'과산화수소'에 해당되는 글 2건

  1. 2010.06.28 활성산소가 OOO도 하는 건 몰랐지?
  2. 2009.05.22 "소녀시대, 파이팅!" 형광봉 만들기

“활성산소(Free Radical)는 노화나 질병을 유발하는 역기능만 하는 게 아닙니다. 세포가 살아가는 데 필요한 신호를 작동시키는 순기능도 있거든요. 그래서 건강한 사람이 항산화제를 지나치게 많이 먹으면 활성산소를 제거해 순기능을 약화시키기 때문에 부작용이 있을 수 있다는 학자들이 많이 있습니다.”

2010년 2월 말, 이화여대 이서구 교수팀이 활성산소에 대한 새로운 내용을 발표했다. 노화와 암, 당뇨병, 심장병 등의 주범으로 알려진 활성산소가 세포의 성장을 촉진하는 데 꼭 필요하다는 내용이다. 산소 없이 하루도 살 수 없는 사람이 몸속에 생긴 활성산소에 공격당한다니 어떻게 된 일일까? 또 이것이 어떻게 세포의 성장을 돕는다는 것일까? 차근차근 살펴보기로 하자.

사람이 들이마신 산소는 세포 속으로 움직여 탄수화물과 지방을 산화, 즉 태워서 분해시키는 데 사용된다. 이렇게 음식 속의 탄수화물과 지방을 산화시켜야 우리에게 필요한 에너지로 사용할 수 있기 때문이다. 그런데 산소가 우리에게 에너지만 주는 것은 아니다. 산소는 우리 몸에서 음식물을 연소시키는 과정 중에 활성산소이라는 유해성 산소를 만든다.

보통 정상적인 산소는 우리 몸속에서 약 100초 이상 머무르지만 불안정한 활성산소는 순식간에 생겼다가 없어진다. 이렇게 잠깐 존재하면서도 반응성이 매우 강해 우리 몸을 공격해 망가뜨린다.

활성산소의 종류는 초과산화수소이온, 과산화수소, 하이드록시 라디칼, 싱클레트 옥시전 등 총 4가지다. 이 가운데 ‘물 분자’에 추가로 ‘산소 원자’ 하나를 달고 있는 형태를 지닌 과산화수소는 반응성이 뛰어나다. 늘 혹과 같은 산소 원자를 상대방에게 건네고 자신은 안정된 물 분자 형태를 취하려는 욕망을 지니고 있기 때문이다.

이런 활성산소들은 우리 몸의 기본단위인 세포의 세포막을 공격해 원래 세포의 기능을 상실하게 만들고, 세포 내 유전자를 공격해 해당 세포가 재생하지 못하게 막는다. 결국 신호전달체계를 망가뜨리거나 면역력을 떨어트려 당뇨병, 동맥경화, 암 등의 체내 질병으로 이어지는 것이다. 또 세포의 재생을 막기 때문에 노화를 유발하거나 촉진시키는 일도 하는 셈이다.

한 가지 재미있는 사실은 우리 몸이 활성산소를 만들어내 우리 몸을 침투한 세균이나 바이러스를 죽이기도 한다는 점이다. 우리 몸의 TLR4란 단백질이 병원균의 체내 침투를 인식하면 소량의 활성산소가 만들어지고 살균기능을 수행한다.

그러나 살균기능을 위해 생성된 활성산소는 자기 자신의 세포도 공격하므로 자연히 병균침입을 많이 받은 신체 부위는 상처를 입게 된다. 이에 우리 몸은 활성산소가 만들어지면 자동적으로 항산화 효소들이 작동시켜 이를 제거한다. 이런 항산화 효소는 간, 심장, 위, 췌장, 혈액, 뇌 등 모든 부위에 들어있다.

활성산소가 세포가 아닌 유해한 균을 공격한다는 것까지는 쉽게 이해가 된다. 그런데 세포 성장에는 어떻게 관여한다는 것일까?

세포는 뇌, 면역세포, 인슐린 등이 보낸 외부 신호를 받기 위해 세포막 바깥에 수용체를 여러 개 두고 세포막의 좁은 지방 축적 구역에서 신호전달활동을 한다. 이 구역에 1차 신호전달물질이 들어오면, 2차 신호전달물질을 만든 후 다시 대상 단백질로 신호를 보낸다.

