면역계가 몸의 손상을 인식하는 방법, DAMP

DAMP

 

동물체는 각종 미생물로부터 자신을 끊임없이 방어해야 합니다. 셀수없는 미생물들에게 동물체는 물과 유기물이 풍부한 환경이기 때문에 증식에 좋은 먹잇감입니다. 미생물로부터 자신을 방어하기 위해서 동물체의 면역계는 병원체를 인식할 수 있어야 하고(PAMP), 한편으로는 손상된 자기 조직을 인식할 수 있어야 합니다(DAMP)
PAMP에 대해 읽고 싶으시다면 여기로

곤충의 독소

 

벌독 Bee venom

벌독은 다양한 물질의 혼합물입니다.

Biogenic amines인 histamine, serotonin, dopamine, norepinephrine

Enzymes은 phospholipase A2, hyaluronidase, cholinesterase 등

자극제로는 formic acid(개별적 민감성 -> 벌침 많이 맞으면 전신 독성)

등이 혼합되어있지요.

 

사람에서는 급성 과민반응을 일으키기 때문에 주의해야합니다. 

    (IgE + 항원 => histamine, leukotriene, PG 과다 분비)

히스타민과 류코트리엔, 프로스타글란딘 과다 분비로 인해 평활근이 수축하고, 혈관이 이완하면

기관지 수축, 구토, 허탈로 인해 사망할 수 있지요.

국소적으로 염증 반응도 일으킵니다.

반면 동물에서는 벌침에 의한 아나필락시스 반응은 없습니다.

그러나 벌침에 많이 맞으면 전신 독성이 일어날 수 있습니다.

우울, 식욕부진, 피토, 혈변, 용혈성 빈혈(spherocyte 관찰, 헤모글로빈뇨), 백혈구 증가가 일어날 수 있으며

신장, 간 손상으로 인해 ALT, SUN 증가

허탈로 인한 사망이 발생할 수 있습니다.

 

전신 질환 시 호흡 보조, 쇼크나 anaphylaxis 치료, 2차 세균감염 예방에 신경을 씁니다.

진통제, 항히스타민제, 에피네프린, corticosteroid를 투여할 수 있습니다.

 

물집풍뎅이 독소(Cantharidin)

물집풍뎅이는 alfafa(소에게 먹이는 건초) 초지에 무리지어 서식하는 곤충입니다.

물집풍뎅이가 섞여있는 alfafa를 섭취하였을 때 중독이 발생하는데요

이 물집풍뎅이의 독은 cantharidin이라는 성분입니다.

상당히 안정된 물질이기 때문에 잘 파괴되지 않아 죽은 물집풍뎅이를 먹어도 중독이 발생합니다.

 

매우 부식성이 강해서 접촉한 피부나 점막에 손상이 일어나 수포, 궤양이 관찰됩니다.

위장관계 궤양으로 인한 설사, 혈변

비뇨기계 부식으로 인해 자주 소변 보기, 배에 힘주기, 회음부 문지르기

쇼크 동반하는 급성 산통으로 인한 사망(말)

Stress에 의해 백혈구 많아지고

저장뇨, 저비중뇨를 쌉니다.

 

치료법은 산증이 발생하기 때문에 중탄산염을 투여하여 혈장의 pH를 올려줍니다.

 

검은독거미 독소 Black widow spider toxin(Latrodectus mactans)

a-Latrotoxin

Latrotoxin이라는 거미 독소는 세포막의 칼슘 이온 채널에 결합하여 Ca2+ 막투과도를 증가시키는 물질입니다.

 칼슘 항상성 이상에 따른 독성 효과는 여기를 참고해주세요

세포 내에 양이온인 칼슘 농도가 증가하면 세포의 막 전위가 상승하여 세포가 흥분합니다.

Epinephrine 과다 분비로 인한 중독증상이 나타날 수 있습니다.

곰팡이(진균)의 독소

 

Aflatoxin

Aflatoxin은 Aspergillus flavus라는 곰팡이에 의해 생성되는 독소입니다.

Aflatoxin은 DNA의 G 염기와 결합하여 DNA의 전자 분포를 바꾸고, 결과적으로 DNA 주형을 변형시키는 물질입니다.

