산소O₂의 선택
산소O₂의 선택
  • 최종석 교사 괴산 목도고
  • 승인 2019.01.09 17:19
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선생님이 들려주는 과학이야기
최종석 교사 괴산 목도고
최종석 교사 괴산 목도고

 

잘 마른 장작이 타는 소리가 정겹다. 옆에서 불을 쬐려고 모여든 아이들이 건네는 고구마가 맛있다. 온기가 필요한 계절이다. 장작이 탈 때 산소와 급격하게 결합하는 것을 알고 있을까? 일산화탄소 때문에 몇 명의 학생이 소중한 생명을 잃었다고 한다. 왜 산소를 인간이 차용하게 됐을까?

원시대기는 산소가 없었다. 산소는 25억 년 전에 나타난 물속에 사는 사이아노박테리아(Cyanobacteria) 때문이다. 빛에너지를 이용해 물에서 전자를 떼어내어 만든 부산물이 산소이다.

산소는 공기 중으로 방출해 오존층을 만들고 자외선을 차단하여 수중생물의 육상화를 가능하게 했다. 획기적인 변화이다. 광합성에 필요한 전자를 얻기 위해 만들어진 부산물이 만들어진 지상에 식물들이 가득하다.

산소를 이용하면 산소를 이용하지 않을 때보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 장작이 불에 타는 것은 빨리 에너지가 공기 중으로 방출하지만, 호흡을 통하면 천천히 에너지를 이용할 수 있다. 식물마다 차이가 있지만 포도당 한 분자의 32ATP는 매우 큰 에너지이다. 산소 없이 발효하게 되면 한 분자의 포도당은 7ATP 정도 방출한다. 산소의 선택은 탁월한 것이다.

우리 몸은 70%가 물로 되어 있다. 물에는 산소가 포함돼 있다. 비열이 1이다. 잘 끓지 않는다. 잘 얼지도 않는다. 물의 선택은 몸에 다양한 화학반응을 위한 훌륭한 장소를 마련해 주었다. 체온을 유지하기 위해 물의 기화열은 중요한 역할을 한다. 날씨가 추워지면 화장실을 자주 간다. 표피에서 증발하는 물이 온도가 낮아서 증발하지 않고 오줌으로 방출된다. 극성인 물분자의 선택이다.

우리가 호흡할 때 물이 생성되고 활성산소가(슈퍼옥사이드아니온·superoxide anion) 만들어진다. 산소에 전자가 하나 더 붙은 것이다. 효소에 의해 과산화수소가 만들어진다. 카탈라아제에 의하여 과산화수소는 물로 분해된다. 여기까지는 문제가 없다. 과산화수소가 지나치게 많이 만들어질 경우다. 과산화수소는 전자 하나를 더 받아서 하이드록실라디칼이라는 물질이 만들어지는데 맹독성이다. DAN, 단백질, 지질도 산화시킨다.

잘못된 선택일까?

우리 몸에서 호흡은 주로 미토콘드리아에서 일어난다. 활성산소도 많이 만들어진다. 걱정할 필요는 없다. 항산화 물질에 의해 활성산소는 제거된다. 생물은 매우 정교한 기계다. 그런데 과도하게 만들어지면 문제가 발생한다. 많은 물질을 산화시키면 면역체계가 약화해 결국 병균이 침범하게 된다. 우리 몸은 병원균에게는 좋은 음식이다.

해로운 환경, 술 마시고, 담배 피우면 활성산소가 증가해 노화의 원인이 된다. 활성산소가 나쁘기만 할까? 강력한 산화 작용은 노화하거나 손상된 세포를 제거하는 데 중요한 역할을 한다. 좋은 활성산소와 나쁜 활성산소가 있다. 나쁜 활성산소는 암, 치매, 대사성 질환을 일으키고, 좋은 활성산소는 생체방어, 호르몬 생성, 생리작용에 기여한다.

산소의 선택은 좋은 것과 나쁜 것의 양면성을 준 것이고 조절의 책임은 개체에 돌린 것이다. 추운 겨울에 좀 더 따뜻하게 온도를 조절하고 운동하여 건강을 유지하면, 불필요한 나쁜 활성산소를 적게 만든다. 장작이 타는 냄새가 구수하다.


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