대구시 약사회지 기고 < 산화환원과 삶>

대구시 약사회지에 기고했는데 멋지게 만들어주셨네요^^

감사해요~~

인체의 생화학적 대사를 산화와 환원을 빼놓고 말할 수 있을까?

생로병사가 전자의 작은 주고 받음과 연관있다는 사실을 알고 얼마나 경이로웠던가 또는 허무했던가, 인류가 사지로 기어다니며 자연에서 살아남기 위해 직립보행으로 진화와 진화를 거듭하며 여기까지 오는 동안 산화환원이 없었더라면 질병에서 살아남아 종족보존이 가능이나 했을까? 과연 <나>라는 몸을 가진 인간이 이순간 존재할 수 있었을까?

그렇다라면 <나>는 무엇인가? 나는 물질인가, 정신인가? 산화와 환원을 공부하는 것은 이렇게 철학적이며 심오하게 어느날 다가왔다.

 

인간이 홀로 존재할 수 없듯이 인체의 모든 전자도 쌍을 이루고 있다.

쌍을 이루지 못한 전자가 다른 세포에서라도 전자를 뺏어와 쌍을 이루려고 하는 속성이 산화환원 반응의 핵심이다. 쌍을 이루지 못하고 다른 세포를 괴롭히는 물질을 프리라디칼이라고 한다. 항상 그렇듯이 뺏으려는 자는 뺏기지 않으려는자보다 에너지가 크다.

프리라디칼 역시 세포보다 에너지가 높아 반응성이 아주 강한 물질이다.

활성산소는 프리라디칼의 대표적인 물질이다.

 

인간은 음식을 통해 영양을 공급받고 호흡을 통해 산소를 공급받아 생명활동을 하는 동물이다. 산소를 태워 에너지를 만들어서 쓰는 인간에게 활성산소는 당연한 부산물이다.

 

만약 활성산소를 처리할 수 없었다면 인간의 몸은 어떻게 되었을까?

온 몸을 돌고 온 피를 심장에서 받아 폐로 보내 다시 깨끗한 피로 정화하듯이 활성산소를 걸러내기 위해 등에다가 산소통을 하나씩 짊어지고 다니게 진화했을지도 모른다.

거북이처럼 등에다가 산소통을 짊어지고 다니는 인간을 상상해보라, 웃기다.

그러나 다행히도, 너무 다행히도 인간의 몸  안에 활성산소를 걸러주는 자체시스템이 있다.

바로 산화환원 반응에 의한 항산화 기전이다. 이것이 기적이지 무엇이 기적이란 말인가?

이런 시스템을 누가 만들었단 말인가? 인간이 만물의 영장이라고? 인간이 만들 수 있는게 과연 있을까? 인간은 이미 완벽하게 만들어진 몸안에서 살고 있을뿐이다.

 

인체에서 산화란 산소를 얻거나, 수소를 잃거나, 전자를 잃는 것을 말한다.

인체에서 환원이란 산소를 잃거나 수소를 얻거나 전자를 얻는 것을 말한다.

 

먼저 호흡을 통해 들어온 산소가 에너지를 생성한 후 활성산소를 배출하면 수소분자 (2H+)와 전자(2e-)가 만나서 H2O2 (과산화수소)가 만들어진다. 과산화수소는 다시 물과 산소로 변함으로써 깨끗이 사라진다.

즉 활성산소가 전자를 만나서 과산화수소로 환원이 되는 것이고, 과산화수소는 다시 물과 산소로 분해되므로 환원되는 것이다 .

 

그러나 이것은 인체가 충분히 활성산소를 처리할 능력이 있을 때 가능한 이야기이다.

활성산소를 과산화수소로 만들고 다시 과산화수소를 물로 만들 때 반드시 SOD라는 효소와 카탈라아제, 글루타치온이라는 효소가 충분해야만 하기 때문이다.

 

만약 충분한 SOD와 카탈라아제, 글루타치온이 인체에 존재하지 않는다면 활성산소는 세포를 공격하여 기어이 전자를 뺏게 되는 것이다. 약육강식의 시대에 누가 누구를 탓할 것인가? 쌍을 이루지 못하여 외로운 활성산소가 쌍을 찾아 헤매는 것은 너무도 당연한 일, 우리는 활성산소를 탓할 것이 아니라 진즉에 활성산소에게 전자를 주지 못했음을 반성할 일이다.