그 결과로 RNA polymerase가 DNA와 결합할 수 없게 되어 전사를 못하게 되지요.

동물체에서 가장 물질대사가 활발한 간이 영향을 많이 받는 대표적 장기입니다.

간은 물질대사를 위해 많은 단백질을 만들어야 하기 때문에 그 과정에 문제가 생기는 것이 치명적입니다.

또한 aflatoxin은 DNA 주형을 변형시키기 때문에 발암물질입니다.

  

Aspergillus flavus 곰팡이는 곡물을 창고에 저장할 때 잘 증식합니다.

1. 고온 stress에 의해 껍질 벗겨졌을 때
   
2. 상대습도 및 곡물의 수분이 증가했을 때
   
3. 곤충에 의해 껍질이 손상되었을 때
   
4. 껍질 얇은 낱알
   은 특히 Aspergillus 속 곰팡이가 잘 증식하니 주의해야 합니다.
   

 

Ergot(맥각)

 

Fumonisin

Sphingolipid의 생합성을 억제하는 독소입니다.

심근의 L-type Ca2+ channel의 억제에 sphingolipid가 관여하기 때문에 심장에 독성을 나타내는 물질이지요.

심장에 문제가 생기면 폐를 거쳐 나온 혈액을 온몸으로 뿜어주지 못하기 때문에 폐에 혈액이 들어찹니다.

결과적으로 Fumonisin 중독에 의해 폐에 부종이 생깁니다.

 

Slaframine

Black patch 병(식물에 흑색 반점병)과 관련이 있는 독성 물질입니다.

Slaframine은 부교감신경성 작동제로 동물체에 작용하여 타액샘과 췌장을 자극합니다.

치료는 부교감신경 차단제인 atropine을 사용합니다.

 

Tremorgens 진정원성 진균독소

떨림(진정, tremor)를 유발하는 독소입니다.

Lolitrem-B

Penitrem-A

신경전달물질의 유리를 증가시켜서 탈분극을 연장하는 독성 물질입니다.

 

Trichothecene

Fusarium속 곰팡이에 의해 생성되는 독소입니다.

Fusarium속 곰팡이는 옥수수, 밀, 보리 등의 곡물에서 잘 증식하는 것으로 알려져있습니다.

Polyribosome을 분해하여 단백질의 합성을 억제하고

DNA와 RNA의 합성 억제하며

포도당, Ca, 아미노산의 세포막 이동을 억제하여

궁극적으로 면역을 억제하는 독성 물질입니다.

 

Zearalenone

역시 Fusarium속 곰팡이에 의해 생성됩니다.

옥수수, 밀, 보리, 수수 등의 곡물에서 발생하고

Estradiol 부위에 결합하여 성호르몬을 교란시키는 독성 물질입니다.

이런 독성 물질을 내분비 교란 물질이라고 부르기도 합니다.

식물과 버섯의 독소

 

혈액독성 식물

Nitrate, Nitrite -> methemoglobinemia

명아주, 사탕무, 수수(sudan grass, sorghum) 등의 식물을 동물이 섭취했을 때 발생할 수 있습니다.

식물은 질산염 nitrate(NO3)를 이용합니다.

동물은 그 질산염을 섭취하여 동물성 단백질을 합성하기도 하고, 아질산염NO2(nitrite)이 형성되기도 합니다.

동물 내에서 질소 산화물은 다음과 같은 작용을 갖습니다.

NO : 혈관 이완 -> 저혈압 -> hypoxia -> tachypnea

NO2 : methemoglobinemia -> hypoxia -> tachypnea

질소에 의한 자극 -> 위장관계 증상

Nitrite가 Nitrate보다 독성이 강합니다.

질소 산화물 중독에 대한 치료제는 methylene blue입니다.

메틸렌 블루는 Fe3+를 Fe2+로 환원시켜서 메트헤모글로빈혈증에 의한 저산소증을 치료합니다. (NADPH dependent)

조혈기능 억제

Ptaquiloside(lactone) : 발암물질

Cyanogenic glycoside

Thiaminase -> thiamine 결핍

=> 골수 억제, 재생불량성 빈혈

대표적인 조혈기능 억제 식물로는 고사리가 있습니다.

