생물학에서 요오드
Iodine in biology요오드는 생물학적 시스템에서 필수적인 미량 원소입니다.생명체가 흔히 필요로 하는 원소일 뿐만 아니라 어떤 형태의 생명체도 사용하는 것으로 알려진 두 번째로 무거운 원소라는 특징을 가지고 있습니다(몇 가지 박테리아 효소의 성분인 텅스텐만이 더 높은 원자 번호와 원자 무게를 가지고 있습니다).모든 생물 왕국의 생물에서 생화학적 경로의 구성 요소이며, 생명체의 진화 역사에서 근본적인 중요성을 시사합니다.[1]
요오드는 척추동물 내분비계의 적절한 기능에 매우 중요하고, 소화계와 생식계를 포함한 많은 다른 기관들에서 더 작은 역할을 합니다.요오드 함유 화합물의 적절한 섭취는 특히 태아기와 신생아기에 발생하는 모든 단계에서 중요하며, 요오드가 부족한 식단은 성장과 신진대사에 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.
척추 기능
갑상선
척추동물 생물학에서 요오드의 주요 기능은 갑상선 호르몬인 티록신(T4)과 트리요오드티로닌(T3)의 구성 성분입니다.이 분자들은 아미노산 티로신의 부가-축합 생성물들로부터 만들어지고, 티로글로불린이라고 불리는 요오드가 함유된 단백질에 방출되기 전에 저장됩니다.T4와 T3는 분자당 요오드 원자를 각각 4개와 3개 포함하고 있으며, 요오드는 T4의 분자량의 65%와 T3의 59%를 차지하고 있습니다.갑상선은 혈액으로부터 요오드를 적극적으로 흡수하여 이러한 호르몬들을 생성하고 혈액으로 방출하는데, 이것은 뇌하수체에 의해 생성되는 갑상선자극호르몬(TSH)이라고 불리는 두 번째 호르몬에 의해 조절되는 작용입니다.갑상선 호르몬은 계통발생학적으로 매우 오래된 분자로 대부분의 다세포 생물에 의해 합성되며 단세포 생물에도 약간의 영향을 미칩니다.갑상선 호르몬은 기초 대사율을 조절하기 위해 유전자 전사 메커니즘에 작용하면서 생물학에서 기본적인 역할을 합니다.T3는 소장 세포와 지방 세포에 작용하여 각각 탄수화물의 흡수와 지방산의 방출을 증가시킵니다.[2]갑상선호르몬이 부족하면 기초대사율이 최대 50%까지 감소할 수 있고, 갑상선호르몬이 과다하게 생산되면 기초대사율이 100%[3]까지 증가할 수 있습니다.T4는 크게 생물학적으로 활성화된 호르몬인 T3의 전구물질로 작용합니다.갑상선 호르몬을 통해 요오드는 셀레늄과 영양적인 관계가 있습니다.셀레늄 의존성 효소인 디요오드화효소는 외부 티로신 고리에서 요오드 원자를 제거함으로써 T4를 T3 (활성 호르몬)으로 전환시킵니다.이 효소들은 또한 내부 고리 요오드 원자를 제거함으로써 T4를 역T3(rT3)로 전환시키고, 내부 고리 원자를 제거함으로써 T3를 3,3'-다이오도티로닌(T2)으로 전환시킵니다.후자의 두 제품은 본질적으로 생물학적 효과가 없고 폐기를 위해 신속하게 준비되는 비활성 호르몬입니다.셀레늄 의존성이 없는 효소들은 이러한 반응들의 생성물들을 더욱 탈이온시킵니다.
