[Book] Korea Skeptics Vol. 18

2019 10 28
이 책이 밀려 있어서 바로 Vol. 17에 이어서 읽기 시작했다.
표지 금붕어 그림이 귀엽다. ㅋ

2019 11 30
한 달 조금 넘게 걸려서 읽었다.
이 번호에서는 강양구 기자의 미세먼지에 대한 글과 믿고 읽고 있는 김상욱 교수의 유전자에 대한 글을 흥미있게 읽었다.
그 동안 중국 탓만 해오던 미세먼지의 원인이 공기의 흐름과 관계있다는 것이 흥미로왔다.

[Book] Korea Skeptics Vol. 17

2019 09 15
다시 Skeptics Korea 책을 읽기 시작함.
그 동안 Dawkins의 책을 읽느라 Skeptics Korea 책이 세 권 밀려 있다.
앞으로 부담없이 출근 시간, 휴일에 읽어 나갈 예정이다.

2019 10 25
이번에는 한 달 조금 넘게 걸려서 달 읽었다.
역시 Korea Skeptic은 재미있다.
이번 호에서는 특히 "음이온 환상에 빠진 사회"라는 제목의 글을 흥미있게 읽었다.
사이비과학으로 분류되고 있는 "음이온"에 대한 무분별한 찬양에 대하여 경종을 울리는 글이다.

[Summary] 생명의 과학 - 물리학의 관점으로 본 생명 by 김상욱 in Korea Skeptic Vol. 13

Korea Skeptic Vol. 13에서 읽은 김상욱 교수의 "생명의 과학 - 물리학의 관점으로 본 생명" 글이 맘에 들어 내가 다시 정리해 본다.

세상에 두 종류의 물질: 생물과 무생물 (생명의 정의가 부정확하기에 과학적 분류 아님)

하지만 둘 다 원자로 구성되었다는 사실.

우리가 내뱉는 CO₂는 몸속의 포도당이 세포호흡을 통해 분해되어 생긴 부산물

생명도 원자의 모임인데 생명이란 무엇일까?

생명의 에너지

생명은 자신을 보존하려고함.

열역학 제2법칙(엔트로피 증가)으로 점점 무질서해짐. (보존에 역행)

보존. 유지하려면 에너지가 필요.

물리학의 첫번째 관심사는 자신을 보존하는데 필요한 에너지.

자크 모노 (Jacques Monod) - 우연과 필연 (Chance and Necessity)

“진화는 결코 생명체의 고유한 속성이 아니다. 오히려 보존의 메커니즘이야말로 생명체만이

특권적으로 유일하게 가진 독특한 본성이며, 진화란 이러한 보존 메커니즘의 불완전성으로

인해 일어나는 것이기 때문이다.”

진화를 위해서는 먼저 자기 유지 능력이 필요함.

자기 보존의 목표가 한 단계 업그레이드 된 것이 복제임.

저자는 진화보다 보존, 유전자 보다 에너지가 더 중요하다고 생각함.

지구상 생명체가 에너지를 얻는 두 가지 방법, 광합성(식물)과 호흡(동물).

호흡은 세포호흡으로 미토콘드리아에서 일어나고, 광합성은 엽록체에서 일어남.

이 두 소기관에서 일어나는 화학반응은 유사함.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ↔ 6CO₂ + 6H₂O + energy

포도당: C₆H₁₂O₆

오른쪽 방향: 호흡, 왼쪽 방향: 광합성

동물은 음식에서 얻어지는 포도당과 산소를 결합해서 에너지 확보하고 부산물로 CO₂와 물이 나옴.

식물은 공기 중의 CO₂에서 포도당을 만들도 부산물로 산소를 내놓으며 이때 빛 에너지를 이용함.

지구 생명 탄생 후 (35억 년 전) 시아노박테리아가 광합성 시작.

산소는 광합성의 부산물(쓰레기)임.

이 후 지구 상에 산소량 증가.

산소는 반응성이 강한 원자임.

광합성은 반응성 강한 산소에 붙은 수소를 빛 에너지로 떼어내는 것임.

