유리기 (Free radical)

1. Free radical 이란?

 사과 껍질을 벗겨 놓은 상태로 방치해 두면 사과의 색은 점차 갈색으로 변한다. 방치되는 시간이 길면 길수록, 오염상태가 심하면 심할수록 변하는 속도는 빠르다. 이 현상은 사과가 Free radical (유리기)의 공격을 받음으로 변화되는 결과이다. 그러나 껍질을 벗긴 사과에 레몬주스를 발라 놓거나 또는 비타민 C를 발라 놓으면, 오랜 시간이 지나도 본래의 색상을 유지한다. 이것은 레몬주스에 함유된 항산화제인 비타민 C가 유리기의 공격을 막아주기 때문이다. 레몬주스에 함유된 Bioflavonoid도 비타민 C와 같이 유리기의 공격을 차단시켜 준다. 

 물질을 이루고 있는 분자는 구조적으로 양자와 그 주위를 싸고 있는 전자로 나뉜다. 전자는 제각기 짝을 이루고 있을 때 안정하다. 하지만 어떤 원인으로든 짝을 잃었을 때 그 분자는 안정 상태를 유지하기 위하여 다른 전자를 찾는다. 이 불안정한 상태의 분자를 Free radical이라 한다. 

 Free radical 이 다른 분자로부터 전자를 획득하여 안정 상태로 되면, 전자를 빼앗긴 분자는 Free radical로 변하여 다른 분자를 공격하게 된다. 인체 내에서 이 반응이 계속된다면 모든 세포가 영향을 받을 수 있다. 구조적으로 파괴되거나 변형이 나타나며, 유전인자까지도 파괴된다. 하나의 Free radical은 단 몇 초간 존재하면서 없어질 수 있지만, 인체에 대한 피해는 돌이킬 수 없다. 

 그러나 Free radical이라고 무조건 인체에 해를 입히는 것만은 아니다. 병원물질을 죽인다거나 병든 세포를 죽임으로써 인체를 건강하게 유지시켜 주는 Free radical도 있다. 병든 세포는 약한 세포막을 갖고 있으므로 병원물질은 쉽게 그 세포막을 통과하여 목적을 달성한다. 외부의 미생물들은 그들의 번식을 위해 세포 안에 있는 DNA, RNA 등을 이용할 수 있다. 

 

2. Free Radical의 발견

 1954년 Dr. R. Gerschman이 산소의 유해성을 최초로 제기할 당시 그 어느 누구도 귀를 기울여 주지 않았다. 2년 후 네브라스카주립대학의 장수학자 Dr. Denham Harman이 그 이론을 보다 정밀하게 완성하여 1956년 유리기 (Free Radical)에 대해 발표하였으나 별로 주목을 받지 못했다. 그 후 1990년 초 화장품업계와 건강식품 업계에서 Free Radical의 피해가 적극적으로 받아들여지면서 노화의 원인이 Free Radical이라는 개념이 세계적으로 알려졌으며, 본격적인 연구가 시작된 것은 1992년 University of Kentucky의 Medical Center로부터 질병에 미치는 영향이 발표되면서부터였다. 

 Free Radical은 공해의 부산물만이 아니라, 대사 작용의 부산물로 체내에서 생성되기도 한다. 또한 모든 Free Radical이 나쁜 것만은 아니다. 필요한 호르몬이나 효소의 분비를 유도하기 위해 인체 내에서 만들어지는 Free Radical도 있다. 인체가 필요로 하는 에너지는 세포 안의 미토콘드리아에서 만들어지는데, 이 과정에서도 Free Radical이 생성된다. 인체에 해로운 종류의 Free Radical을 제거하지 못할 때, 인체는 Free Radical로부터 공격을 받게 된다. 

 

3. Free Radical의 종류

 a. Superoxide

 체내에서 에너지를 만들 때 세포내의 미토콘드리아에서 부수적으로 생성되는 Free Radical로 체내에서 자체적으로 제거시켜야 하는 물질이다. ATP (Adenosine triphosphate)가 분해되는 과정에서 Hypoxanthine이 Xanthine으로 변할 때 Superoxide가 생성된다. 이 Free Radical을 제거하기 위하여 체내에서는 Mn-SOD, Cu/Zn-SOD (Superoxide dismutase) 등이 필요하다. 산소분자에서 전자 하나를 잃어버린 형태이다. 

 인체의 어느 부분이나 중요하지 않은 곳은 하나도 없듯이, 세포 내의 각 부분도 모두 중요하지만, 특히 중요한 곳은 미토콘드리아이다. 그 이유는 인체가 필요로 하는 에너지는 모두 이곳에서 생성되기 때문이며, 면역력 및 노화와 직접적인 관계가 있는 곳도 바로 미토콘드리아이기 때문이다.

 미토콘드리아는 하나의 세포 안에 1,000-2,000개 정도까지 가능하며 부피로 계산한다면 세포의 12-25% 정도를 미토콘드리아가 차지할 수 있다. 미토콘드리아 안에는 병풍처럼 겹겹이 쌓인 내막이 있다. 바로 이 내막에서 에너지의 생성이 이루어지고, 부산물로 유리기인 Superoxide가 생성된다.