 

용혈 유발

양파, 마늘, 배추속 케일, 유채 등을 동물이 섭취했을 때 용혈이 발생하기도 합니다.

N-propyl disulfide는 위 식물에서 특유의 매캐한 향이 나게 하는 물질이지요.

N-propyl disulfide는 hemoglobin을 변성시켜 Heinz body를 생성하고 용혈이 일어나게 합니다.

출혈 유발

콩과식물의 쿠마루속 식물이 생성하는 물질인 Coumarin, Dicoumarol(coumarin glycoside)는 vitamin K reductase를 억제하는 작용이 있습니다. 비타민 K의 저장능력을 떨어뜨린다고 보시면 됩니다.

그 결과 prothrombin 장애로 인한 항응고 효과를 보이지요.

항응고제나 살서제(쥐약)으로도 씁니다.

ATP 합성 억제

Cyanide(청산, 시안화물)은 식물의 씨앗에 많은 물질입니다.

청산 중독의 증상은 ATP 합성 억제에 의한 급사입니다.

원인 : amygdalin, prunasin과 같은 cyanogenic glycoside가 동물체 내에서 cyanide로 전환됩니다.

Cyanide는 세포에서 cytochrome oxidase의 Fe3+와 결합하여 전자의 전달을 차단합니다.

그 결과 에너지 전달을 할 수 없어 ATP 합성이 억제됩니다.

치료제는 nitrate입니다. Nitrate가 cyanmethemoglobin을 형성하기 때문입니다.

메트헤모글로빈혈증이 심각한 중독 증상이지만 시안화물 중독에 의한 사망보다는 낫기 때문이지요.

그래서 시안화메트헤모글로빈혈증을 일부러 일으킵니다.

 

 

신장독성 식물

수산염(oxalate)

사탕무, 명아주를 동물이 섭취했을 때엔 부동액을 섭취한 것과 똑같은 효과가 일어날 수 있습니다.(부동액의 ethylene glycol이 oxalate로 산화)

수용성인 oxalate가 Ca2+와 결합하면 불용성 앙금이 생성됩니다.

그 결과 혈액 내의 이온형 Ca2+ 고갈되어 hypocalcemia가 나타나고 hyperkalemia가 뒤따릅니다.

 

수산염 중독 증상은 다음과 같습니다.

Hypocalcemia에 의한 근육 경련

Hyperkalemia에 의한 polyuria, 저비중뇨, 심장 마비

신장에서 crystal 형성 -> tubule block, necrosis

돼지 흉골횡와

Perirenal edema

 

반추동물의 1위에서 불용성 수산염이 생성될 경우 

불용성 수산염은 GI에서 흡수 잘 안되기 때문에 비교적 안전합니다.

치료제는 Aldosterone입니다. Hyperkalemia를 치료할 수 있기 때문입니다.

 

Gallotannin(Gallic acid)

변비, 출혈, 다뇨, 저장뇨, 탈수를 일으킵니다.

 

간독성 독소

Amanitin

Amanitin은 유전독성 문서에서 다루었던 버섯독입니다.

DNA의 G와 결합하여 RNA 중합효소의 작용을 억제하고 그 결과 동물이 단백질 합성 및 전사를 할 수 없게 됩니다.

 

특이한 점은 Amanitin에 의해 단백질 합성이 억제되면 간에서 알코올 대사가 일어나지 못하기 때문에일부러 알코올 과민증을 유도할 때 쓰는 약물이기도 하다는 겁니다.(!)

amanitin을 약으로 사용하면 숙취가 너무나도 심하기 때문에 알코올 중독증을 치료하는 약으로 쓰이는 것이죠.

광대버섯은 muscarine성 신경독, Amanitin, Phallotoxin을 생산합니다.

Muscarine성 신경독은 마비를 일으키고

Amanitin은 단백질 합성을 억제하고

Phallotoxin은 근육 세포 내 actin과 결합하여 근육의 기능을 억제하는 물질입니다.

