이다.
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단백질, 수많은 아미노산의 연결체

단백질은 수많은 아미노산(amino acid)의 연결체다. 20여 종류의 천연 아미노산들이 펩티드 결합이라고 하는 화학 결합으로 연결돼 있다. 분자량이 작으면 폴리펩티드,분자량이 크면 단백질이라고 한다. 이런 단백질은 생물체의 중요한 구성 성분이면서 몸의 기능 유지에 대단히 중요한 역할을 한다. 몸의 균형을 지키는 호르몬이나 세포 내 화학반응의 촉매 역할을 하는 효소,면역 기능을 하는 항체 등이 모두 단백질이다. 효소는 단백질의 가장 중요한 형태 중 하나다. 세포 내에서는 생물체에 필요한 물질을 합성하거나 에너지를 만들어 내는 화학반응이 끊임없이 일어난다. 이것을 조절하는 게 바로 효소다. 수많은 생명 현상을 일으키는 화학 반응에는 그것을 담당하는 효소가 따로 있기 때문에 만약 효소가 없다면 생명체는 잠시도 생명을 유지할 수 없다. 생물체 몸에 들어온 이질 단백질(항원)로부터 몸을 보호하는 항체는 면역에서 중요한 역할을 하는 단백질이다. 우리가 음식물을 통해 단백질을 섭취,소화하는 것도 면역 현상의 변형된 형태로 볼 수 있다. 단백질은 아주 다양한 구조를 가지는데,효소들은 대부분 3차원 구(球)형으로 돼 있고 헤모글로빈 등은 이런 3차원 단백질 두 종류가 모인 4차 구조로 돼 있다.
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단백질, 다양한 종류로 만들어서 쓴다

국내 연구진이 이런 자연 단백질을 인공적으로 설계해 다양한 종류로 만드는 기술을 개발했다. 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 김학성 교수와 박희성 박사 팀이 주인공.김 교수 팀은 '신 기능 단백질 설계 기술'로 자연 단백질을 만드는 데 성공해 최근 미국 과학저널 사이언스에 발표했다. 사이언스는 별도의 '전망(Perspective)'란을 통해 연구 내용과 파급 효과를 상세히 설명하고 연구 성과를 비중 있게 다뤘다. 이번 연구 결과를 활용하면 신약이나 산업용 효소로 쓰일 수 있는 새로운 단백질을 아주 간편하게 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구에는 스웨덴 웁살라대와 미국 펜실베이니아대 연구진들이 함께 참여했다. ◆단백질 리모델링한다 생물체 내에는 모두 합해 5만 종류 이상의 단백질이 존재하는 것으로 알려져 있다. 이들 단백질은 각각 서로 다른 기능을 수행하고 있다. 하지만 그 구조를 들여다보면 대개 기본적인 골격(틀)은 수백 개 정도로 한정돼 있다. KAIST 연구팀은 이 같은 점에 착안,기존의 알려진 단백질 골격에다 원하는 요소들을 첨가하거나 빼는 방식으로 새로운 단백질을 만드는 기술을 개발했다. 여기에는 단백질을 설계하는 과정과 단백질 생산을 명령하는 유전자를 새롭게 배열하는 과정이 포함된다. 실제로 '글리옥살라제 Ⅱ'라는 효소에 이 방법을 적용한 결과 페니실린 같은 항생제의 고리 구조를 끊어 주는 새로운 기능의 단백질이 만들어졌다. 글리옥살라제 Ⅱ의 구조 골격에서 특정 요소들을 떼어낸 뒤 다른 요소들을 붙여 넣음으로써 새 단백질을 만드는 데 성공한 것이다. 단백질을 주택에 비유하면 일종의 리모델링을 한 셈이다. ◆새로운 단백질 의약품

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인체의 신비… 그 속으로 가보자

단백질은 우리 몸의 생명을 유지하는 기본 물질이다．우리 몸 속에서 일어나는 여러가지 생명 현상에는 대부분 유전자의 명령으로 만들어진 단백질이 관여한다． p53 이라는 단백질은 암을 억제하는 기능을 하고 인슐린은 혈당치를 낮춰 당뇨병을 막아 준다．몇몇 효소는 우리가 섭취한 음식물로부터 다양한 물질과 에너지를 효율적으로 생산하는 역할을 한다． 우리 몸은 아주 신비하다．옛적부터 '작은 우주'로 불리웠을 정도다．우리 몸은 스스로 병을 막고 일단 병에 걸려도 회복을 위한 기능을 신속히 발휘한다． 그런가 하면 뇌는 인간이 만든 그 어떤 컴퓨터 보다도 정밀하며 간이나 심장은 한 치 오차 없는 작동으로 우리 몸을 유지시킨다． 우리 몸의 재미있는 기능과 현상을 알아보자．
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10년을 날아 명왕성의 비밀 벗긴다

