활성 산소

우리 몸 안에서 발견되는 반응성이 아주 높은 산소 기반 화합물

목차

산소는 우리가 섭취한 에너지원(탄수화물, 단백질, 지방)을 몸 안에서 에너지로 전환하는데 꼭 필요한 분자이고, 또한 물을 포함하여 우리 몸을 구성하고 있는 분자들을 이루고 있는 다양한 원자 중 그 비율이 약 65% 정도 차지할 정도로 중요한 원소이다. 보통 공기 중에 산소 분자는 삼중항 산소(triplet oxygen, 3O₂) 상태를 기본으로 가지며 2개의 홀전자를 가지고 있지만 비교적 안정한 상태이다. (삼중항 상태에 대한 자세한 이해를 위해서는 분자 오비탈 이론과 훈트 규칙에 대하여 먼저 살펴볼 필요가 있다.)

산소 분자는 이중 결합 때문에 어느 정도 안정하지만, 이중 결합 에너지가 예상보다 작아서(495 kJ/mol) 불안정한 측면이 있다. 그래서 대기의 상층부에서 자외선에 의해 쉽게 분해되어 오존층을 만들기도 한다. 이렇게 산소의 결합이나 전자의 상태가 달라지면 높은 반응성을 지니는 불안정한 물질로 변화할 수 있고, 생체 내에서 세포에 손상을 줄 수 있는 변형된 산소를 활성 산소(ROS, Reactive Oxygen Species)라고 구분한다. 대표적인 활성 산소 물질로는 과산화 수소(H₂O₂, hydrogen peroxide), 초과산화 이온(O₂^-, superoxide), 수산화 라디칼 (OH·, hydroxyl radical) 등이 있다. 이들은 일반적인 산소 분자에 비해 쉽게 환원되며 다른 물질을 산화시키거나, 음이온 또는 라디칼로 인해 상대적으로 높은 반응성을 가지므로, 다른 분자를 쉽게 공격하여 반응을 일으킬 수 있다.

여러 형태의 과산화물, 초과산화 이온, 수산화 라디칼, 수산화 이온의 구조

활성 산소는 체내에서 긍정적인 역할과 부정적인 역할을 동시에 수행하는데, 긍정적인 역할을 외부 침입으로부터의 세포 및 신체의 보호이다. 상처 소독을 위해 과산화 수소수를 이용하는 것처럼, 체내의 활성 산소는 외부에서 유입 된 병원체 등을 공격하여 파괴하는 임무를 수행한다. 하지만, 해당 임무를 수행한 후 남은 활성 산소는 저밀도콜레스테롤(LDL)을 산화시켜 심장병을 유발하는 등 다양한 질병의 발현에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그 외에도 활성 산소가 아미노산과 반응하여 구조를 변화시키고 단백질의 기능을 저하할 수 있으며, DNA 구조의 변화를 일으키거나 당의 분해에 영향을 미쳐 우리 몸 안의 정교한 생화학 반응 과정을 망가뜨릴 수 있다. 또한, 노화에도 활성산소가 주요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

반응성이 높은 활성 산소가 우리 몸을 구성하는 성분들을 공격하기 전에, 먼저 반응하여 활성 산소의 반응성을 줄이고 우리 몸을 보호하는 물질을 항산화제(antioxidant)라고 부른다. 싸이올(-SH 작용기를 포함하는 물질) 및 바이타민 C와 E, 폴리페놀(polyphenol) 등은 대표적인 항산화제에 속한다. 우리 몸의 대사 과정 중에서 발생하는 과산화 수소는 분해되면서 활성 산소인 수산화 라디칼을 형성할 수 있는데, 이러한 생성은 항산화 효소에 의하여 조절되기도 한다. 과산화 수소는 우리 몸 안에서 분해 효소(catalase)를 만나 분해되면 수산화 라디칼로 변할 수 없고, 싸이올을 사용하는 다른 종류의 효소(glutathione peroxidase)도 과산화 수소가 수산화 라디칼로 변화하는 것을 막아준다. 또한 초과산화 이온을 과산화 수소와 산소로 분해해주는 효소(superoxide dismutase)도 우리 몸을 활성 산소로부터 보호해준다.¹⁾

바이타민C의 구조( )

바이타민E의 구조( )

분해 효소(catalase)의 구조( )

싸이올을 사용하는 효소(glutathione peroxidase)의 구조( )

초과산화 이온을 과산화 수소와 산소로 분해해주는 효소(superoxide dismutase)의 구조( )

1. '' 네이버 지식백과. Retrieved on 2018-02-28.