조선시대 때 사약으로 내렸던 비소랑 세포호흡은 어떻게 관련이 있는 것인가요?
안녕하세요. 조선시대 때 사약으로 내렸던 비소가 세포 호흡을 차단한다고 알고 있는데 어떠한 메커니즘으로 작용하는 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
비소는 세포호흡의 핵심 대사경로를 두가지 방식으로 방해합니다.
먼저 비소는 피부르산 탈수효소와같은 리포산 작용기에 결합해서 TCA회로를 차단하게됩니다.
즉 아세틸 CoA가 형성되지못하여 NADH생산이 억제되기때문에 에너지 대사회로가 끊기는것이죠
두번째로 비산염은 인산을 모방해서 기질수준으로 인산화 단계에서 잘못 끼어들고 ATP대신 불안전한 중간체를 만들어냅니다. 바로 가수분해되게만들어서 에너지 생산을 무력화시킵니다.
정리하면 전자전달계로전달할 환원력이 줄어들고, ATP합성이 차단되어서 세포호흡 전체가 붕괴하게됩니다.
감사합니다.
사실 비소는 인과 화학적 성질이 매우 유사합니다.
우리 몸의 세포는 ATP를 만들기 위해 인산을 사용하는데, 비소가 체내로 들어오면 인산과 경쟁하여 그 자리를 대신하게 됩니다. 이렇게 비소가 인산 대신 ATP에 결합하면 비소산염화라는 현상이 발생합니다. 비소산염화로 만들어진 비소-ATP는 매우 불안정해 쉽게 분해됩니다. 이 때문에 비소가 인산의 역할을 제대로 수행하지 못하고, 세포는 에너지를 만들지 못하게 됩니다.
결과적으로, 에너지가 고갈된 세포는 기능을 멈추고 괴사하게 됩니다. 특히 에너지를 많이 사용하는 심장이나 신장, 뇌 등의 중요 장기 세포가 먼저 손상되어 다발성 장기 부전으로 사망에 이르게 되는 것입니다.
비소는 주로 미토콘드리아의 세포 호흡 과정을 방해하여 독성을 나타냅니다. 특히 비소는 세포 호흡 과정에 관여하는 여러 효소의 시스테인 잔기와 결합하여 그 기능을 억제합니다. 비소는 피루브산 탈수소효소 복합체와 같은 효소에 결합하여 TCA 회로를 차단하고, 산화적 인산화 과정에도 영향을 미쳐 ATP 생산을 저해함으로써 세포에 필요한 에너지 공급을 중단시킵니다. 결과적으로 세포는 기능을 상실하고 죽게 됩니다.
안녕하세요.
네, 질문해주신 것과 같이 조선시대 때 사용된 사약에는 비소(As, arsenic) 성분이 포함된 경우가 많았는데, 이 비소는 단순 독극물이 아니라 세포 호흡을 차단하는 방식으로 생명을 위협하게 되는 것입니다. 비소는 세포 내의 대사 효소에 결합하여 에너지 생성 경로(ATP 합성)를 방해하는데요, 비소(특히 3가 비소, As³⁺ = 아르세나이트)는 황화기(-SH)를 가지는 효소 단백질의 티올기와 강하게 결합합니다. 피루브산 탈수소효소(PDH), 알파-케토글루타르산 탈수소효소 등의 효소에서 작용이 억제되면 피루브산으로부터 Acetyl-CoA 전환이 막혀서 TCA 회로(시트르산 회로)에 들어갈 수 없습니다. 이는 세포 호흡의 중심인 TCA 회로 자체가 차단되는 것입니다. 또한 비소는 무기 인산(Pi)과 유사한 화학적 성질을 갖는데요, 해당과정(glycolysis)에서 글리세르알데하이드-3-인산 탈수소효소(GAPDH) 반응 시, 정상적으로는 1,3-비스포스포글리세르산이 형성됩니다. 그런데 비소(AsO₄³⁻)가 대신 끼어들어 1-아르세노-3-포스포글리세르산을 만들게 되고, 이 화합물은 매우 불안정해서 곧바로 가수분해되어 ATP 합성이 일어나지 않습니다. 감사합니다.