인체 내 요오드 총량에 대해서는 여전히 논란이 되고 있으며, 2001년 M.T. 헤이스(M.T. Hays)는 갑상선(Tyroid)에 "요오드 대사에 대한 수년간의 관심에도 불구하고 인체의 총 요오드 함량이 불확실하다는 것은 놀라운 일입니다.갑상선의 요오드 함유량만 형광 스캔으로 정확하게 측정되었고, 현재는 정상인의 갑상선에서 5-15mg 정도로 잘 추정됩니다.그러나 다른 조직과 갑상샘 외 기관에 대해서는 유사한 방법을 사용할 수 없습니다.많은 연구원들이 인체 내 요오드 함량의 10~50mg을 서로 다르게 보고했습니다."[4][5]셀레늄은 또한 신체의 가장 강력한 항산화 물질인 글루타티온의 생성에 매우 중요한 역할을 합니다.갑상샘 호르몬이 생성되는 동안 과산화수소가 대량으로 생성되므로 셀레늄이 없을 때 높은 요오드가 갑상샘을 파괴할 수 있습니다(종종 목이 아픈 느낌으로 묘사됨). 과산화물은 셀레늄으로부터 글루타티온이 생성되어 중화됩니다.결과적으로, 셀레늄의 과잉은 요오드에 대한 수요를 증가시키고, 결핍은 셀레늄이 많고 요오드가 적을 때 초래됩니다.[citation needed]
갑상샘외요오드
갑상선 외 요오드는 유선, 눈, 위점막, 자궁경부, 뇌척수액, 동맥벽, 난소, 침샘을 포함한 여러 다른 기관에 존재합니다.[6]이러한 조직의 세포에서 요오드화 이온(I−)은 나트륨-요오드화 교감체(NIS)에 의해 직접 들어갑니다.요오드와 요오드화물에 대한 다양한 조직 반응은 쥐의 유선과 갑상선에서 발생합니다.[7]유선조직에서 요오드의 역할은 태아 및 신생아 발달과 관련이 있지만 다른 조직에서의 역할은 잘 알려져 있지 않습니다.[8]요오드를 흡수할 수 있는 다양한 조직에서 항산화[8] 작용과 항증식[9] 작용을 하는 것으로 나타났습니다.분자 요오드(I2)는 양성 및 암성 신생물에 대한 억제 효과가 있는 것으로 나타났습니다.[9]
미국 식품영양위원회와 의학연구소는 성인 인간의 경우 하루에 150 마이크로그램에서 수유부의 경우 290 마이크로그램까지 요오드를 섭취할 수 있도록 권장했습니다.그러나 갑상선은 하루에 필요한 양의 T4와 T3를 합성하기 위해 하루에 70마이크로그램 이상이 필요하지 않습니다.요오드의 더 높은 일일 허용치는 젖가슴, 위점막, 침샘, 구강 점막, 동맥벽, 흉선, 표피, 맥락막총 그리고 뇌척수액을 포함한 많은 다른 신체 시스템의 최적의 기능을 위해 필요한 것으로 보입니다.[10][11][12]
기타기능
요오드와 티록신은 또한 양서류의 변형 동안 유충의 아가미, 꼬리 그리고 지느러미의 세포의 화려한 세포 사멸을 자극하는 것으로 보여졌습니다. 또한 그들의 신경계가 수생 초식 올챙이의 신경계에서 육생 초식 성체의 신경계로 변환되는 것도 보여졌습니다.개구리 종 Xenopus laevis는 세포 자멸의 메커니즘과 발달 생물학에서 요오드의 역할에 대한 실험적 연구를 위한 이상적인 모델 유기체임이 증명되었습니다.[13][1][14][15]
무척추동물 기능
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갑상샘 호르몬은 갑상샘 자체가 발달하기 훨씬 전에 우르바이어스에서 진화한 것으로 믿어지고 연체동물, 극피동물, 두족류, 아시디안 모두 이러한 호르몬을 사용합니다.[16]Cnidarian들은 또한 양쪽성 동물이 아닌 파라호조류임에도 불구하고 갑상선 호르몬에 반응합니다.[16][17]
곤충들은 요오드를 사용하는 갑상선 호르몬과 비슷한 호르몬을 사용합니다.[18][19][20]
티로신 키나아제로 생성된 인산화된 티로신은 모든 동물과 초아노편모충에서 기본적인 신호 분자입니다.[21][22]
동물이 아닌 기능
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요오드는 많은 단세포 생물에서[23] 생명에 중요한 것으로 알려져 있습니다. 티로신 키나아제로 생성된 인산화된 티로신은 모든 동물과 초아노편모충에서[21][22] 기본적인 신호전달 분자이며, 유사한 역할을 위한 티로신 요오드 화합물의 사용과 관련될 수 있습니다.[23]Crockford는 요오드가 원래 광합성의 산화적 손상으로부터 세포막을 보호하는 데 사용되었고 나중에 세포질로 이동하여 이온의 세포질 구성의 균형을 맞추는 것에 관여하게 되었고 나중에 초기 생명에서 티로신의 비효소적 합성에 관여하게 되었다고 제안합니다.[23]