Cycasin, Macrozamia

소철나무 씨앗에서도 간독성 독소가 발견됩니다.

 

생식독성 식물

면실박 Gossypol

면실박의 Polyphenolic aldehyde는 Dehydrogenase inhibitor(탈수효소 억제제)입니다.

항암제, 항말라리아제 등으로 연구 중인 물질이라네요.

 

독성 기전은 이렇습니다.

calmodulin과 결합하여 세포질 내부 칼슘 이온 농도 저하 -> Calcineurin 억제

저칼륨혈증 유도 -> 일시적인 마비

반추동물은 저항성 있으나, 돼지나 가금류는 민감합니다.

불임, 심장 독성, 간 손상을 일으킬 수 있고

흉강과 복강에 체액(복수, 흉수)이 찰 수 있습니다.

맥각 Ergot

맥각은 Ergotamine, ergonovine 등의 알칼로이드를 생성합니다.

Ergotamine은 자궁 평활근을 수축시키고 혈관 수축시킵니다.

혈관 수축에 의해 혈압이 증가하거나 괴사가 일어납니다.

임신 말기에 자궁 수축을 유도하는 약물로 사용하기도 합니다.

또한 CNS에서 도파민 유사작용을 하기 때문에 prolactin 저해하여 젖 생산을 억제하는 작용도 가지고 있습니다.

 

신경독성 식물

Grayanotoxin(Andromedotoxin)

월계수, 철쭉, 진달래의 꽃꿀에서 발견되는 물질입니다.

Na+ channel에 결합하여 Na+ 이온을 세포질 내부로 유입시키고

그에 뒤따라 Ca2+가 유입됩니다.

이온 밸런스를 무너뜨려 신경 독성을 일으키기도 하고

강심배당체와 유사한 효과가 일어나기 때문에 심장 독성을 일으키기도 하는 물질입니다.

감자독 solanin

Solanin은 가지속 까마종, 감자에서 발견됩니다.

항콜린성 작용과 콜린성 작용을 나타낼 수 있습니다.

신경이 흥분할 수도 있고, 마비될 수도 있습니다.

Atropine, scopolamine, hyoscinamine

Belladonna, 독말풀, 미치광이풀에서 발견됩니다.

부교감신경을 억제하여 환각, 산동, 변비, 서맥, 우울증을 일으킵니다.

 

소화기독성 식물

Urtica 쐐기풀

구강 점막 염증, 부종을 일으킵니다.

샤프란 Colchicum

Colchicine이라는 독성 물질이 물질 대사와 세포 분열을 억제합니다.

 

심장독성 식물

Grayanotoxin(Andromedotoxin)

앞에서(신경독성 식물) 설명드렸습니다.

Digitalis와 유사한 효과를 나타냅니다.

서맥, 혈관 확장, 그리고 그에 따르는 저혈압을 일으킵니다.

Bradycardia(서맥)는 atropine으로 치료하고

Arrhythmia(부정맥)은 Phenytoin으로 치료합니다.

Digitalis

심근의 전기 전도를 차단하는 물질입니다.

부자, 박주가리, 개정향풀, 은방울꽃, 디기탈리스, 협죽도에서 발견됩니다.

사약에 들어갔던 식물들이지요.

 

근육 독성 식물

Coniine

Lobeline

파충류, 양서류의 독소

 

살모사 독소

살모사의 독소는 여러 독소의 혼합물cocktail입니다.

 

아래의 물질들이 혼합되어있습니다.

Hyaluronidase => 독의 조직 침투(mucopolysaccharide의 glucoside 결합 분해)

Collagenase => 조직의 collagen 파괴로 독의 조직 침투

Phospholipase A => phospholipid 가수분해, myofibril 조직 파괴

Ribonuclease => 핵산 파괴

Procoagulant => 혈액 응고

Anticoagulant => 응고 억제

Cardiotoxin => 심근 억제 => 저혈압 => 사망

Kallikrein-like activity, metalloproteinase => 국소 통증, 조직 괴사, 저혈압

Neurotoxin => 마비

 

 

치료는 뱀독 항원에 대한 다클론항체를 투여합니다.(antivenin)

Diphenhydramine를 투여하여 불안을 감소시키고

기도 수축이 과도한 경우 기도 확보를 위해 corticosteroid를 투여합니다.

