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효소enzyme 인체의 화학 작용을 하는 효소
2013-08-23 10:36:34
이엠생명과학연구원

산화」라고 하는 것을 달리 표현하면 음식이 「부패한다. 썩는다」, 꽃이 「시들다」, 철이 「녹슨다」 사람의 경우 「노화한다. 늙는다」라는 뜻이 바로 산화이다.

물질에서 한 개의 음이온 전가를 빼앗긴 상태(불안전한 상태)가 「산화」, 음이온 전자가 필요한 물질이 음이온 전자를 빼앗으면 「환원」으로 불안전한 물질이 비로소 안정된다.

음이온 전자는 뼈를 만드는 작용을 한다. 특히 과학자들이 주목하는 것은 ‘골수(骨髓)’라고 하는 것으로 혈액을 만드는 작용에 주목하고 있는 것이다. 음이온 전자는 혈액순환을 촉진한다. 알기 쉽게 설명한다면 혈류(血流:혈액의 흐름) 좋게 한다.

혈액이 산하하면 본래 정상적인 혈액의 모양은 원형(圓形)이지만 산화된 혈액은 밤송이나 바다의 성계와 같은 모양을 나타낸다.

이것이 혈액순환을 방해한다. 음이온 전자는 이런 비정상적인 혈액세포를 복구하는 힘을 가지고 있으므로 혈액순환이 개선되는 것이다. 그 밖에도 몸 속에 축적되어 노화현상을 촉진하는 활성산소의 독성을 중화시키는 작용과 자율신경 활동의 강화시켜 줌으로서 건강회복 및 면역력강화에 주목하고 있는 것이다.

 

인체의 화학 작용

 

인간의 생존과 활동을 위한 충분한 에너지(ATP)를 공급하기 위하여 인간은 주로 탄수화물과 지방의 대사에 의존하는데, 탄수화물은 세포 속에 산소가 충분할 때 훨씬 많은 에너지를 생산하며 특히 지방은 세포 속에서 산화되어야만 에너지원으로 쓰일 수 있다.

 이와 같이 인간은 세포 속에 산소를 공급하지 않으면 살아갈 수 없는 것이다.

그런데 그 에너지 생산을 위한 체내 산소대사의 과정에서 부산물로서 유해 산소 또는 활성산소라고 부르는 free radical이 생겨난다.

Free radical이란 짝지어지지 않은 전자를 가진 물질을 말하며 이것은 반응성이 아주 강하고 그 수명이 아주 짧은데, 정상적인 산소는 우리 몸에서 약 100초 이상 머무르는데 반하여 Superoxide(O2-), hydroxyl oxygen 등 유해산소는 1백만-10억분의 1초 동안 생겼다가 없어진다. 이처럼 짧은 시간이지만 유해산소는 세포막을 형성하는 주성분인 지질의 과산화현상을 일으켜서 세포막을 파괴하고 신호전달 체계를 망가뜨리거나 적혈구를 파괴하기도 한다.

세포 내의 미토콘드리아에서 일어나는 전자전달계 과정에서 ATP와 유해산소인 free radical이 만들어지는데 산소의 환원과정은 다음과 같다.

O2 + 1 e superoxide (O2-)
O2 + 2 e H2O2 (hydrogen peroxide)
O2 + 3 e OH
O2 + 4 e H2O

McCord는 그의 연구에서 정상적인 호흡 시에 25개의 산소분자가 환원될 때마다 1개의 유해산소(free radical)가 생성되며, 체온이 상승되고 에피네프린의 농도가 증가하면 유해산소의 형성이 증가된다고 보고했고, 하루야마 시게오가 쓴 \'뇌내혁명\'에서는 갑자기 격한 운동을 하거나 화를 내면 부신수질에서 노르에피네프린이 분비되어 갑자기 모세혈관이 수축하여 혈액의 흐름이 순간적으로 멈추었다가 다시 흐르게 되는데, 이 때 혈액이 재 관류하면서 유해산소가 가장 많이 발생하게 된다고 하며 이 때 발생한 유해산소가 세포를 공격하여 유전자에 상처를 입힌다고 주장하고 있다.

사실 지질의 과산화화(lipid peroxidation)는 세포막에서 지속적으로 일어나는 생리작용으로 불포화지질의 산화적 손상을 의미하며 이 반응이 극심한 경우에는 다양한 질병으로 진전될 수도 있다. 특히 불포화 지방산이 가장 과산화화 되기 쉬운 것으로 알려져 있다.

지금까지 항산화효소(antioxidative enzyme)가 풍부한 음식을 섭취하는 것은 암이나 심장병 등의 발병가능성을 줄여준다고 생각되어왔으며 항산화효소가 신체의 노화현상을 지연시킨다는 연구보고도 있다. Free radical의 형성과 그에 따르는 지질의 과산화화(lipid peroxidation)는 운동시에 일어나는 산소섭취량의 증가에 따른 자연스러운 결과라고 할 수 있다. 그러므로 항산화효소가 풍부한 음식을 섭취하면 운동 중에 생산되는 과산화물을 해독시키고 아주 격렬한 운동에 의하여 야기되는 근육손상의 정도를 줄일 수도 있을 것이라고 예상하고 있다.