그것은 모든 생활 영역에 공통적이고 요오드와 결합된 티로신을 사용합니다.[23]
식물, 곤충, 동물성 플랑크톤 및 조류는 요오드를 모노 아이오도티로신(MIT), 디 아이오도티로신(DIT), 요오드카본 또는 요오드 단백질로 저장합니다.[24][25][26]
많은 식물들은 성장을 조절하기 위해 호르몬과 같은 갑상선을 사용합니다.[24][27]
내장에 서식하는 박테리아는 숙주 갑상선 호르몬의 요오드를 사용합니다.[28]
갑상선과 유사한 호르몬은 다세포성의 발달과 관련이 있을 수 있습니다.[29][30]아이오도티로신은 다른 분자들과[31] 반응성이 매우 강해서 진화 역사 초기에 중요한 세포 신호 분자로 만들었을지도 모릅니다.[23]효소가 수확량을 상당히 높게 만들지만,[32][33] 그들은 유기체에 의해 초기에 채택되는 데 기여했을 수 있는 효소 촉매 없이 자발적으로 형성됩니다.[34]
물과의 반응이 쉽다는 것은 요오드가 모든 생명 영역에서 세포 신호 전달에 걸쳐 왜 그렇게 흔한지 설명해줄 수 있습니다.[35]
많은 광합성 미생물들은 무기 요오드산염을 그들의 세포벽에서[36][37][38][39][40] 요오드화물로 환원시킬 수 있지만, 그것의 많은 부분은 요오드화메틸과 같은 화합물에서 세포질보다 환경으로 방출됩니다.[41][36][42]많은 황산염 환원 미생물과 철 산화 박테리아는 요오드산염을 요오드화물로[43][40] 환원시키기도 하고 이것이 혐기성 생물의 조상일 수도 있다는 것을 암시하는 많은 혐기성 생물입니다[44].[23]
다시마는 알 수 없는 이유로 요오드티로신으로 많은 양의 요오드화물을 저장합니다.[45][46]
분자요오드(I2)는 대부분의[47] 단세포 생물에게 세포막을 파괴하여 독성을 나타내지만 알파프로테오박테리아와 초아노편모충은 내성을 갖습니다.[48]대장균과 같은 유기체는 분자 요오드에 의해 죽지만 숙주 갑상선 호르몬으로부터 요오드를 필요로 하는데, [28]이는 요오드가 필요한 모든 유기체가 순수한 요오드의 독성 효과에 저항력이 없는 것을 나타냅니다.[23]
요오드를 함유한 제제는 농업 시스템의 다른 종에 차별적인 영향을 미칠 수 있습니다.모든 Fusarium verticillioides 균주의 성장은 요오드-함유 균류(AJ1629-34)에 의해 상당히 억제됩니다.EC) 작물에 해를 끼치지 않는 농도로.이것은 비교적 자연적인 화학 작용 때문에 덜 독성이 있는 곰팡이 방지 농업 치료제일 수 있습니다.[49][50]
식사 권장 사항
미국의학연구소(IOM)는 2000년 요오드에 대한 EARs(Estimate Average Requirements)와 RDAs(Recommended Dietary Allowances)를 업데이트했습니다.14세 이상의 경우 요오드 RDA는 150μg/day이고 임산부의 RDA는 220μg/day이며 수유 중 RDA는 290μg/day입니다.1-8세 어린이의 경우 RDA는 90μg/일이고 8-13세 어린이의 경우 130μg/일입니다.[51]안전 고려 사항으로, IOM은 증거가 충분할 때 비타민과 미네랄에 대해 허용 가능한 상위 섭취 수준(ULs)을 설정합니다.성인의 요오드 UL은 하루에 1,100μg입니다.이 UL은 갑상샘자극호르몬에 대한 보충효과를 분석하여 평가하였습니다.[8]EARs, RDAs, AIs 및 ULs를 종합하여 DRIs(식용기준섭취량)라고 합니다.[51]
유럽 식품 안전청(EFSA)은 총 정보 집합을 RDA 대신 인구 기준 섭취량(PRI), EAR 대신 평균 요구량(Average Requirement)으로 지칭하며, AI와 UL은 미국과 동일하게 정의됩니다.18세 이상의 여성과 남성의 경우 요오드의 PRI는 150μg/day로 설정됩니다. 임신 또는 수유 중의 PRI는 200μg/day입니다.1-17세 어린이의 경우 PRI는 나이가 들수록 90~130μg/day로 증가합니다.이 PRI들은 수유를 위한 것을 제외하고는 미국의 RDA들과 유사합니다.[52]EFSA는 동일한 안전성 질문을 검토하여 성인 UL을 미국 가치의 절반이 조금 넘는 600μg/day로 설정했습니다.[53]특히 일본은 2010년 성인 요오드 UL을 3,000 µg/day에서 2,200 µg/day로 감소시켰다가 2015년 다시 3,000 µg/day로 증가시켰습니다.