 

두꺼비 독소

Bufagin

강심배당체 Cardiac glycoside와 유사한 작용이 있는 물질로 심실세동, 고혈압을 일으킵니다.

Bufotoxin

Bufagin + arginine

Bufotenine

Oxytocin과 유사한 작용으로 혈관을 수축시킵니다.

 

즉, 두꺼비 독소 중독증의 경우 고혈압 + 혈관 수축으로 인해 사망하거나 심장의 기능이 상실됩니다.

 

화살개구리 독소

Batrachotoxin

Alkaloid로, 그 증상이 매우 심각합니다.

아마존 원주민들이 화살개구리 독소를 이용해서 동물을 사냥하는 것을 보셨을 겁니다.

조개(패류), 어류의 독소

 

패류독

조개(패류)가 유독성 플랑크톤 섭취하여 조개의 체내에 독소 축적됩니다.

이를 패류독이라 합니다.

마비성 패류독 PSP : Saxitoxin

Saxitoxin은 안정된 물질이기 때문에 냉장, 동결, 가열 처리로 파괴되지 않습니다.

Saxitoxin은 신경의 Na+ 전도를 차단하여 신경-근육 접합부가 작동하지 못하게 합니다.

그 결과 발생하는 마비의 효과는 cocaine의 10만배 이상입니다.

심장, 혈관, 호흡근의 마비로 인해 사망에 이르고

저용량 시 근육과 신경의 전기 전도, 전위를 교란시킵니다.

마비 순서는 신경 마비, 입술 마비, 호흡 마비 순입니다.

따라서 조개를 먹고 입술이 얼얼하다면 즉시 병원에 가셔야 합니다.

설사성 패류독 DSP : Okadic acid

 

신경성 패류독 NSP : Brevetoxin BTX

 

어류독

Ciguatoxin

Ciguatoxin, Maitotoxin, Scaritoxin

Acetylcholine esterase를 억제하는 어류독입니다. (특히 고양이가 민감함)

세포 밖 Ca2+가 세포 내로 유입(ion pore 형성)되어 칼슘이온에 의한 지질 과산화가 일어납니다

세포막 인지질이 산화되어 세포가 터집니다.

 

Tetrodotoxin 복어독

1. Na+ channel 억제 => 신경 전기 전도 block
2. Na+축적에 의해 혈관 수축

이 2가지 메커니즘에 의해 사망합니다.

Na+ 이온이 축적되면 심장의 전기 전도가 억제되고

혈관 수축에 의해 저혈압이 발생하기 때문입니다.

또한 Na+ 이온 축적에 따른 호흡근 마비로 인한 저산소증으로 인해 사망합니다.

해독제가 없는 독소입니다.

 

지느러미 가시의 독소 Toxin of Venomous spine(pectoral, dorsal, pelvic, anal)

다양한 단백질, 비단백질 독소가 존재합니다.

극렬한 고통, 부종, 타박상 비슷하게 조직의 색깔이 변화하고, 수포가 형성됩니다.

맥주 마시면 오줌 많이 나오는 이유

맥주 마시면 오줌 많이 나오는 이유

맥주를 마시다보면 불편함이 있습니다. 바로 화장실에 자주 가게 된다는 겁니다.

맥주를 마시면 왜 화장실에 자주 가게 될까요? 이 질문에 대한 답을 하기 위해서는

오줌이 생성되는 원리를 알아야 합니다.

단백질의 구조를 아미노산 전자 분포의 관점으로 이해하기

단백질의 구조 Structures of proteins

 

 

생명체가 기능하기 위해서 필수적인 물질이 있습니다. 그 중 하나는 단백질입니다. 오늘의 주제는 단백질의 구조입니다.

1. 단백질이란?

단백질이란 대체 뭘까요? 

저는 일단 단백질을 아미노산 중합체라고 얘기하고 싶습니다. 아미노산 중합체를 이해하기 위해선 우선 중합체가 뭔지 알아야 합니다.