이서구 교수팀이 연구한 결과에 따르면 활성산소 중 하나인 과산화수소가 2차 신호전달물질로 사용돼 세포 분열과 성장에 중요한 역할을 하는 단백질에 신호를 전달한다. 세포가 항산화 효소의 일종인 퍼옥시레독신(Prx)을 껐다 켰다 하면서 과산화수소를 세포 안 신호전달물질로 활용하는 것이다. 퍼옥시레독신은 원래 과산화수소를 없애는 효소로 알려져 있다.

이런 일이 어떻게 가능한 것일까. 우선 세포막의 신호 전달 구역에는 다른 항산화 효소는 없고 퍼옥시레독신만 있다. 이 효소는 과산화수소가 신호전달기능을 할 때 1차 신호전달물질의 영향을 받아 항산화 기능을 잃는다. 다시 말해 스위치가 꺼진 상태로 있는 것이다. 그러면 이 구역에 과산화수소가 쌓여 세포의 성장과 분화 신호가 핵까지 전달할 수 있다. 신호전달이 끝나면 퍼옥시레독신의 스위치가 다시 켜지므로 과산화수소를 없애는 기능을 할 수 있게 된다.

이처럼 활성산소는 질병과 노화의 원인만이 아니라 세포 성장과 분화에 도움을 주기도 한다. 또 과산화수소와 퍼옥시레독신처럼 활성산소와 항산화효소가 신호전달하는 과정을 자세히 알게 되면 암이나 당뇨병 등 활성산소 때문에 생겼던 질병들을 치료할 길을 찾을 수 있을지 모른다.

활성산소가 너무 많으면 세포를 죽이는 독성물질이 된다. 하지만 필요한 때와 장소에 필요한 만큼만 생성되면 세포의 성장을 돕고 분화를 촉진하는 좋은 기능을 한다. 활성산소가 하나도 없다면 세포가 자라지 못한다는 이야기이기도 하다. 만약 활성산소를 독성물질로만 규정했다면 이런 내용들은 알려지지 않았을 수도 있다. 모든 가능성을 열어두고 의문을 풀려는 과학자의 노력이 얼마나 중요한 지 다시금 생각하게 된다.

글: 과학향기 편집부

※ 과학향기 제247호 ‘원자폭탄보다 무서운 활성산소(2005년 4월 11일자)’에서 일부 내용을 발췌했음을 알려드립니다.
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침대에 누운 지영은 풀이 잔뜩 죽었다. 소녀시대 콘서트에서 응원하기 위해 산 형광봉과 형광팔찌의 빛이 점점 줄어들고 있기 때문이다. 어두운 방에 걸어놓고 콘서트에서의 기분을 다시 느껴보고 싶었는데…. 게다가 엄마는 빛이 꺼진 형광봉과 팔찌를 버릴 기색이다.

“엄마, 버리지 마세요.”
“이제는 빛도 안 나는데 뭐 하러 문고리에 걸어 두니?”
“아주 어두운 데서 보면 조금은 빛나요.”
“호호호~. 지영이가 형광 장난감이 맘에 들었나보구나. 이런 장난감은 집에서도 만들 수 있으니 오늘은 그만 자렴. 내일 엄마랑 같이 만들어보자.”

다음날.

부엌에 서 있는 엄마는 풀이 잔뜩 죽었다. 인터넷에서 탄산음료와 베이킹소다(탄산수소나트륨), 과산화수소를 섞으면 어두운 곳에서 빛이 나는 형광 물질이 만들어진다는 내용을 봤는데… 아무런 반응이 없다. 이래서는 형광봉과 팔찌를 만들 수 없다.

‘지영이가 올 시간이 다 됐는데 아무래도 대형문구점에서 형광물질을 사와야겠다.’

대형문구점에 다녀오자 이미 지영이 와 있다. 벌써 두 눈에는 기대가 가득 담겼다. 아무래도 바로 형광봉을 만들어야겠다.

“엄마, 이게 형광봉 만들 재료에요? 이 녹색 액체가 형광물질인 것 같고…. 얇은 유리관이랑 고무튜브, 주사기랑 양초도 있네? 이게 다 필요해요?”
“그리고 아까 사둔 과산화수소도 있단다!”

엄마와 지영은 낑낑대며 형광 용액이 든 유리관과 과산화수소를 고무관에 담아 형광봉을 만들었다. 그날 저녁. 어두워지기만을 기다리던 지영은 밖이 깜깜해지자 불을 끄고 고무관을 구부려 유리관을 깨뜨렸다. 그러자 고무관 형광봉이 밝게 빛나기 시작했다.