1790년 앙투안 라부아지에(Antoine Lavoisier)가 프랑스 왕립아카데미에 보낸 논문 중

“호흡은 탄소와 수소가 천천히 연소되는 현상으로 등불이나 촛불이 타는 것과 모든 면에서 흡사함.

이와 같은 관점에서 숨을 쉬고 있는 동물은 살아 있는 연소체임.”

라부아지에가 이야기한 연소현상이 허파가 아니라 모든 세포에서 일어난다는 사실은 1870년에 밝혀짐.

1949년에 이 세포호흡은 미토콘드리아에서 일어난다고 밝혀짐.

산화 - 환원의 물리

포도당과 산소가 결합하면 왜 에너지가 나올까?

산화-환원 반응은 발열반응.

산화-환원이란 한 원자에서 다른 원자로 전자가 이동하는 현상임.

호흡의 경우 포도당에서 이산화탄소로 전자가 이동(산화), 산소는 물로 되면 전자를 얻음(환원).

전자가 이동하면 왜 에너지가 나올까?

포도당은 탄소의 육각형 고리모양, 각 탄소(C) 하나에 수소(H)와 수산기(-OH)가 하나씩 달려있는 구조.

탄소와 수소(C-H), 탄소와 산소(C-OH) 사이의 결합(공유결합)이 핵심 구조임.

포도당에서 탄소와 수고가 공유결합 할 때, 전자는 양자 중첩 현상(superpostion)으로 탄소와 수소 양쪽에 동시에 존재하여 탄소와 수소가 하나처럼 됨.

탄소와 수소에서 각 하나 씩의 전자가 전자쌍을 이루게 됨.

이산화탄소의 경우는 탄소와 산소 사이에 공유 결합임.

포도당이 이산화탄소가 될 때 탄소와 수소의 결합이 모두 사라지고 탄소와 산소의 결합만 남음.

여기서 C-H가 C-O로 바뀌면 왜 에너지가 나올까?

산소라는 반응성 강한 원자가 단서임.

양자역학: 산소는 전자를 좋아함. (다른 원자들에 비해 전자를 강하게 당겨서 전자가 원자핵 가까이 있게 됨)

전자기학: 양전하(원자핵)와 음전하(전자)는 가까이 있을수록 에너지가 낮음.

(지구 중심에 가까운 인간이 인공위성 보다 낮은 에너지를 가지고 있으며 인간이 인공위성 위치로 가려면 에너지가 필요함)

포도당과 이산화탄소: C-O 결합의 경우 산소가 전자를 매우 좋아해 전자쌍이 산소에 가까이 끌려감.

공유결합이므로 전자쌍은 탄소와 산소에 동시에 존해하나 상대적으로 산소 쪽에 가깝게 치우침.

포도당은 C-H 결합이 있지만 이산화탄소는 C-O 결합뿐.

탄소 입장에서는 옆의 수소보다 산소가 있을 때 전자쌍이 더 멀어져서 산화되었다고 함.

산소분자(O₂)는 전자쌍이 두 산소원자에 동등하게 존해함.

이제 물(H₂O)이 되면 수소보다 산소가 전자를 더 좋아하므로 전자쌍이 산소 주위로 끌려감.

산소 입장에서는 전자를 얻은 셈으로 산소는 환원되었음.

산화-환원 반응: 탄소 주위에 있던 수소를 걷어서 (전자를 좋아하는) 산소원자에 줌.

수소의 전자를 산소가 차지하면 전자기법칙에 따라 에너지가 낮아짐.

탄소 주위에 산소가 하나(포도당)에서 둘(이산화탄소)로 늘어나며 산소가 탄소의 전자쌍을 빼앗아 에너지가 낮아짐.

포도당과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소가 되면저 에너지 발생함.

에너지장벽과 촉매

에너지는 반응물(포도당과 산소)의 에너지의 총합과 생성물(물과 이산화탄소)의 에너지 총합을 알면됨.

에너지 장벽으로 에너지가 낮아진다고 바로 화학반응이 일어나는 것은 아님.