활성산소중에서 슈퍼옥사이드 라디칼(Superoxide anion radical, O2-)이 가장 강력하면서도 위험하다. 그 이유는 화학적 구조 탓인데, Superoxide anionradical, O2-가 균형 상태를 되찾기 위해서는 3개의 전자를 필요로 하기 때문이다. 다른 분자로부터 세 개의 전자를 낚아채야만 하므로 단지 한 개의 전자만을 필요로 하는 보통의 활성산소보다 더욱 심한 불균형 상태를 초래하게 되는 것이다.

그렇기 때문에 우리 인체 내에서 항산화 방어기전을 효율적으로 유지시키기 위해서는 가장 강력한 활성산소인 Superoxide anion radical을 일차적으로 중화시켜주는 SOD효소의 생성과 반응속도를 정상화 시켜주는 것이 가장 중요하다고 볼 수 있다.

맛있는 빵이 탄생되려면 여러 가지 단계를 거쳐야 하는데, 이를테면 반죽 –발효 -성형 –굽기등의 과정말이다. 이중에서 가장 중요한 단계가 반죽이라고 생각한다. 만약 반죽이 잘못된다면 다음 단계가 거의 진행이 안되기 때문이다. 이것처럼 활성산소를 없애는 단계에서 가장 중요한 것은 SOD라는 효소가 얼마나 체내에 많이 존재하느냐에 달려있다고 생각한다.

SOD가 충분히 존재해서 활성산소를 과산화수소로 환원시키는 과정이 활성산소를 제거하는데 가장 중요한 핵심이라고 볼 수 있다. 활성산소에 비하면 과산화수소는 훨~~씬 순하기 때문이다. 마치 활성산소는 야생 호랑이이고 과산화수소는 생포한 호랑이라고나 할까?

 

SOD는 1초에 10만개라는 상상을 초월한 숫자와 속도로 활성산소를 제거한지만 그 수명은 매우 짧기 때문에 활성산소를 계속해서 제거하기 위해서는 세포내에서 SOD가 끊임없이 생성되지 않으면 안된다. SOD는 중심에 금속 미네랄이있는 것이 특징이다.

SOD는 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 철(Fe), Ni(니켈) 등을 보조 인자로 가진 단백질이다.

인체에는 3가지 형태의 SOD가 존재한다. SOD1은 세포내에, SOD2는 미토콘드리아에 SOD3는 세포외에 분포한다. SOD1 과 SOD3는 구리와 아연을 함유하고 SOD2 는 망간을 함유한다.

다음의 반응식을 보면 SOD와 구리, 망간이 어떻게 활성산소를 환원시키는지 이해할수 있을 것이다.

 

암이나 질병의 원흉인 슈퍼옥사이드의 소거에는 주로 Mn-SOD가 작용하고 피부나 혈관노화등에는 Cu/Zn-SOD가 작용하고 있다. 그러므로 SOD를 끊임없이 생산하기 위해서는 세포에게 이런 미네랄이 끊임없이 공급되어야 한다.

아연은 철이나 구리와 달리 2가 형태만을 가지고 있어서 인체에 해로운 프리라디칼을 만들어내지 않는다. 반면에 철이나 구리는 전자를 주고 받음으로써 2가나 3가로 변하여 산화환원반응을 일으킨다. 그렇다고는 해도 너무 많은 아연을 섭취해서는 안된다. 아연이 다른이온들, 철이나 구리의 흡수를 막기 때문이다. 그 이유는 미네랄들이 서로 경쟁적으로 흡수되기 때문이다. 아연의 하루 섭취 권장량은 소량이라서 결핍은 적지만 노인에서는 다른 연령에 비해 아연결핍이 종종 있는 편이다.

 

현재 약국가에서 칼슘이나 마그네슘과 같은 미네랄에 비해 아연이나 구리 망간등은 많이 주목받지 못하고 있다. 항산화효과 역시 비타민C나 폴리페놀류에 비해 저평가되고 있다.

그러나 잠깐 둘러본 바와 같이 소량이나마 부족하다면 체내 항산화시스템에 붕괴를 가져와 질병에서 자유로울수 없을 것이다. 그러므로 칼슘 마그네슘제를 선택할 때 또는 비타민제를 선택할 때 반드시 아연, 구리, 망간이 함유되어 있는가를 살피는 게 중요하다고 생각한다.

 

산화와 환원은 동시에 일어난다. 어떤 물질이 산화된다는 것은 어떤 물질은 환원되었다는 소리다. 산화만 존재한다거나 환원만 존재할 수 없다는 것이다.

삶도 그러하다. 주는것과 받는 것은 동시에 존재한다. 주기만 하거나 받기만 한다는 것은 존재하지 않는다. 주고 받음이 동시에 존재할 때 세상은 원활하게 돌아가는 것이다.

산화 환원을 통해 삶을 이해 하게 되다니 참으로 경이롭다.