2000년 기준, 미국의 식품에서 요오드를 섭취한 중위수는 남성의 경우 240~300μg/일, 여성의 경우 190~210μg/일이었습니다.[51]일본에서는 미역이나 콤부 다시마를 자주 섭취하기 때문에 소비량이 훨씬 많습니다.[8]일본의 하루 평균 섭취량은 1,000에서 3,000μg/일에 이르며, 이전의 추정치는 하루 평균 섭취량이 13,000μg/일에 이른다는 것을 시사했습니다.[55]
라벨링
미국 식품 및 식이 보충제 표시 목적의 경우, 1인분의 양은 일일 가치(%DV)의 백분율로 표시됩니다.요오드의 경우 일값의 100%는 150μg으로 간주되며, 2016년 5월 27일 개정에서는 이 수치가 150μg으로 유지되었습니다.[56][57]기준 일일 섭취량에는 기존 및 새로운 성인 일일 값 표가 제공됩니다.
식원
요오드의 천연 공급원은 요오드가 풍부한 토양에서 자라는 식물뿐만 아니라 다시마와 특정 수산물과 같은 많은 해양 생물을 포함합니다.[58][59]요오드화 소금은 요오드로 강화됩니다.[59]2016년 Food Fortification Initiative 보고서에 따르면 130개국이 의무적으로 소금을 요오드로 강화하고 있으며 추가로 10개국이 자발적으로 강화하고 있습니다.[citation needed]
결핍증
전세계적으로 요오드 결핍은 20억명에게 영향을 미치며 지적 장애의 주요 예방 가능한 원인입니다.[60]정신적 장애는 주로 아기나 어린 아이들이 식이 요오드 부족으로 갑상선 기능 저하증에 걸릴 때 발생하는 결과입니다. (성인의 새로운 갑상선 기능 저하증은 일시적인 정신적 둔화를 일으킬 수 있지만 영구적인 손상은 아닙니다.)
식단에 요오드가 거의 없는 지역, 전형적으로 내륙 오지와 해양 음식을 먹지 않는 반건조 적도 기후에서 요오드 결핍은 갑상선 기능 저하증을 유발하기도 하는데, 그 중 가장 심각한 증상은 전염병 고트르(갑상선 부종), 극도의 피로감, 정신적 둔화, 우울증, 체중 증가,기초 체온이 [61]낮아서요
요오드를 식탁용 소금(소위 요오드화 소금)에 첨가함으로써 부유한 나라에서 요오드 결핍의 가장 심각한 결과를 상당 부분 제거했지만, 결핍은 개발도상국에서 심각한 공중 보건 문제로 남아 있습니다.[62]요오드 결핍은 유럽의 특정 지역에서도 문제가 되고 있습니다; 독일에서는 요오드 결핍과 싸우고 치료하는 데 매년 약 10억 달러의 의료비가 지출되고 있습니다.[8]
요오드 및 암 발생 위험
출처:[63]