포도당 주위의 수소를 산소로 바꾸면 에너지가 낮아짐. (이것이 호흡의 핵심임)

하지만 포도당에서 수소를 떼어내려 해도 에너지가 필요함.

더 낮은 에너지 상태가 되기 위해서는 일시적으로 높은 에너지 상태가 되어야 함. (에너지 장벽 넘기)

촉매: 에너지 장벽 넘기를 도와주는 물질, 자신에는 변화가 없음 (촉매는 화학반응식에 나타나지 않음.)

효소: 단백질로 된 촉매

생명체 내의 촉매는 대부분 효소.

포도당이 이산화탄소와 물로 되기까지 수많은 효소가 필요함. (진화의 산물임)

호흡 과정이 복잡한 것은 에너지 효율을 최대로 높이기 위함.

자동차 같은 내연기관의 휘발유 성분도 탄소와 수소의 화합물임.

휘발유가 산소와 결합하여 물과 이산화탄소가 되면 생기는 에너지 차를 이용함.

세포호흡이나 내연기관이나 모두 동일한 원리로 작동함.

자동차의 에너지 효율은 약 25~30%, 세포호흡은 약 40% 정도임.

효율을 높이려면 비가역반응 구간을 줄여야함.

비가역반응: 화학반응의 시간역 방향으로 진행 시 원상태로 돌아오지 않는 반응. (나무가 타서 재가됨)

비가역반응은 일반적으로 급작스러운 변화가 있을 때 생김.

열역학에서 최대 효율을 가진 열기관은 ‘카르노 기관’, 이것은 무한히 천천히 움직이며 그래서 모든 과정이 가역적으로 일어남.

자연법칙은 100% 효율의 에너지 이용을 허용하지 않음.

호흡의 과정은 세분화된 많은 연쇄반응을 통해 포도당에 들어 있는 에너지를 높은 효율로 뽑아냄.

해당과정(glycolysis)

호흡의 도입부에 해당하는 해당과정도 10단계의 반응을 거침.

호흡은 해당과정, 시트르산회로, 산화적 인산화로 이루어짐.

호흡을 통해 포도당분자 1개로부터, 해당과정에서 ATP(adenosine triphosphate: 생명체의 에너지원이 되는 분자) 2개, 시트르산 회로에서 2개, 산화적 인산화에서 26 또는 28개의 에너지가 얻어짐.

에너지의 대부분이 마지막 단계에서 얻어짐.

해당과정: 당을 분해하는 과정. 하나의 포도당이 10단계의 화학반응을 거쳐 두 개의 피루브산으로 나뉨.

포도당에 탄소가 6개 있으므로 피루브산은 탄소가 3개 있음. (포도당은 육탄당, 피루브산은 삼탄당)

포도당 (+육탄당인산화효소) => 포도당 6-인산 (+포도당인산이성질화효소) => 과당 6-인산 (+인산과당인산화효소) => ….. 연쇄적 반응이 진행됨.

누가 이 과정을 control 하는가?

세포 안에는 해당과정에 필요한 모든 효소가 존재함.

포도당이 세포 내부 공간을 떠다니다가 육탄당인산화효소를 만나면 포도당 6-인산으로 변함.

포도당 6-인산도 세포 내부를 떠다니다가 적절한 효소를 만나면 다음 단계로 진행됨.

효소가 얼마나 많은지(농도)와 얼마나 빨리 움직이는지(온도)가 중요함.

효소는 단백질이며 단백질을 만드는 정보는 유전자(DNA)에 들어 있음.

해당과정의 최종산물인 피브루산은 미토콘드리아 내부로 들어가 아세틸 CoA라는 화합물로 전환됨.

해당과정은 산소가 필요없으므로 산소를 사용하지 않는 혐기성 세균이 에너지를 얻는 방법임.

예, 효모에 의한 알코올 발표.

와인, 막걸리는 해당과정의 산물임.

사람의 경우 격렬한 운동을 하면 산소가 필요함. 그래서 숨을 헐떡이게 됨.

