우리 몸에서 활성산소는 어떤 방식으로 세포를 손상시키나요?
더 자세히는, 활성산소가 생성되는 주된 원인과 이것이 세포막, DNA, 단백질 등의 생체 분자에 일으키는 산화 스트레스의 구체적인 메커니즘을 설명해 주시겠어요?
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
활성산소는 주로 미토콘드리아 호흡과정에서 전자가 새어나올때 또는 면역세포가 병원체를 공격할때 생성되고, 생체분자의 전자를 빼앗아서 연쇄적인 손상을 일으킵니다.
예를들어 지질과산화는 세포막을 경화시키고 투과성을 증가시키고, OH라디칼은 DNA 염기변형 절단을 유발하기도합니다.
단백질에서는 황화기나 방향족 잔기 산화로인해 효소기능저하가 나타나는것이 대표적인 메커니즘입니다.
감사합니다.
활성산소는 주로 세포 내 미토콘드리아가 산소를 이용해 에너지를 생성하는 과정에서 산소의 불완전한 환원 반응으로 인해 주되게 발생하며, 이 외에도 과도한 육체적·정신적 스트레스, 자외선 노출, 유해물질 흡수, 과음 등도 생성을 촉진할 수 있습니다. 활성산소는 불완전한 원자 구조를 가져 안정화되기 위해 주변의 생체 분자로부터 전자를 빼앗으려는 반응성이 매우 높아, 이 과정에서 산화 스트레스를 유발하여 세포를 손상시킵니다. 구체적으로, 활성산소는 세포막을 구성하는 지질을 공격하여 지질 과산화를 일으켜 세포막의 구조와 기능을 파괴하고, DNA의 핵산과 결합하여 산화시켜 변질시키거나 손상시켜 돌연변이나 세포 사멸을 유도하며, 단백질의 아미노산 구조를 변화시켜 기능을 상실하게 만듦으로써 세포 손상과 노화를 촉진하고 각종 질병 발생의 원인이 됩니다.
활성산소, 즉 ROS는 대사 과정에서 부산물로, 그 양이 증가하면 산화 스트레스를 유발하여 세포를 손상시킵니다.
활성산소는 유전 물질인 DNA 염기를 산화시키거나 가닥을 절단하여 돌연변이를 일으키고 암 발생 위험을 높입니다.
또한 세포막의 불포화 지방산을 공격해 산화(지질 과산화)시키고, 그때문에 세포막의 구조와 투과성이 변하여 세포 기능을 잃어버리게 만들고, 세포 내 단백질을 산화시켜 구조를 변형시키고 효소의 활성을 떨어뜨려 세포의 대사 및 신호 전달 기능을 방해합니다.
안녕하세요.
질문해주신 활성산소란 홀전자를 가진 라디칼의 형태로 공격성이 강합니다.
활성산소(ROS)는 우리 몸의 대사 과정에서 자연스럽게 만들어지지만, 일정 수준을 넘어서면 세포 구조와 기능을 손상시키는 산화 스트레스를 유발하는데요, 우리 몸에서 활성산소는 주로 미토콘드리아의 호흡 과정에서 전자가 새어 나오는 현상을 통해 발생합니다.
전자가 정상적으로 전자전달계 복합체들을 따라 이동해야 하지만, 일부 전자는 조기에 산소(O₂)와 반응하여 초과산화 음이온(O₂⁻)을 형성하고 이것이 연속적인 반응을 통해 과산화수소(H₂O₂)나 하이드록실 라디칼(·OH)로 전환됩니다. 이 외에도 염증 상황에서 면역세포가 NADPH oxidase를 이용해 병원체를 제거할 때 ROS를 고의적으로 대량 생성하기도 하며, 자외선·방사선·중금속·흡연·약물대사(특히 간의 CYP450) 등 외부 스트레스 또한 활성산소 생성을 증가시킵니다. 즉, ROS는 내부 대사 과정의 부산물이자 외부 자극에 대한 방어 반응으로 지속적으로 생산됩니다.
ROS는 불포화 지방산의 이중 결합에 매우 민감하게 반응하여 연속적인 지질 과산화 반응을 일으키는데요 하이드록실 라디칼이 막 인지질의 불포화 결합을 공격하면 지방산 라디칼이 생성되고, 이것이 산소와 반응해 지질 퍼옥사이드로 바뀌며 사슬반응이 계속 퍼집니다. 그 결과 세포막은 딱딱해지고 누수성이 증가해 이온 항상성 붕괴, 세포막 단백질 기능 손상, 막 파괴를 통한 세포사멸로 이어질 수 있습니다.
이러한 활성산소는 핵 DNA와 미토콘드리아 DNA 모두를 손상시킬 수 있으며, 특히 하이드록실 라디칼은 거의 모든 염기와 당-인산 골격을 공격할 수 있는 가장 강력한 산화제입니다. 세포 전체 수준의 결과를 놓고 보았을때 지속적인 ROS 축적은 다음과 같은 생리·병리적 결과로 이어질 수 있습니다. 미토콘드리아 막전위 붕괴 및 에너지 생산 저하되고, 세포 신호전달 교란, 염증 촉진 사이토카인 증가, 세포사멸 경로 활성화를 유발할 수 있습니다. 감사합니다.