이러한 항산화효소가 풍부한 보충제로는 알파 토코페롤(α-tocopherol)과 같은 지용성 비타민 E, 베타 카로틴(β-carotene), 수용성 비타민 C, 셀레늄(Se), 녹차, 클로렐라, 녹황색 야채 등이 있다고 한다. 그 중에서도 비타민 E는 세포막과 관련이 많기 때문에 인간에게 있어서 가장 중요한 지용성 항산화제(antioxidant)로 알려져 있다. β-carotene은 free radical의 반응을 억제하고 그 구조를 파괴하는 항산화제의 역할을 한다. 비타민 C는 수용성 과산화 radical을 제거하고 또 환원된 비타민 E를 재생시키는 역할도 한다.

항산화효소의 종류와 그 기능은 다음과 같다.

catalase ( 2H2O2 → 2H2O + O2 )

superoxide dismutase(SOD)
O2- + O2- + 2H+ → H2O2 + O2

glutathione peroxidase
H2O2 → 2H2O
ROOH → ROH + H2O

이와 같이 항산화효소는 유해산소(free radical)가 생기면 이를 즉시 제거하므로 운동을 하여 산소소비량이 증가하여 체내에 유해산소가 증가한다 하더라도 유해산소의 증가량 이상으로 free radical을 제거하는 항산화효소의 분비가 촉진되어 장기적인 체력훈련은 세포의 노화방지에 긍정적인 효과가 있다고 할 수 있겠다.

이 분야에 대한 연구는 앞으로도 지속되겠지만, 일반인들이 관심있는 운동과의 관계에 관하여 지금까지 밝혀진 바에 따르면 평소에 운동을 하지 않다가 갑자기 격한 운동을 하는 경우에는 항산화효소의 분비량에 변화가 없지만 개인의 운동능력에 맞는 운동을 규칙적으로 장기간 동안 실시하면 항산화효소의 분비가 촉진된다는 것이다. 이 사실은 과격한 운동을 일시적으로 하면 인체의 면역능력이 저하되어 감염의 위험성이 높아지지만 개인에게 적절한 강도의 운동을 규칙적으로 꾸준히 하면 면역능력이 향상되어 그 흔한 감기에도 쉽게 걸리지 않게 된다는 사실과 같은 맥락에서 볼 수 있는 것이다. 그러므로 인간은 자신의 체력과 환경에 적절한 지구성 운동을 규칙적으로 꾸준히 해야 한다.



NAD와 같은 수소전달체 (Hydrogen carrier)가 산화환원반응에서 전자를 옮겨준다 (shuttle)
? 한 분자에서 다른 분자로 전자가 이동하는 것은 산화환원 반응 (redox reaction)이다
: 전자를 받는 분자는 환원되는 것이고, 전자를 주는 분자는 산화되는 것이다.
? 세포호흡에서는 유지물이 산소에 의하여 산화되는 것인데, 먼저 유기물로부터 두 개의 수소원자와 전자가 방출된다 (fig 6.5)
: 탈수소효소 (dehydrogenase)와 NAD가 필요
: NADH2의 생성

 수소운반자 (NADH2)로부터 떨어져 나온 전자는 여러 단계의 산화환원 반으을 거치면서 산소로 전달된다
? 포도당으로부터 방출된 에너지는 NADH2에 저축되었다가 ATP 생산에 이용된다
: NADH2는 포도당에서 나오누 전자를 산소로 전달한다
: mitochondria 막의 전자전달계 (electro transport chain) (fig 6.6A)
? 전자전달계는 전자를 주고받아 산화 환원되는 반응이 연쇄적으로 나타난다
: 각 단계가 진행되는 동안 에너지는 조금씩 낮아지면서 ATP 생산에 이용된다.


운동과 활성산소

McCord는 그의 연구에서 정상적인 호흡 시에 25개의 산소분자가 환원될 때마다 1개의 유해산소(free
radical)가 생성되며, 체온이 상승되고 에피네프린의 농도가 증가하면 유해산소의 형성이 증가된다고 보고했고, 하루야마
시게오가 쓴 \'뇌내혁명\'에서는 갑자기 격한 운동을 하거나 화를 내면 부신수질에서 노르에피네프린이 분비되어 갑자기 모세혈관이
수축하여 혈액의 흐름이 순간적으로 멈추었다가 다시 흐르게 되는데, 이 때 혈액이 재 관류하면서 유해산소가 가장 많이
발생하게 된다고 하며 이 때 발생한 유해산소가 세포를 공격하여 유전자에 상처를 입힌다고 주장하고 있다.
사실 지질의 과산화화(lipid peroxidation)는 세포막에서 지속적으로 일어나는 생리작용으로 불포화지질의 산화적
손상을 의미하며 이 반응이 극심한 경우에는 다양한 질병으로 진전될 수도 있다. 특히 불포화 지방산이 가장 과산화화 되기
쉬운 것으로 알려져 있다.

EM에는 직접, 간접으로 항산화 물질을 생성한다.

자연계의 모든 것은 최종적으로는 산화하고 붕괴한다고 하는 대원칙이 있다.

인간도 예외 일 수는 없으며 유전자가 녹슬어 기능이 저하하면 병이 되고, 또 유전자가 녹슬어 활동을 못 하게 되면 수명을 다하는 것이다.

따라서 자연계에서 발생하는 나쁜 것은 모두 과잉 산화현상이라고 할 수 있다.

EM이 생성하는 항산화 물질과 그에 수반하여 발진되는 항산화 물질은 생명의 유무를 불문하고 자연계의 산화와 붕괴를 방지하는 작용이 있다. EM이 만능이라고 말하는 것이 바로 이 때문이다





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