사람은 왜 늙을까? 우리를 늙게 만드는 체내 화학반응은 무엇이며, 어떻게 하면 이 반응을 정지시키거나 느리게 할까? 노화현상을 설명하는 이론은 여러 가지가 있지만 가장 일반적으로 받아들여지고 있는 것은 1956년 데넘 하먼이 제안한 자유 라디칼 이론이다.하먼에 의하면 시간이 지남에 따라 생물학적 기능에 변화가 생기는 주원인은 자유 라디칼 반응을 통한 세포 손상의 축적에 있다. 실제로 노화가 진행되는 동안 산화에 의해 손상된 단백질, 지질, DNA 등이 체내에 축적된다는 것이 밝혀졌다. 나이가 들어감에 따라 단백질에 카르보닐의 양이 증가하고 산화된 메티오닌, 단백질의 소수성, 단백질의 다리결합도가 늘어나는데 이러한 것들이 산화가 수반되는 자유 라디칼 반응의 결과물인 것이다. 또한 이들의 생성량은 세포 내 미토콘드리아에서 과산화 라디칼의 생성량이 나이와 함께 증가하는 현상과 비례한다. 과산화 라디칼은 산화력이 매우 큰 화학종인데, 이 반응성이 큰 산소종(ROS)이 체내에서 생기지 못하게 하거나 아니면 ROS가 시작하는 라디칼 반응을 줄이거나 차단해서, 노화를 느리게 하거나 수명을 연장하려는 노력이 많이 경주되고 있다.



이에 대한 화학적 접근법은 비교적 간단하다. 사노하성 자유 라디칼 반응이 체내에서 잘 진행되지 않게 하는 항산화제를 섭취하는 것이다. 그렇다면 독성이 없고 쉽게 섭취할 수 있는 항산화제로는 무엇이 있을까? 바로 비타민 C와 E가 여기에 해당한다. 화학명으로 비타민 C는 아스코르브산, 비타민 E는 토코페롤이라 부르는데, 비타민 C는 신선한 야채와 과일에, 비타민 E는 식물성 기름 특히 맥아기름에 많이 들어 있다. 이 두 화합물은 화학구조상으로는 크게 다르지만, 생체 내에서 일어나는 산화성 자유 라디칼 반응의 주범인 과산화 라디칼이 세포나 생체기질을 손상시키기 전에 먼저 반응하여, 반응성이 매우 작고 독성이 없는 새로운 라디칼을 만드는 능력도 지니고 있다. 또 비타민 C는 수용성이 당의 유도체인 데 비해 비타민 E는 지용성으로 페놀의 유도체다.

비타민 C는 비타민 C가 일반 감기 예방에 좋다는 폴링 교수의 발표이후 소비가 급증했다. 이제 천연물에서 추출하지 않고도 인공합성에 의해 대량생산이 가능해진 비타민 C는 의사의 처방 없이도 건강식품으로서 쉽게 섭취할 수 있게 되었다. 물론 천연물에서 얻은 비타민C와 인공합성 비타민 C는 생리활성에서 조금도 차이가 없다.

비타민 E는 세포막이 이루는 지질 속에서 산화에 의한 세포막의 손상을 막아줄 뿐 아니라 세포막을 통한 여러 물질의 산화성 자유 라디칼 반응을 저지해 준다고 알려져 있다. 비타민 E의 이런 능력에 착안하여 캐나다 칼턴대학의 제임스 라이트 연구팀은 지난 2000년부터 이론 및 실험을 통해 활성이 큰 항산화제를 찾고 있다. 그들이 지금까지 찾은 화합물 구조를 보면 모두 천연비타민 E가 갖고 있는 페놀구조를 포함하고 있다. 이들의 아이디어는 비교적 단순한 것으로 퍼옥시 라디칼(ROO·)과 쉽게 반응하며 독성이 없는 화합물을 찾는 일이다. 결과는 기다려봐야겠지만 결국은 자연의 가르침을 이해하려는 노력에서 크게 벗어나지 못하고 있다는 느낌이다.

그러나 생물계에서 일어나는 현상을 분자(화학) 차원에서 이해하지 못하면 바이오테크의 발전은 암초에 걸리게 마련이다. 노화방지와 생명연장을위한 화학자들의 노력도 결국은 생명과학의 핵심이기 때문이다.

※ 본 내용은 `진정일의 교실밖 화학이야기`에서 일부 발췌 하였으며, 저자와의 협의를 거쳤음을 알려드립니다.