그래도 산소 공급이 불충분하면 세포들은 피부르산을 미토콘드리아에 주지않고 젖산으로 바꿈.

산소가 없으니 미토콘드리아에 피부르산을 주어봐야 에너지를 뽑을 수 없기 때문임.

하지만 포도당 분자 하나가 해당과정을 통해 만들어지는 ATP는 2개 뿐임.

피부르산이 미토콘드리아에 들어가면 28~30개의 ATP가 만들어짐.

에너지 공장 미토콘드리아

미토콘드라이 안에서 아세틸 CoA는 시트르산회로라는 연쇄화학반응을 점화시킴.

시작은 옥살로아세트산이 아세트산으로 변하며 총 7단계르 거쳐 다시 옥살로아세트산으로 돌아감.

이 과정에서 호흡의 최종 산물 중 하나인 이산화탄소가 생성됨.

아세틸 CoA가 공급되는 동안 이 반응은 지속됨.

호흡에서 시트르산회로는 ATP 개와 최대의 부가가치를 갖는 두 종류의 분자(NADH와 FADH)를 만듬.

NADH: NAD(nicotinamide adenine dinucleotide)가 산화된 상태

FADH: FAD(flavine adenine dinucleotide)가 산화된 상태

이 분자들은 전자를 내놓고 양이온으로 변함.

전자들은 단백질 집단(전자전달계)을 거쳐며 엄청난 양의 에너지를 생성함. (오랜 난제였음)

전자전달계를 지난 전자는 최종적으로 물을 만드는 데 쓰임.

이 과정에서 만들어지는 ATP의 계수는 일정하지 않음.

시베로 오초아(Severo Ochoa 1959년 노벨 생리의학상 수상)가 34개라고 알아냄.

이후 실험 마다 24~34개까지 다른 숫자들이 나옴.

1961년 피터 미첼(Peter Mitchell, 1977년 노벨 화학상 수상)은 10년 동안 무시당한 놀라운 제안을 함.

제안: 미토콘드리아는 내막과 외막이라는 이중의 세포막을 가지고 있고 이 막 사이 공간이 중요함.

전자전달계는 시토크롬이라 불리는 단백질의 집단으로 내막에 박혀 있음.

전자가 전달되는 동안 시토크롬들이 순차적으로 산화-환원반응을 거듭함.

여기서 나오는 에너지는 바로 ATP로 바뀌지 않고, 세포 내부에서 막 사이의 공간으로 양성자를 이동시키는 데 사용됨. (미첼의 핵심 아이디어)

전자전달계는 막 사이 공간으로 양성자를 펌프질하여 농축시킴.

이 때 막 사이 공간에 농축된 양성자는 내막에 구멍이 생기면 세포 내부로 쏟아져 들어옴.

실제로 ATP 합성효소라는 단백질에는 구멍이 있어 양성자가 지날 수 있음.

양성자가 이동할 때, 바람개비처럼 생긴 회전 단백질이 돌아가며 ATP가 만들어짐.

양성자 3개가 이동할 때마다 회전자는 120도씩 회전함.

처음 120도 회전 시 ADP가 효소에 결합함.

다음 120도 회전 하는 동안 ADP안에 인산이 붙어 ATP가 만들어짐.

마지막 120도 회전 시 ATP가 떨어져 나옴.

전자전달계는 입력과 동시에 에너지를 만들지 않고 양성자 저수지에 에너지를 저장했다가 필요할 때 사용함.

저장된 양성자는 ATP 생성만이 아니라 다른 용도로도 사용됨.

그래서 산화적 인산화 과정에서 생성되는 ATP의 개수가 변하는 것임.

정리: 포도당은 해당과정을 통해 피부르산으로 변함.

피부르산은 미토콘드라아 내부로 들어가 시트르산회로를 점화시킴.

여기서 만들어진 물질이 전자전달계에 전자를 줌.

전자전달계는 미토콘드리아 내막과 외막 사이에 양성자를 농축시킴.

농축된 양성자가 내막을 가로질러 이동할 때 ATP가 만들어짐.

