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화학이야기

생존과 노화, 몸속 산소의 두 얼굴

2014년 9월 18일

가을이 부쩍 다가온 요즘, 자외선 때문에 피부 노화를 걱정하는 분들 많으시죠? 그런데 따가운 가을볕만큼이나 피부에 치명적인 적이 있다는 것, 알고 계세요? 바로 우리 몸속의 활성산소인데요. 호흡에 필수불가결한 산소가 노화를 촉진한다니, 쉽게 이해가 가지 않지요. 그래서 오늘은 생존과 노화에 모두 영향을 미치는 산소 이야기를 해볼게요.


산소를 발견한 사람은 누구?

라부아지에

산소를 발견한 라부아지에, wikimedia.org

산소는 1772~1774년에 셸레(C. Scheele, 1742~1786)와 프리스틀리(J. Priestley, 1733~1804)에 의해 발견되었는데, 두 사람 모두 산화수은(HgO)을 가열하거나 빛을 쪼여 무색무취의 기체를 얻었습니다. 이 기체는 연소를 촉진하는 특징을 보여 셸레는 ‘불 공기(fire air)’, 프리스틀리는 ‘탈 플로지스톤 공기’라 불렀는데요. 플로지스톤이란 18세기 무렵 가연성을 대표하는 원소로 알려졌지만, 이후 과학적으로 존재가 부정된 역사 속 비운의 물질이죠.

바로 이 플로지스톤을 과학적으로 부정한 사람이 산소(Oxygen)라는 명칭을 만든 근대 과학의 아버지, 라부아지에(A. Lavoisier, 1743~1794)입니다. 그는 물질이 타거나 금속이 녹슬고 재로 변하는 것이 모두 산소와의 반응 때문이고, 이 과정에서 반응 전후의 질량 변화가 없다는 것을 발견했죠. 라부아지에는 음식물의 소화 과정에서도 이런 연소가 천천히 일어난다는 사실을 알아냈으며, 일반 공기는 연소와 호흡에 필수적인 ‘생명의 공기(vital air: 산소)’와 그렇지 않은 ‘무생명의 공기(azote: 질소)’가 혼합된 것임을 밝혀냅니다. 1777년에 그는 ‘생명의 공기’를 산(: acid)의 독특한 맛인 신맛(oxys)을 만들어 내는 것(genes)이란 뜻으로 Oxygen(산소)이라고 다시 명명하였는데, 이는 산소가 모든 산의 구성 성분인 것으로 잘못 알고 지은 이름이랍니다.

산소통

@Mike Gabelmann, flickr.com

생명의 기원, 산소

어린 시절 우리가 배운 대로, 산소는 식물의 광합성 과정에서 생성됩니다. 지구 상에서 남조류에 의한 산소 생성은 약 25억 년 전에 시작되었으며, 이에 의해 대기 중에 산소가 축적되었죠. 지구 중 산소의 약 70%는 해양 조류와 식물에 의해 생성됩니다. 산소는 지구 표면에 있는 원소 중 무게로는 양이 가장 많은 원소이고, 우주에서는 수소와 헬륨 다음으로 많습니다. 산소는 거의 모든 원소와 결합하여 기체 또는 고체의 산화물을 만드는데, 대기 중에서는 주로 이원자 분자인 O₂기체로 존재합니다. 산소는 생물체의 구조를 이루는 분자 대부분에 포함되어 있으며, 호흡에 필수적이죠.

호흡 생명

@Philippe Put, flickr.com

호흡, 생존의 과학

생물은 소화와 흡수로 얻은 영양물질을 산화시켜 생명 활동에 필요한 에너지를 얻습니다. 산화에는 산소가 필수 요소이므로 생물은 호흡을 통해 산소를 체내 또는 세포로 받아들이는데요. 효모와 같은 일부 미생물은 산소가 없는 상태에서도 주위의 당분과 같은 물질을 이용하여 호흡할 수 있는데 이를 ‘무산소 호흡’이라고 하죠. 우리 몸속에는 혈액 1㎖ 중 0.023㎖의 산소가 존재하고 있습니다.

헤모글로빈(Hemoglobin)은 적혈구에서 산소를 운반하는 단백질인데요. 붉은색을 띠며, 철을 포함하고 있죠. 헤모글로빈은 산소가 많은 폐에서는 산소와 잘 결합하고, 산소가 적은 곳에서는 붙어 있던 산소를 쉽게 떼어내죠. 우리는 세포 내 미토콘드리아에서 이 산소를 받아들여 영양분을 산화시켜 에너지를 얻습니다. 산소를 받아들이고 이산화탄소를 배출하는 역할을 전담하는 호흡 기관은 폐이며, 수생 동물의 경우 아가미가 이에 해당합니다.

산소 호흡

@Maëlle Caborderie, flickr.com

노화의 주범, 활성산소?

그런데 얼마 전부터 이 산소가 우리 신체의 노화에 치명적인 원인이라는 이야기가 들리고 있습니다. 바로 ‘활성산소(Oxygen free radical)’ 이야기인데요. 사실 적당한 양의 활성산소는 침입한 질병으로부터 우리 몸을 보호해주는 백신 역할을 합니다. 문제는 그 양이 많아졌을 때죠. 흔히 ‘유해산소’라고도 불리는 잉여 활성산소는 환경오염과 화학물질, 자외선, 혈액순환 장애, 스트레스 등으로 과잉생산된 것이랍니다.

이렇게 과잉생산된 활성산소는 사람 몸속에서 산화작용을 일으켜 세포막, DNA, 그 외의 모든 세포 구조를 손상하고 정상 세포까지 무차별 공격해 각종 질병과 노화의 주범이 되죠. 다행히 이러한 활성산소를 해가 없는 물질로 바꿔주는 효소(항산화 효소)가 있는데요. 우리 몸에서 자체적으로 생산하는 효소 외에도 비타민C, 비타민E, 베타카로틴, 셀레늄 등을 섭취해 활성산소를 억제할 수 있답니다. 2006년 발표된 미국 영양학회지에 따르면 블루베리, 호두, 딸기, 복분자 등이 특히 활성산소 억제에 효과가 좋은 음식이라고 하네요.

산소 노화 방지-블루베리

@Pen Waggener, flickr.com

사람은 숨을 쉬지 않고는 살 수 없죠. 스트레스나 환경오염 등의 외부요인을 스스로 통제하기도 어렵고요. 그러니 내 몸 안에 넘치는 활성산소를 줄이기 위해서는 위에서 말씀드린 과일과 견과류를 꾸준히 섭취하는 것만이 방법이겠죠. 여러분 모두 내 몸속 산소를 잘~ 다스려 ‘젊은 그대’로 거듭나세요!

*메인 사진 출처: @Gabriela Pinto, flickr.com

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