이 글은 학습 참고용 답안이며, 공식 정답이나 실제 채점 기준을 뜻하지 않습니다.
1. 문제
지방산에 방사선을 조사하였을 때 일어나는 현상을 간단하게 설명하시오.
산소가 있는 조건에서 불포화지방산의 라디칼 반응이 지질 과산화로 이어지는 과정을 설명하면 된다. 공기 중 리놀레산 수용액에 γ선을 조사한 연구에서는 하이드로퍼옥사이드 생성이 확인되었다. Hauville 등의 원저 초록
2. 모범답안
① 방사선 조사로 생긴 •OH 등의 라디칼이 불포화지방산에서 수소를 떼어 내면 지질 라디칼 L•이 생성될 수 있다. 지방산 미셀을 조사한 실험에서는 •OH 제거제를 넣었을 때 과산화가 억제되었다. Yau와 Mencl의 원저 초록
② L•은 산소와 반응하여 지질 퍼옥실 라디칼 LOO•을 만든다. LOO•은 다른 지질 LH에서 수소를 떼어 내어 지질 하이드로퍼옥사이드 LOOH와 새로운 L•을 생성한다. 새 라디칼이 같은 반응을 반복하면서 주변 지질로 산화가 전파된다. 라디칼끼리 반응하여 전파에 참여하는 라디칼이 소멸하면 연쇄반응이 종결될 수 있다. Koch 등의 원저: 연쇄 산화와 종결
③ 이러한 지질 과산화는 막지질의 조성과 막 투과성에 영향을 줄 수 있다. 반응 정도는 산소, 지질의 상태와 조사 조건 등에 따라 달라진다. Nakazawa 등의 원저 초록
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 개시: 지방산에서 라디칼이 생긴다
지방산을 포함한 지질을 LH로 표시하면, •OH에 의한 대표적인 수소 제거 반응은 다음과 같다.
LH + •OH → L• + H₂O
LH는 수소를 제공하는 지질, L•은 그 수소가 제거되어 생긴 지질 라디칼이다. 점 ‘•’은 짝짓지 않은 전자를 가진 라디칼임을 나타낸다. •OH의 관여는 지방산 미셀의 과산화를 •OH 제거제가 억제한 실험에서도 뒷받침된다. Yau와 Mencl의 원저 초록
다만 수소 제거가 유일한 경로는 아니다. 산소가 없는 리놀레산 수용액의 펄스 방사선분해 연구에서는 •OH 부가 생성물과 알릴·다이엔일 라디칼도 관찰되었다. 따라서 위 식은 과산화 연쇄반응을 설명하기 위한 대표 경로로 이해한다. Heijman 등의 원저 초록
3.2. 전파: 산소 부가 뒤 새로운 라디칼이 만들어진다
산소가 있을 때의 대표적인 전파 반응은 다음 두 식으로 나타낸다.
L• + O₂ → LOO•
LOO• + LH → LOOH + L•
첫 번째는 산소 부가, 두 번째는 다른 지질에서의 수소 제거다. 두 번째 반응에서 다시 생긴 L•이 산소와 반응하므로 연쇄가 이어진다. 처음 방사선의 영향을 받은 분자 하나에서 변화가 끝나지 않을 수 있다는 뜻이다. Koch 등의 원저: 지질 연쇄 산화의 반응 경로
LOO•은 라디칼이고, LOOH는 지질 하이드로퍼옥사이드라는 비라디칼 생성물이다. LOOH를 과산화수소 H₂O₂와 혼동해서는 안 된다. 실제로 리놀레산 조사 실험에서 검출된 것은 지방산 유래 하이드로퍼옥사이드였으며, 주요 생성물은 미셀 형성 여부에 따라서도 달랐다. Hauville 등의 원저 초록
3.3. 종결과 막의 변화
라디칼끼리 반응하여 전파에 필요한 라디칼이 사라지면 연쇄가 종결될 수 있다. 따라서 산소가 있다는 이유만으로 반응이 무한히 지속되는 것은 아니다. Koch 등의 원저: 라디칼 재결합에 의한 종결
막의 변화는 실험 조건과 함께 읽어야 한다. 클로로폼 속에서 γ선을 조사한 대두 레시틴으로 리포솜을 만든 연구에서는 지방산 조성의 변화와 함께 조사선량에 따른 포도당 유출 증가가 관찰되었다. 이는 지질 과산화와 막 투과성 변화의 관련성을 보여 주는 모델 실험이다. 사람의 특정 피폭선량에서 나타날 증상이나 장해 확률을 산출한 결과는 아니다. Nakazawa 등의 원저 초록
3.4. 공명과 연쇄반응을 구별한다
공명은 한 분자나 라디칼의 전자구조를 여러 기여구조로 표현하는 개념이다. 서로 다른 구조의 분자가 시간에 따라 번갈아 생긴다는 뜻이 아니다. 전자의 비편재화를 설명하는 공명과, 실제 화학종이 변하는 개시·전파·종결 반응을 구별한다. IUPAC Gold Book: 공명
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