- 유방암.젖샘은 성장기에 있는 유아의 이익을 위해 요오드를 우유에 적극적으로 농축시키고 요오드 수치가 낮을 때는 때때로 섬유낭성 유방질환으로 나타나는 요오드와 같은 과증식이 생길 수 있습니다.연구에 따르면 요오드 결핍은 식이요법이나 약리학적인 방법으로 동물 모델에서 유방 비정형을 초래하고 악성 종양의 발생을 증가시킬 수 있는 반면 요오드 치료는 이형성을 역전시킬 수 있습니다.[7][64][65]요오드 원소(I2)가 요오드화물(I−)[7]보다 요오드 결핍 쥐의 도관 과증 및 위험한 섬유증 감소에 더 효과적인 것으로 밝혀졌습니다.요오드가 풍부한 해조류를 섭취하는 일본 여성들의 유방암 발병률이 상대적으로 낮다는 관측에 따라 요오드가 유방암 예방법으로 제시되고 있습니다.[66][67]요오드는 유방암 세포의 세포 사멸을 유도하는 것으로 알려져 있습니다.[68]실험실 증거는 요오드가 에스트로겐 경로의 조절을 통해 암을 억제하는 등 갑상선 기능과 부분적으로 독립적인 유방암에 대한 요오드의 효과를 입증했습니다.에스트로겐 반응성 유방암 세포주의 유전자 배열 프로파일링은 요오드와 요오드화물의 조합이 유전자 발현을 변화시키고 에스트로겐 대사에 관여하는 상향조절 단백질을 통해 에스트로겐 반응을 억제함을 보여줍니다.요오드/요오드화물이 유방암 여성에서 에스트로겐 경로의 약리학적 조작에서 보조 요법으로 유용할지 여부는 임상적으로 결정되지 않았습니다.[64]
- 위암.몇몇 연구원들은 요오드 결핍증, 요오드 결핍증, 위암 사이의 역학적인 상관관계를 발견했습니다;[69][70][71] 요오드 예방 후 위암으로 인한 사망률 감소입니다.[72]제안된 메커니즘에서, 요오드화 이온은 위점막에서 과산화수소와 같은 독성의 활성 산소종을 해독하는 항산화 감소종으로서 기능합니다.
주의사항 및 독성
요오드 원소
요오드 원소는 산화성 자극제로 피부에 직접 접촉하면 병변이 생길 수 있어 요오드 결정을 주의해서 다루어야 합니다.요오드의 팅크와 같은 요오드 원소 농도가 높은 용액은 세척 및 패혈증 방지를 위한 사용이 장기화될 경우 조직 손상을 일으킬 수 있습니다.일반적인 의료 소독제인 루골스 용액의 제형에 요오드 원소가 사용되지만, 용액에 사용된 요오드화칼륨과 반응하면 삼요오드화염이 되므로 독성이 없습니다.[citation needed]소량의 요오드 원소만 물에 녹지만, 트리요오드화칼륨은 용해성이 높습니다. 따라서 요오드화칼륨은 틴크에서 상전이 촉매 역할을 합니다.이를 통해 루골의 요오드가 2%에서 15%까지 다양한 강도로 생성될 수 있습니다.
요오드 원소(I2)는 많은 양을 경구로 복용하면 독성이 있습니다; 2-3그램은 성인에게 치명적인 양입니다.[73][74]반면에 요오드화칼륨은 몇몇 다른 동물들에서 비교적 높은 중간 치사량(LD)을50 가지고 있습니다: 토끼의 경우 10 g/kg이고 쥐의 경우 14 g/kg, 쥐의 경우 22 g/kg입니다.[75]미국 식품영양위원회가 정한 요오드의 허용 상한 섭취량은 성인의 경우 1,100 µg/일입니다.일본 후생노동성이 정한 소비 안전 상한액은 하루 3,000 µg입니다.
