인체에서의 산화환원반응과 활성산소

인체에서의 산화환원반응과 활성산소

산화와 환원반응은 산소, 수소, 전자를 얻고 잃을 때 일어난다.

산화는 산소를 얻거나, 수소를 잃거나, 전자를 잃으면 일어나는 반응이다.

환원은 산소를 잃거나, 수소를 얻거나, 전자를 얻으면 일어나는 반응이다.

산화환원반응은 인체에서 일어나는 화학반응이다.

 

 

위 그림은 미토콘드리아에서 에너지를 생산하면서 일어나는 전자전달계다.

미토콘드리아에서의 전자전달계의 시토크롬b,c,a,a₃는 모두 산화환원반응으로 에너지를 생산하는 산화환원효소이다. 시토크롬 속에는 철(Fe)이 들어있다. 이 철은 2+를 띠었다 3+를 띠었다 하면서 산화환원반응을 한다.

시토크롬 Fe2+가 전자를 내놓으며 시토크롬 Fe3+로 되면 산화된다.

시토크롬 Fe3+가 전자를 받으며 시토크롬 Fe3+ 로 되면 환원된다.

 

그림의 가운데 아래를 보면 2H+가떨어져 나온 것을 볼 수 있다. 탈수소효소에서 떨어진 수소가 에너지를 품은 전자(2e-)를 시토크롬b에게 주고 기질로 떨어져 나온 것이다. 이 전자가 시토크롬 효소들에게 전달되면서 에너지를 넘겨주게 되면서 우리에게 필요한 생활에너지가 ATP에 저장된다. 시토크롬a₃를 거치면 전자는 에너지를 다 소진하고 떨어져 나온다.

 

오른쪽 마지막을 보면 물인 H2O가 만들어지는데 산소가 1/2O₂로 되었다. 즉 산소가 원자 상태인 O가 H₂와 결합을 하여 물이 만들어진다. 안정 상태인 O₂로 있다가 O가 사용되니 나머지 O는 활성산소가 된다. 에너지를 생산하는 과정에서 활성산소는 발생한다.

또는 산소분자(O2)가 수소분자 양이온(2H+)과 전자(2e-)와 결합하여 H2O2(과산화수소)를 만든다.

 H2+-e+O2=H2O2(과산화수소)

과산화수소는 다시 물(H2O)과 활성산소(O)로 된다.

H2O2 H2O+O(활성산소)

 

미토콘드리아에서 에너지를 생산할 때 활성산소가 많이 발생한다.

 

물(H2O)은 수소(H)를 산소(O)가 태워서 만들어진다. 수소가 산소를 받아서 물이 만들어지는 것은 산화다.

포도당이 수소를 내놓고 피루브산으로 되는 것은 산화다.

산소가 있을 때 피루브산은 미토콘드리아로 들어가서 구연산 회로를 이룬다.

그러나 세포 속에 산소가 없을 때 피루브산은 내놓았던 수소를 다시 얻어서 젖산이 되면 환원이다. 젖산은 피로물질이다. 우리가 많이 움직이면 근세포 속의 에너지가 많이 필요해서 미토콘드리아가 많은 에너지를 생산하기위해서 산소를 많이 필요하기 때문에 산소를 혈액 속에 보다 더 넣기 위해서 숨이 까빠지고 혈액순환을 보다 더 빨리 시켜 세포에게 산소를 빨리 운반해 주기위해서 맥박이 빨라진다.

계속 운동을 하거나 일을 하면서 몸을 움직이면 아무리 숨을 헐떡거려도 심장이 팍팍 돌아도 필요한 만큼의 산소 공급이 어려워지면 세포들은 산소가 필요 없는 무기호흡인 젖산발효로 에너지를 생산하게 된다. 젖산은 피로물질이다. 젖산이 쌓이게 되면 피로하게 된다.

쉬면 세포들은 에너지 소모가 적어져 젖산발효를 멈추고 쌓인 젖산을 혈액에 녹여 간으로 보내서 다시 포도당으로 합성한다. 쌓였던 젖산이 제거되면 피로가 풀린다. 그래서 피로할 때 목욕하고 쉬면 물리는 것은 혈액순환이 잘 되어 젖산을 빨리 제거하기 때문이다.

산소를 공급하면서 운동하려면 과격한 운동을 피하고 숨이 아주 약간 가쁠 정도로 하는 것이 유산소운동이고 세포 속에 젖산이 쌓이지 않아서 피로가 적다.

 

유산소 운동은 활성산소가 덜 생기고 과격한 운동은 활성산소가 많이 생긴다. 스트레스가 쌓이면 활성산소가 많이 생긴다. 과음과 과식을 해도 활성산소가 많이 생긴다. 자외선을 너무 쪼여도 활성산소가 많이 발생한다.

 

우리들 몸이 늙어가는 것도 산화다.

 

혈액 속의 적혈구가 산소를 받아 혈액을 붉게 만드는 것도 산화다. 붉은 동맥혈은 산화된 혈액이다. 적혈구가 세포에게 산소를 주고 검붉게 되는 것은 환원이다. 검붉은 정맥혈은 환원된 혈액이다.

우리 몸에서는 화학물질을 만들고 에너지를 생산하고 적혈구가 산소를 운반 하면서 활성산소가 발생한다. 우리 몸속에서 활성산소는 계속 발생한다. 백혈구가 식균작용을 하면서도 활성산소는 발생한다.

 

활성산소는 원자 상태의 O로 된 산소다. 두 번째 전자각에 8개의 전자가 채워져야 하는데 6개 밖에 없어서 두 개를 더 채워야 안정상태가 되기 때문에 그걸 채우려고 공격성이 된다.

 

우리 몸 안에서 정상적인 산소가 100초 동안 머문다면 활성산소는 1백만 내지 1억분의 1초 동안 머문다. 그렇게 짧은 시간동안 머물면서 활성산소의 자유분방한 공격성으로 몸속으로 침입한 세균을 죽여서 좋은 점도 있으나 DNA를 공격하여 파괴하고 세포막을 구성하는 인지질을 공격하여 과산화지질로 만들고 신호체계를 무너뜨리고 적혈구를 파괴하는 등등 병들게 한다.

우리 몸에서는 활성산소를 없애기 위해서 여러 가지 항산화효소를 생산하여 활성산소를 바로 바로 제거하지만 너무 많이 발생할 때는 다 제거하지 못해서 여러 질병과 노화를 가져온다.

우리 몸에서 생산하는 항산화효소 말고 우리가 먹는 음식 중에 항산화 물질이 있다. 다음에 항산화효소와 항산화물질에 대해서 설명한다.

2011.03.02. 林 光子

 

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