“우와! 정말 빛이 나요! 도대체 원리가 뭐예요?”
“이 형광 물질에는 ‘디페닐옥살레이트’라는 물질이 들어있단다. 유리관을 깨뜨리면 이 물질이 촉매제인 과산화수소와 반응하게 돼. 이때 이 물질의 분자 구조가 깨지면서 은은한 빛을 내는 거란다.”
“야광하곤 다른 건가요?”
“야광 물질은 빛이 있을 때, 그러니까 낮에는 빛을 흡수했다가 어두워지면 방출하는 물질이란다. 형광 물질하곤 다르지.”

형광 빛에 비친 지영의 미소에 엄마의 입가에도 미소가 번졌다. 지영은 형광봉을 방 곳곳에 두고 잠자리에 들었지만 지영이 미처 잠들기도 전에 빛은 점점 약해져갔다. 지영은 ‘밤마다 은은하게 아침까지 빛나는 형광봉이 있었으면 좋겠다’고 생각했다.

때마침 엄마가 들어왔다. 이불을 잘 덮어주고 나가려던 엄마는 지영의 질문에 멈칫 했다.

“엄마, 밤새도록 빛나는 형광봉은 없어요?”

다시 형광봉을 만들어야 하나? 하지만 반영구적으로 빛나는 형광봉이라면 ‘다행히’ 집에서 만들 수는 없었다. 방사성 동위원소를 사용해야 하기 때문이다. 엄마는 침대 한 켠에 앉았다.

“지영이가 밤새 빛나는 형광봉을 갖고 싶구나?”
“네.”
“그런데 어쩌지? 오랫동안 빛을 내는 형광봉을 만들려면 원자력 발전소나 원자로에서 생성되는 방사성 동위원소를 사용해야 한단다. 방사성 동위원소는 천천히 붕괴되며 방사선의 일종인 ‘베타선’을 방출해. 이 베타선이 형광물질을 자극해 빛을 내도록 만들면 우리가 만든 것보다 훨씬 오래 빛을 발하는 형광봉을 만들 수 있지.”

“얼마나 오래요?”
“방사성 동위원소가 완전히 붕괴되는 기간에 따라 다르지만 공항 활주로의 유도등이나 건물의 비상구에 설치되는 형광체(자발광체)는 13년 정도 빛을 낸다고 하더구나. 하지만 방사성 동위원소는 쉽게 구할 수 있는 물질이 아니니 엄마도 어쩔 수가 없는데 어쩌지?”

“네. 전 그냥 잠잘 때 방이 너무 어둡지 않게 은은한 빛을 내는 등이 있었으면 좋겠다고 생각했을 뿐이에요. 그냥 형광봉을 여러 개 만들어서 잠들기 전에 빛을 내도록 해야겠어요.”
“…그럼 형광봉 말고 은은한 빛을 내는 등이나 스탠드를 달아줄까?”
“네~. 좋아요~.”

[실험방법]
준비물 : 형광용액, 과산화수소, 얇은 유리관, 고무튜브, 주사기 2개, 양초, 구슬.
(형광용액과 유리관은 인터넷 쇼핑몰이나 대형문구점에서, 과산화수소는 약국에서 구할 수 있습니다. 다만 약국의 과산화수소는 물에 넣어 희석시켰기 때문에 물과 잘 섞이지 않는 형광물질과 반응을 잘 일어나지 않습니다. 에테르에 희석시킨 유성 과산화수소를 사용하면 환하게 빛나는 형광봉을 만들 수 있습니다.)

[실험순서]
1. 유리관의 한쪽을 촛농으로 막는다.
2. 형광용액을 주사기를 이용해 유리관에 넣는다.
3. 뚫린 유리관 입구를 촛농으로 막는다.
4. 고무튜브 한쪽 끝을 구슬을 이용해 막는다.
5. 다른 주사기를 이용해 과산화수소를 고무튜브에 넣는다.
6. 유리관을 고무튜브에 넣고 구슬로 입구를 막는다.
7. 고무튜브를 구부려 안에 있는 유리관을 깨뜨린다.

[실험 Tip]
- 형광용액을 유리관에 넣을 때 손가락으로 관을 톡톡 두드리거나 주사바늘을 관 안쪽 벽에 대고 액체를 조금씩 흘려주면 잘 들어간다. 형광용액과 과산화수소는 상처난 곳이나 눈에 닿지 않도록 주의하고, 피부에 묻었을 때는 비누를 이용해 깨끗이 닦아낸다.

글 : 이영혜 과학칼럼니스트


 
ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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