중합체는 단위체가 반복되어 연결된 고분자입니다. 이 그림 상에서 탄소와 수소가 연결된 단위체가 반복되어 연결되어있지요. 이런걸 중합체라고 합니다. 

 

아미노산이 반복되어 연결된 고분자를 아미노산 중합체라고 합니다. 그럼 아미노산을 알아야 단백질을 이해할 수 있을 겁니다.

1-1 아미노산 고분자

아미노산은 이렇게 생긴 분자입니다.

중앙에 중심탄소를 두고 아미노기(-NH2), 카복실기(-COOH), 곁사슬(R)이 중심 탄소에 연결된 구조이지요.

곁사슬은 20가지 종류가 있습니다. 곁사슬이 무엇인지에 따라 어떤 아미노산인지가 결정되지요. 각각의 곁사슬은 전자 분포가 다르게 생겼고, 이게 매우 중요합니다.

전하가 있는 극성 아미노산은 곁사슬에 전자가 하나 많거나 부족합니다. 이런 아미노산은 전자를 하나 주거나, 하나 빼앗는 반응을 할 수 있죠. 전하가 없지만 극성인 아미노산은 곁사슬에 NH2, 혹은 OH기가 풍부하기 때문에 부분적으로 전하를 띠고 있습니다. 물과 수소결합이 잘 일어납니다. 비극성 아미노산은 탄화수소로 주로 구성되기 때문에 비극성입니다. 물 분자와 끌어당기는 힘이 부족하죠. 그리고 어느 분류에도 해당하지 않는 기타 아미노산까지 총 20가지 아미노산의 곁사슬이 있고, 단백질은 이 20가지 아미노산이 조합되어 연결된 고분자입니다. 

 그 중합체를 간단히 표현하자면 이렇게 되겠지요. R1, R2, R3, R4는 각각의 아미노산의 곁사슬입니다. 곁사슬에 따라 어떤 아미노산인지가 결정되겠지요. 이런 구조를 peptide chain이라고 부릅니다.

 

1-2 Peptide Chain

Peptide chain은 20가지 아미노산의 다양한 조합과 배열로 다양한 구조를 나타낼 수 있습니다. 

만약 이렇게 인접한 아미노산들끼리 전자 밀도가 높고 낮은 부분이 교차한다면 어떻게 될까요? 전하가 반대인 부분끼리는 공간적으로 더 가까워져야 에너지가 낮은 상태에 있습니다. 모든 물질은 에너지가 낮은 방향으로 자발적으로 이동하지요.

그 결과 이런 식으로 사슬이 변형될 겁니다. 이런 방식으로 서로 가까워진 아미노산 중합체를 알파나선이라고 합니다.

반면, 연속된 아미노산의 전하가 교차되어 연결된 peptide chain이 있다고 해봅시다. 에너지가 낮은 상태로 가기 위해서 이 peptide chain은 접히는게 유리하겠지요. 이런 방식으로 생기는 단백질의 구조를 베타 판이라고 부릅니다.

단백질은 peptide chain이 아미노산 전자 분포에 따라 꼬이거나 접힌 구조입니다.

2. 단백질 구조에 영향을 미치는 다른 분자들

그럼 아미노산 배열의 전자 분포에 따라 가장 에너지가 낮은 형태로 단백질의 구조가 결정된다고 생각할 수도 있습니다. 그건 틀렸습니다. 왜냐면 단백질은 다른 분자들과도 상호작용하기 때문입니다.

2-1 물

단백질은 거의 항상 물 속에 있죠. 극성 아미노산은 물과 수소결합을 할 수 있기 때문에 전기적으로 물과 친하고, 비극성 아미노산은 전기적으로 물과 친하지 않습니다. 따라서 어떤 아미노산 배열은 물 속에서 극성 부분은 물과 접하는 바깥쪽 방향을 향하고, 비극성 부분은 물과 접하지 않는 안쪽 방향으로 꼬입니다. 

2-2 세포막 지질

어떤 단백질들은 지용성 부분이 인지질인 세포막 속에 들어가고 수용성 부분이 물 속에 녹아있습니다. 이렇게 세포막에 박혀서 세포 안과 밖의 물질과 상호작용하는 단백질을 막단백질이라고 합니다.