요오드의 생물학적 반감기는 갑상선의 경우 100일, 신장과 비장의 경우 14일, 생식기의 경우 7일 등 신체의 여러 기관에 따라 다릅니다.일반적으로 사람의 경우 하루 요 제거율은 100~200 µg/L입니다.하지만 요오드가 풍부한 다시마를 많이 함유하고 있는 일본식 식단은 하루에 요오드가 1,000~3,000 µg 함유되어 있으며, 연구에 따르면 갑상선 호르몬 생성에 필요하지 않은 과잉 요오드를 몸이 쉽게 제거할 수 있다고 합니다.문헌에는 하루에 최대 30,000 µg/L의 요오드가 소변으로 안전하게 배출되며, 해조류 섭취량에 따라 며칠 안에 표준 범위로 복귀한다고 보고되어 있습니다.한 연구는 남성의 총 신체 요오드 함량의 범위가 12.1 mg에서 25.3 mg 이었으며 평균은 14.6 mg 이었다고 결론 내렸습니다.[79]갑상선자극호르몬이 억제되면 체내에서 단순히 과다한 요오드를 제거하는 것으로 추정되며, 결과적으로 요오드를 충분히 보충하면 고용량의 요오드를 장기간 보충해도 추가적인 효과는 없는 것으로 추정됩니다.요오드와 티로신으로부터 갑상선 호르몬을 생성하는 속도 제한 인자가 갑상선인지는 알 수 없지만, 그렇지 않다고 가정하면 요오드 결핍 환자의 경우 참을 수 있는 상위 섭취 수준에서 1~2주의 단기간 부하량을 투여하면 갑상선 기능이 빠르게 회복될 수 있습니다.[citation needed]
요오드 증기는 눈, 점막 그리고 호흡기에 매우 자극적입니다.공기 중 요오드 농도는 1mg/m3(8시간 시간 가중치 평균)을 초과하지 않아야 합니다.
요오드 원소는 암모니아와 물과 섞이면 삼요오드화질소를 형성하는데, 이는 충격에 매우 민감하기 때문에 예기치 않게 폭발할 수 있습니다.
요오드화 이온
요오드 과다 섭취는 요오드 결핍과 유사한 증상을 보입니다.일반적으로 접하게 되는 증상은 갑상선의 비정상적인 성장과 기능의 장애는 [80]물론 유기체 전체의 성장입니다.요오드화 독성은 브롬화물이나 플루오린화물과 같은 다른 할로겐의 이온에 대한 독성과 유사합니다.과도한 브롬과 불소는 생화학적으로 요오드를 선택적으로 대체할 수 있기 때문에 생물체에서 요오드 섭취, 저장 및 사용을 방지할 수 있습니다.
과도한 요오드는 셀레늄 결핍과 함께 세포독성이 더 심할 수도 있습니다.[81]셀레늄이 부족한 집단에서의 요오드 보충은 이론적으로 문제가 있는데, 부분적으로 이러한 이유 때문입니다.[8]셀레노시스테인([82]Se-Cys)은 21번째 단백질 생성 아미노산이며, 생물학적으로 이용 가능한 셀레늄이 동시에 부족할 때 요오드화 이온 독성의 근원이 됩니다.셀레노시스테인은 셀레노단백질의 구성 요소로서 모든 생명의 왕국에 자연스럽게 존재합니다.[83]
과민반응
일부 사람들은 요오드 화합물에 대한 과민성이 생기지만, 요오드 원소 자체에 직접적으로 알레르기가 있는 사람들의 사례는 알려져 있지 않습니다.[84]사람에게서 관찰된 주목할 만한 민감 반응은 다음과 같습니다.
- 요오드 틴크를 바르면 발진이 생길 수 있습니다.[citation needed]
- 프로비돈-요오드(베타딘)에 대한 반응의 일부 사례는 화학적 화상으로 기록되었습니다.[85]
요오드 화합물(즉, 조영제)을 의료적으로 사용할 경우 민감도가 높은 환자에게 화학물질 전달체에 대한 민감성으로 인해 과민성 쇼크를 유발할 수 있습니다.요오드 화합물에 민감한 경우는 요오드 알레르기로 공식적으로 분류되어서는 안됩니다. 왜냐하면 이것은 환자들이 반응하는 것이 요오드라는 잘못된 믿음을 영구화시키기 때문입니다.요오드 함유 화합물에 대한 민감성은 드물지만 요오드 기반 조영제의 극히 광범위한 사용을 고려할 때 상당한 효과를 갖습니다. 그러나 확실하게 유리 요오드화물의 원인으로 설명될 수 있는 조영제의 유일한 부작용은 요오드화이하선염과 요오드증의 다른 징후들입니다.[86]
참고 항목
- 화학 원소의 생물학과 약리학
- 생물학의 칼슘 – 생물체의 칼슘 사용
- 생물학에서의 마그네슘 – 생물체에 의한 마그네슘의 사용
- 생물학에서의 칼륨 – 생물체에 의한 칼륨의 사용
- 생물학에서의 셀레늄 – 생물체에 의한 셀레늄의 사용
- 생물학에서의 나트륨 – 생물체에 의한 나트륨 사용
참고문헌
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