수돗물 소독을 위해 넣는 염소가 물과 반응하여 생성하는 차아염소산이 강력한 산화력을 통해 미생물의 세포벽을 파괴하고 효소를 불활성화하는 원리가 궁금합니다.

Question

수돗물 소독을 위해 넣는 염소가 물과 반응하여 생성하는 차아염소산이 강력한 산화력을 통해 미생물의 세포벽을 파괴하고 효소를 불활성화하는 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

염소가 물과 반응하여 생성되는 차아염소산은 전기적으로 중성을 띤다는 점이 살균의 핵심입니다. 미생물의 세포 표면은 보통 음전하를 띠고 있는데, 만약 소독제가 음이온 상태라면 서로 밀어내는 전기적 반발력 때문에 세포 내부로 침투하기 어렵습니다. 하지만 차아염소산은 전하를 띠지 않는 중성 분자 상태로 존재하기 때문에 미생물의 세포벽과 세포막을 마치 투명 인간처럼 쉽게 통과하여 내부로 깊숙이 들어갈 수 있습니다.

​일단 세포 내부로 침투한 차아염소산은 강력한 산화력을 바탕으로 미생물의 생존 시스템을 파괴하기 시작합니다. 가장 먼저 미생물의 생명 유지와 증식에 필수적인 역할을 하는 효소 단백질을 공격합니다. 차아염소산의 산화력은 효소의 입체 구조를 비가역적으로 변형시키거나 화학 결합을 끊어버려 효소가 제 기능을 하지 못하는 불활성화 상태로 만듭니다. 이는 마치 공장의 핵심 기계들이 한꺼번에 고장 나는 것과 같아 미생물의 에너지 대사가 즉각 중단됩니다.

​동시에 세포를 보호하는 세포막의 지질 성분을 산화시켜 물리적인 구멍을 내기도 합니다. 세포막이 손상되면 세포 내부의 영양분이 밖으로 새어 나가고 외부의 유해 물질이 유입되면서 미생물은 결국 사멸하게 됩니다. 또한 세포 내 유전 물질인 DNA까지 산화시켜 복제 능력을 원천 차단함으로써 미생물의 번식을 막습니다. 이처럼 차아염소산은 뛰어난 침투력과 무차별적인 산화 반응을 통해 미생물을 생화학적으로 완벽히 제압하는 원리로 작용합니다.

Answer 2

안녕하세요.

수돗물 소독에 사용하는 염소는 물속에서 미생물을 죽일 수 있는 활성 염소 종을 만들어 냅니다. 염소 기체는 물과 반응하면서 차아염소산나트륨을 형성하고, 이는 다시 물속에서 해리되어 HOCl/OCl⁻ 평형을 만듭니다. 이때 산성~중성 부근에서는 HOCl 비율이 높고, 알칼리성으로 갈수록 이온의 비율이 증가하는데요, 일반적으로 HOCl이 OCl⁻보다 훨씬 강력한 소독력을 가집니다. 이유는 전하가 없는 중성 분자라 미생물 세포 표면을 더 쉽게 통과하기 때문입니다.

차아염소산이 강력한 이유는 산화제이기 때문인데요, 이때 산화란 다른 분자에서 전자를 빼앗거나 화학 결합 상태를 변화시키는 작용입니다. 미생물의 세포는 지질막, 단백질, 다당류, 핵산 등 정교한 생체분자로 이루어져 있는데, HOCl이 있을 경우에는 이들을 화학적으로 손상시킵니다. 우선 세균의 세포벽과 세포막에는 지방산, 단백질, 다당류가 있는데요, HOCl은 막 단백질과 불포화 지질을 산화하여 막의 구조를 흐트러뜨립니다. 결과적으로 막의 선택적 투과성이 무너지고, 이온 농도 유지와 물질 수송 기능이 망가집니다. 또한 효소도 불활성화시킵니다. 효소는 특정 입체 구조를 가진 단백질인데, 그 구조가 유지되어야 작동합니다. HOCl은 단백질의 황 함유 아미노산, 아민기, 방향족 곁사슬 등을 산화 및 염소화하여 구조를 바꾸는데요, 효소 활성에는 시스테인의 -SH가 중요한데, 이것이 산화되면 촉매 기능이 급격히 떨어집니다. 결과적으로 에너지 생산, 복제, 대사 반응이 멈추게 되는 것입니다. 또한 수돗물에서 염소를 사용하면, 처리장에서 끝나는 것이 아니라 배관망을 지나 가정에 도달할 때까지 소량의 유효 염소가 남아 재오염을 억제할 수 있습니다. 감사합니다.