결국 생명에너지의 근원은 전자기력임.

단지 산소가 탄소보다 전자를 더 강하게 끌어당기기 때문에 생긴 에너지 차를 이용하는 것임.

우주에서 가장 단순한 전하는 전자와 양성자임. (호흡에서 이들이 주인공임.)

전자공학에서는 전자만 주인공임.

양성자는 전자보다 2000배 가량 무거움.

전자가 아니라 양성자가 농축되고, 전자가 전자전달계를 이동하는 이유임.

전자는 가벼워서 모아두기 힘듬.

양성자를 농축한다는 것은 pH 값이 커져서 산성이 된다는 뜻임.

미토콘드리아는 산/염기를 통제하는 기계임.

원자로 만들어진 화학기계

생명의 핵심은 스스로를 보존하는 것임.

복제, 번식, 진화

엔트로피가 증가하는 우주에서 자신을 보존하려면 에너지가 필요함.

지구 상의 동물은 호흡을 통해 에너지를 얻음.

인간은 에너지를 이용하여 걷고, 숨 쉬고, 생각하고, 번식함.

한 때 이 에너지를 신비한 생명의 기운 같은 것으로 생각한 적 있음.

사실 호흡으로 에너지를 만드는 과정은 연홰 화학반응임.

이렇게 화학반응이 순차적으로 일어나는 것을 ‘살아 있다’고 함.

살아 있음에 사용되는 원자들은 죽어 있는 물체들을 이루는 원자들과 동일함.

생명은 원자로 만들어진 화학기계임.

[Book] The greatest show on earth by Richard Dawkins

20190226
전에 한 번 읽은 책으로 이번에 다시 일기 시작했다.
Korea skeptic 다음 호가 올 때까지 기다리며 읽으려고 하는데 나름 두꺼운 책이라 언제 다 읽게 될지 걱정이 된다. ㅋ

20190911
드디어 다 읽음. ㅋ  정말 오래 걸렸다.
회사 출근해서 8시반 일과 시작 전까지 남은 시간 동안 읽어서 오래 걸렸다.
그래도 나름 재미있게 읽었다.
특히 지구 상에 일어나고 있는 진화에 대하여 다시금 경이로움을 느끼게 되었다.
도킨스의 책은 영어를 잘 못하는 나도 원서를 읽을 만 한 것 같다.
이 저자의 다음 책을 빨리 구해서 읽어보고 싶다.

[Book] Korea Skeptics Vol. 16

20190109
지난 호와 마찬가지로 지난 호 다 읽고 바로 시작했다.
아기 얼굴이 나와있는 표지 사진이 아주 인상적이였다.
이번 호 내용 중 News & Issues의 "왜 엘리어트 과학자들이 종교를 믿는가"라는 글을 재미있게 읽었다. 특히 저자의 글 중에 '나는 신이라는 개념이 우리가 본성적으로 가지고 태어나는 어머니 모형에 대한 초정상 자극이라고 제안한다. 이 자극은 실제 어머니보다 어미니 모형을 더 많이 자극하는 과장된 속성을 가진다.'라는 글에 많이 동감하게 된다.

20190226
회사에 출근해서만 읽게되어 이번에는 한 달 넘게 읽었다.
이번 호를 마지막으로 정기 구독이 만료되어 다시 2년 간 정기 구독을 신청하였다.
다음 호도 역시 기대된다.

[Book] Korea Skeptics Vol. 15

20181214
이번 호 역시 V14를 다 읽고 바로 읽기를 시작했다.
요즘 다시 이 Skeptics에 흥미를 가지기 시작한 것 같다.

20190109
이번 호도 아주 재미있게 잘 읽었다.
한 달도 안되어 다 읽게 되었다.
이번 호 주제도 다 흥미롭고 재미있었지만 특히 "누가 역사를 왜곡하는가"라는
한국 역사 학자들의 글을 흥미롭게 읽었다.
유사역사학에 비판에 대한 글로 한단고기 등과 같은 책의 내용을 비판하는 내용이다.