인류 최초의 명왕성(Pluto) 탐사선 '뉴 호라이즌스'(New Horizons) 호가 지난 20일(한국시간) 새벽 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 기지에서 성공적으로 발사됐다. 기상 조건 등의 이유로 두 차례나 발사가 연기됐던 탐사선은 지구 대기권을 무사히 벗어나 장장 10여년에 걸쳐 명왕성을 향해 날아간다. 뉴 호라이즌스는 태양계의 마지막 행성인 명왕성의 비밀을 풀어줄 수 있을까. 뉴호라이즌스호는 발사 1시간 만에 대기권을 벗어났다. 무게 470kg의 이 탐사선은 총알보다 10배가량이나 빠른 시속 5만8000km의 속도로 48억km 떨어진 명왕성까지 날아간다. 2015년 7월께 명왕성에 도착할 예정이다. 미 항공우주국(NASA)의 콜린 하트먼 박사는 "우리는 태양계 아홉 번째 행성을 향한 초유의 탐험 여행을 시작했다"며 "임무가 완수되면 새로운 정보를 얻을 수 있을 것"이라고 말했다. ◆명왕성의 신비를 풀어라 뉴호라이즌스호의 임무는 명왕성에 접근해 사진을 찍고 대기 상태를 분석하는 것이다. 뉴호라이즌스호는 이를 위해 명왕성 6000마일(1만km) 이내까지 접근해 지나갈 예정이다. 6000마일은 지구와 달 사이 거리의 40분의 1에 불과하다. 뉴호라이즌스호는 명왕성과 그 위성인 카론 곁을 비행하면서 수집한 정보를 지구로 보내게 된다. 5개월가량 명왕성 근처를 비행하면서 찍은 사진의 해상도는 허블 우주망원경보다 더 화질이 좋을 것으로 예상되고 있다. 뉴호라이즌스호가 보낸 전파 신호가 지구에 오려면 4시간30분이 걸린다. 이는 빛이 명왕성에서 지구까지 도달하는 데 걸리는 시간과 같다. 뉴호라이즌스호는 명왕성과 카론 탐사를 마친 뒤에는 2016년부터 2020년까지 계속 비행하면서 명왕성 바깥쪽에 있는 수
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명왕성, 태양계에서 가장 작은 9번째 행성

올해는 태양계 아홉 번째 행성으로 알려진 명왕성을 발견한 지 76년째 되는 해다. 명왕성은 1930년 미국 애리조나주 로웰 천문대의 아마추어 천문학자 클라이드 톰보에 의해 처음으로 발견됐다. 당시 천왕성과 해왕성이 이론상의 궤도대로 운동하지 않는다는 사실은 알려져 있었다. 이는 그 바깥쪽에 미지의 행성이 있음을 예견하는 것이었다. 당시 톰보는 이 같은 이론에 따라 이 미지의 행성을 찾아내는 임무를 맡고 있었다. 그는 밤하늘을 촬영한 사진들을 비교하던 중 계속해서 나타나는 얼룩을 보고 그것이 바로 자신이 찾던 미지의 행성임을 알아차렸다. 이 미지의 행성은 같은 해 등장한 디즈니 영화의 주인공 개 이름을 따 '플루토'(Pluto)라고 지어졌다. 플루토는 그리스 신화에 나오는 저승의 신(명왕)을 가리키는 말이기도 하다. 이 명왕성은 태양계 여덟 번째 행성인 해왕성 바깥의 유일한 천체로 알려졌으며 '카론'으로 불리는 위성까지 발견된 뒤로 행성의 자리를 굳혔다. 그러나 과학자들이 해왕성 바깥에서 작은 얼음 덩어리들로 이뤄진 '카이퍼 벨트'를 발견하면서 명왕성이 과연 행성인가에 대한 논란이 일기 시작했다. 명왕성이 태양을 중심으로 공전하는 행성이라기보다는 오히려 이 카이퍼 벨트에 속한 소행성일지도 모른다는 주장이 나왔기 때문이다. 실제로 일부 과학자들은 국제 천문연맹에 명왕성의 행성 자격 박탈을 건의하기도 했다. 하지만 아직은 명왕성이 태양계 아홉 번째 행성이라는 학설이 우세한 상황이다. 명왕성의 적도 반지름은 약 1150km로 지구의 0.18배이고,질량은 지구의 0.0022배로 태양계의 행성 중 가장 작다. 평균 공전속도는 초속 4.74km이며,공전주기는 248.54년이
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블랙홀, 중력장 세기가 빛의 속도보다 큰 것

질량을 가진 모든 물체는 중력장을 만들어 낸다. 이 중력장의 세기를 나타내는 양으로 그 물체 표면으로부터의 '탈출 속도'가 있다. 그 물체의 중력장으로부터 벗어나려면 '탈출 속도'보다 빨라야 한다. 천문학에서 말하는 '블랙홀'이란 무엇일까. 중력장의 세기(탈출속도)가 빛의 속도보다 큰 것을 말한다. 이 세상에서 가장 빨리 움직이는 빛조차 블랙홀에서는 빠져나가지 못한다는 얘기다. 진화 단계를 거친 아주 큰 질량의 별은 끝없이 수축하는 단계에 이른다. 수축하는 별 중심부는 그 질량에 따라 중성자 별이 되기도 하고 블랙홀이 되기도 한다. 궁극적으로 물질들은 이런 블랙홀로 빨려들지만 그 직전까지 엄청난 에너지를 내놓기 때문에 블랙홀 주변은 아주 밝다. 블랙홀에서는 빛이 새어 나오지 않기 때문에 우리는 직접 블랙홀을 볼 수 없다. 그러나 블랙홀에서는 빛보다 빠른 X선이나 자외선이 나오기 때문에 이를 포착해 블랙홀의 존재를 알 수 있다. 특히 은하의 가운데에는 아주 무거운 블랙홀이 있는 것으로 여기고 있다. 이런 블랙홀의 존재는 그 주변에 있는 별이나 가스의 운동을 통해 알아낼 수 있다. 블랙홀 주변에서는 별들이 아주 빨리 움직이기 때문이다. 블랙홀 가까이에 있는 물체에서는 모든 일이 밖에서 보았을 때보다 천천히 진행되는 것처럼 보인다. 만약 우주 비행사가 블랙홀 근처에 접근했다가 돌아왔다면 다른 사람들이 자신보다 훨씬 늙어 있음을 발견하게 될 것이다.

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