 2-3 다른 Peptide Chain들

여러 peptide chain들 끼리 상호작용하면서 단백질을 구성하기도 합니다. 산소를 운반하는 헤모글로빈은 4개의 peptide chain이 결합한 구조입니다. 생체 구조물끼리 결합시켜주는 단백질인 콜라젠은 알파나선 3가닥이 꼬여 만들어진 삼중나선 구조입니다. 밧줄 같은 구조의 콜라젠은 그 기능도 밧줄과 같습니다.

이렇듯, 단백질의 기능은 그 구조에 의해 결정됩니다.

3. 단백질의 구조는 기능을 결정한다

헤모글로빈은 적혈구 속에 있는 단백질입니다. 헤모글로빈은 산소와 결합해서 산소를 운반합니다. 실제로 헤모글로빈의 사슬은 헴을 붙잡고 있는 구조이고, 헴 내부의 2가 철 이온은 산소와 결합합니다. 

헴을 붙잡을 수 있는 구조가 되기 위해서 유리한 전자분포를 헤모글로빈 단백질은 띠고 있지요.

이런 사슬 4개가 모여서 헤모글로빈을 이룹니다. 적혈구 내부에 존재하면서 산소를 빠르고 효율적으로 운반하기 위해서 원자 9000개가 넘는 구조가 필요한 것이지요.

요약하자면

단백질의 구조와 기능은 전자 분포가 결정합니다.

단백질은 전자 분포에 따라 다양한 분자들과 상호작용하며 그 구조가 만들어지고,
다른 분자들과 상호작용하는 기능이 생깁니다.

아드레날린, 에피네프린 이해하기

 

 Adrenaline

Epinephrine

싸우거나 도망가거나, 오늘의 주제 아드레날린입니다.

 

효소 이해하기

 

 

생명체가 기능을 유지하기 위해서 심장은 정확한 리듬에 맞춰서 수축해야하고

삼투압을 유지하기 위해 염분 농도가 일정해야 하며

시간 당 일정한 에너지를 열로 전환해야 합니다

생명 유지를 위한 이 모든 화학 반응의 조절자, 효소를 이해해봅시다

발암물질의 유형과 원리 이해하기

 Carcinogens

발암물질의 유형

화학발암물질, 환경오염물질, 항암제, 곰팡이 독소, 바이러스 감염 등이 암을 유발할 수 있습니다. 이들의 유형을 분류해보고 이들이 어떻게 암을 발생시키는지 그 원리를 이해해봅시다.

유기 화합물

여러고리 방향 탄화수소(PAH)

 Polycyclic aromatic hydrocarbon(PAH)는 이름 그대로 고리가 여러개인 탄화수소입니다. 이들은 특유의 향이 나기 때문에 aromatic(방향) 물질이라고 합니다.

Benzopyrene, 숯검댕, 타르, 엔진 배기가스, 담배연기, 탄 고기 등이 PAH에 속합니다. 

PAH는 cP450라는 촉매에 의해 대사됩니다. 대사가 되면 PAH는 epoxide기를 갖게 되지요. 

아래 사진에서 보실 수 있듯, epoxide는 DNA와 직접 결합할 수 있습니다. DNA와 epoxide가 결합하면 DNA의 구조가 변합니다. DNA의 이상이 올바로 수정되지 못한다면 세포에 이상이 생기고, 결국 암세포가 되지요.

PAH는 흡수되는 장기(위장관계)보다는 epoxide로 대사된 장기에서 암을 일으킵니다. Epoxide로 대사되어야 암을 일으키기 때문입니다. PAH를 epoxide로 대사하는데에 cP450이 필요하기 때문에 cP450이 존재하는 간이 특히 여러고리 방향 탄화수소에 취약합니다.

따라서 나프탈렌, 숯검댕, 타르, 엔진 배기가스, 담배연기, 탄 고기, 벤조피렌 등은 간암을 유발하는 발암물질입니다.