 미토콘드리아가 중요하다 함은, 그 기능이 저하됨에 따라 노화현상도 정비례하기 때문이다. 미토콘드리아의 내막은 세포핵이나, 세포 내의 다른 부위보다 대단히 민감하다. 민감하다는 표현은 외부의 침입에 약하다거나 변질되기 쉽다는 뜻이다. 다른 부위와 비교를 한다면 내막은 10-17배나 더 과민하다고 한다. 또한 인체는 65% 이상이 물로 이루어져 있다. 미토콘드리아도 정상적인 생화학반응을 위해서 충분한 양의 수분을 필요로 한다. 그러나 체내에 흡수되는 산소의 많은 양이 이곳에서 소비되며, 에너지를 생성하는 기관이므로 수분을 빼앗기기 쉽다. 수분이 적어진 미토콘드리아는 기능이 떨어질 뿐 아니라, 파괴되거나, 변질되기 쉬우며, 노화를 재촉하게 된다. 예를 들면 완전히 노화된 세포에서 미토콘드리아가 갖고 있는 수분 함량을 측정하면, 뼈에 함유하고 있는 수분의 양과 비슷하다고 한다. 

 구조적으로 미토콘드리아의 내막이나 외막은 모두 불포화지방산을 갖고 있다. 불포화지방산이 산화되면 과산화지질이라는 강력한 Free radical로 변한다. 따라서 가장 민감하면서도 중요한 부분인 내막은 체내에서 생성된 Superoxide에 의해서도 능력을 잃어버림은 물론, 과산화지질이라는 또 다른 유리기로 변할 수 있다. 

 

 b. Hydroxy Radical

 가장 위험한 것으로 수소와 산소가 같은 비율로 구성되어 있다. 반응속도가 무려 1억분의 1초로 다른 분자와 접촉하는 순간 공격하여 가지고 있던 외톨이 전자를 쏘아 버린다. 물(H₂O)은 세상에 존재하는 물질 중 안전한 성분이다. 그러나 물도 강한 자극(방사선 등)을 받으면 수소와 Hydroxy radical로 분리될 수 있다. 

 

 c. Hydrogen Peroxide (H₂O₂)

 과산화수소 자체가 유리기는 아니다. 그러나 노화된 세포나 조직에는 구리(Cu)와 철(Fe)이 정상보다 많이 축적된다. 과산화수소가 이들 구리나 철과 반응하여 수산화물을 생성하게 되기 때문에 유리기로 취급된다. 

 

d. Lipid Hydroperoxide (과산화지질)

 우리가 섭취하는 음식 중에는 기름이라는 성분이 함유되어 있다. 액체 상태를 기름이라 하고, 고체 상태를 지방이라 칭한다. 액체와 고체의 차이는 기름이 갖고 있는 탄소의 숫자와도 관계가 있고, 구조적으로 이중 결합의 존재 유무와도 관계가 있다. 예를 들면 버터는 탄소의 숫자가 적은 포화지방산으로 구성되어 있으므로 상온에서는 액체 상태로, 냉장의 온도에서는 고체 상태를 유지한다.

 그러나 흔히 음식에 사용되는 기름은 식물성 기름이므로 탄소의 수가 대부분 18개 이상이며, 구조 중에 이중결합을 갖고 있다. 이중결합을 갖고 있다는 것은 불포화되어 있다는, 즉 불포화지방산이라는 의미이다. 불포화지방산은 이중결합이 없어지면서 포화될 수 있고, 포화되는 과정에서 산화될 수도 있다. 불포화지방산이 산화될 때, 즉 식물성 기름이 산화되면 과산화지질이라 불리는 Free Radical 이 된다. 

 인체는 약 60조의 세포로 이루어져 있다고 한다. 각 세포의 막도 인지질이라는 불포화지방산으로 되어있다. 뿐만 아니라 세포 내의 핵막, 리소좀막, 골기체막, 미토콘드리아의 외막, 내막 등, 불포화지방산은 인체의 모든 부위에 분포되어 있다. 때문에 산소가 세포막의 지방산을 공격할 때, 또는 세포내의 어느 부분이든 불포화지방산 부분을 공격하여 산화될 때 과산화지질이 만들어진다. 

 지질 과산화 작용이 진행되는 동안 세포막을 통과하는 치명적인 연쇄반응이 시작되면서 지방분자는 무수한 Free Radical을 방출한다. 냉동실에 있던 고기를 꺼내어 상온에서 방치할 때 상하는 것은 과정이 진행되는 좋은 예이다.

 과산화지질은 음식으로도 섭취될 수 있고, 체내에서 Free radical의 공격에 의해 생성될 수도 있다. 인체 내에서 과산화지질이 단백질과 결합되면 리포후스친(Lipofuscin)이라는 물질을 생성시킨다. Lipofuscin이 피부로 침착하게 되면 검버섯으로 나타나며, 뇌로 침착하면 치매의 원인이 될 수도 있다고 한다. 따라서 피부에 검버섯이 많다는 것은 노화현상의 표현인 동시에, 과산화지질의 섭취가 많다던가, Free Radical의 양이 증가되는 현상이라 할 수 있다.

 이 경우에도 적절한 항산화제의 복용이 절대적으로 필요하다. 특히 식생활 습관이 변하면서 과산화지질이 함유된 음식의 섭취가 늘고 있다. 켄터키후라이드치킨, 후렌치 후라이드, 햄버거, 가공식품, 인스턴트식품 등이 모두 이에 속한다. 위의 물질들 외에도, 모든 환경오염으로부터 얻어지는 유해성분 및 병원미생물도 Free Radical 의 범위에 속한다.