'물(water)'에 대하여

목차

2. 물(water)
2.1 물의 약한 상호작용
2.2 물, 약산, 약염기의 이온화
2.3 생체시스템에서의 pH변화에 대한 완충작용
2.4 반응물로서의 물
2.5 유기체에 대한 물의 적합성

본문내용

용기 가진 아미노산을 많이 함유한다. 이는 효과적인 완충작용을 나타낸다.
생물학적으로 인산염 완충계와 중탄산염 완충계는 특히 중요하다. 인산염 완충계는 모든 세포의 세포질에서 작용한다.
+
인산염 완충계는 pH5.9 ~ 7.9 의 범위에서 완충효과를 나타낸다.
혈장에서는 주로 중탄산염 완충계가 작용한다.
+
이 완충계는 다음과 같은 가역반응들이 존재하므로 다른 완충계보다 복잡하다.
(d) +
(g) (d)
중탄산염 완충계의 pH는 [(l)]와 [(g)]에 의해서 결정된다.
당뇨병을 방치하면 치명적인 산증(acidosis)을 유발한다
사람의 혈장은 일반적으로 pH 7.35~7.45의 범위를 가지며 대부분의 효소는 이 범위에서 최대의 활성을 나타낸다. 효소는 최대 활성을 나타내는 고유의 pH를 갖는데 이를 최적 pH (pH optimum)이라고 한다. pH가 약간만 변하더라도 효소활성은 크게 변하므로 효소촉매반응의 속도에 크게 영향을 미친다. 따라서 세포내 pH를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
치료하지 않은 당뇨병에 걸린 환자는 혈액에서 당을 흡수하지 못하므로 지방산을 1차 에너지로 소비하게 된다. 이로 인해 카르복시산이 고농도로 축적되는데, 카르복시산이 용해되면 pH를 7.35 이하로 떨어뜨려 산증(acidosis)을 유발한다. pH가 낮아지면 효소가 제 기능을 발휘하지 못하므로 두통, 졸음, 멀미, 구토, 설사 등의 증세를 나타내며 심한 경우 마비, 혼수상태, 경련을 일으키기도 한다.
다른 이유로 산증이 유발되기도 한다. 단식이나 굶주림은 저장된 지방산을 소비하게 하고 당뇨와 같은 결과를 나타낸다. 단거리 육상이나 싸이클과 같은 격렬한 운동은 일시적으로 체내에 유기산을 축적한다. 신장장애는 중탄산염 농도를 조절하는 능력을 감소시킨다. 폐질환(폐기종, 폐렴, 천식)은 산화반응의 부산물인 를 처리하는 능력을 감소시켜서 의 축적을 가져온다. 산증은 근원적인 질환을 치료함으로써 해결할 수 있다. 또 중탄산염 용액을 정맥주사하여 치료하기도 한다.
2.4 반응물로서의 물
물은 대사활동의 용매이면서 동시에 가수분해반응, 축합반응, 산화-환원반응 등의 많은 생화학적 과정에서 반응물로서 작용한다.
ADP와 무기인으로부터 ATP가 생성되는 반응은 물이 제거되는 축합반응이다. 반대로 물의 첨가에 의한 분해반응은 가수분해반응이다. 가수분해반응은 단백질, 당질, 핵산 등의 효소에 의한 탈중합반응이다. 가수분해반응은 hydrolase 라고 부르는 효소에 의하여 촉진되며, 이 반응은 대부분 자유에너지가 감소하는(exergonic) 반응이다. 가수분해의 역반응(축합반응)은 자유에너지가 증가하는(endergonic) 반응이므로 비자발적이다. 축합반응(endergonic)은 ATP분해반응(exergonic)과 함께 일어남으로써 열역학적인 장애를 극복한다.
물과 는 당과 같은 연료의 산화에 의한 최종 산물이다. 이와 같은 대사성 물은 건조한 곳에서 서식하는 동물(모래쥐, 캥거루 쥐, 낙타)들이 물을 마시지 않고도 오래 살 수 있도록 한다.
당의 산화에 의해 생성된 는 적혈구에서 carbonic anhydrase에 의해 더욱 수용성인 로 변한다. 이 반응에서 물은 반응물로서 작용할 뿐만 아니라 proton hopping이 일어날 수 있도록 network를 형성하기도 한다.
녹색 식물과 조류는 태양광선의 에너지를 이용해서 광합성하여 물을 분해한다. 이 반응에서 물은 모든 생물의 기본이 되는 산화-환원반응의 전자 공여체로서 작용한다.
2.5 유기체에 대한 물의 적합성
유기체는 물의 독특한 특성을 이용하여 환경에 효율적으로 적응하고 진화해왔다.
물의 높은 비열은 외부온도의 변화로부터 체내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 ‘heat buffer'의 역할을 한다. 어떤 척추동물들은 물의 증발열이 높은 점을 이용해 땀을 내어 과잉의 열을 제거하기도 한다. 물(liquid)은 점착성이 높아서 식물뿌리로부터 잎까지 골고루 영양분이 공급될 수 있도록 전달한다. 얼음(ice)가 물(liquid water)보다 밀도가 높다는 사실은 생태계에 매우 중요한데, 호수의 물이 표면부터 얼기 시작하면 외부의 차가운 공기를 차단하여 수중 생물들이 살아갈 수 있도록 도와준다. 무엇보다도 단백질이나 핵산과 같은 고분자의 물리적, 생물학적 특징은 주위를 둘러싼 물과의 상호작용에 의해 나타난다.
물은 생물의 진화에 결정적인 역할을 해왔다. 만약 물이 없었다면, 생물은 지금과는 전혀 다른 형태로 진화했을 것이다.

키워드

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