자연 발암물질 Aflatoxin, 고사리 독소

곰팡이의 독소인 aflatoxin, black fern 고사리 독소 등이 잘 알려져있는 자연 발암물질입니다. Aflatoxin B1은 대사를 통해 epoxide를 달게 됩니다. 에폭시화된 aflatoxin B1은 DNA의 guanine과 결합할 수 있지요. 

PAH와 마찬가지의 원리로 간암을 일으키는 물질입니다.

방향성 아민(aromatic amine)

2-acetylaminofluorene, 2-naphthylamine 등이 방향성 아민입니다.

방향성 아민은 그 자체로 발암물질입니다. 혈액을 따라 전신을 순환하다 오줌으로 배출되는데요, 오줌이 저장되는 방광이 특히 취약합니다. 

따라서 방향성 아민은 방광암을 일으키는 직접적인 원인입니다.

Nitrosamine, nitrosourea

질산염과 아민의 결합으로 발생하는 물질입니다. 

특히 dimethyl-nitrosamine은 베이컨이나 햄의 발색제, 보존제로 흔하게 쓰이는 물질이지요. 보통의 고기는 붉은색이지만 고기를 구우면 산화되어 갈색으로 변합니다. Nitrosamine은 미리 햄이나 베이컨과 결합하여 변색을 일으키는 화학 반응이 일어나지 못하게 합니다. 뿐만아니라, 미생물에 의한 산화를 막기 때문에 보존제의 역할도 하고 있습니다.

Nitrosamine이 cP450에 의해 대사된 물질은 DNA의 Guanine에 결합합니다. cP450이 존재하는 간에서 이런 화학 반응이 많이 일어납니다.

따라서 Nitrosamine 역시 간암을 일으키는 것으로 밝혀져 있습니다.

알킬화제(Alkylating agents)

Cyclophosphamide, chlorambucil, busulfan, melpharan 등 많은 항암제가 여기에 속합니다. 항암제인 동시에 발암물질인 것이지요.

알킬화제는 직접 DNA를 알킬화(메틸화, 에틸화 등)시키기 때문에 DNA를 변형시킵니다.

즉, 적정 농도 이상으로 알킬화제를 복용하면 발암물질입니다.

금속

비소, 카드뮴, 크로뮴, 니켈 등이 인체 발암물질입니다. 동물에서는 베릴륨, 코발트, 납, 티타늄, 아연 등이 추가적으로 발암성이 확인되었습니다. 금속에 대해 더 자세한 내용은 금속의 독성 편에서 다루었으니, 아래 링크 참고해주시면 되겠습니다.

https://understandvmedicine.blogspot.com/2021/10/blog-post.html
금속의 독성

방사선

세포 내의 염색체가 방사선을 흡수하면 DNA의 전자가 이동합니다. 그 결과 공유결합으로 연결되어있던 DNA가 분리됩니다. 분리된 DNA가 랜덤하게 새로 결합하면 변이세포가 됩니다. 이 변이 세포들 중 일부는 암세포가 될 수 있기 때문에 방사선 역시 강력한 발암 물질입니다.

바이러스

DNA 바이러스 중 papillomavirus, herpesvirus, hepatitis B virus 등은 발암성이 있습니다.
RNA 바이러스 중 retroviridae과 바이러스가 발암성이 있습니다.

특히 retrovirus는 증식하는 기전 자체가 동물 세포의 DNA 속에 자신의 유전 물질을 끼워넣는 것이기 때문에 DNA가 변형될 수밖에 없습니다. 백혈병 등 혈액암을 일으키는 것으로 유명합니다.

기타 발암 물질들

만성적 자극, 기생충, 호르몬, 태아 잔유물 등 역시 암을 유발할 수 있습니다. 세포가 기생충, 가스, 호르몬 등에 의해 지속적으로 스트레스를 받으면 어쩔 수 없이 세포가 노화되기 때문입니다. 세포를 일종의 기계라고 생각하면 이해하시기 편합니다. 기계에 과부하가 걸리면 언젠가는 고장이 나게 마련입니다. 세포가 고장나서 사멸하면 그만이지만, 일부는 암세포가 되기 때문에 문제가 발생합니다.