∆ 광합성이란 전자의 이동
광합성이 물과 이산화탄소로부터 전분과 산소를 만듭니다.
6H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2
식물은 엽록체에서 광합성을 하는데 여기에서 전자의 이동이 일어납니다.
2H2O + 빛에너지 → 4H+ + 4e- + O2
태양광의 에너지가 스스로 전자를 꺼냅니다. H는 수소원자로 양성자와 전자(e-)로 되어 있기 때문에 전자를 잃은 수소원자는 벌거벗은 양성자가 되는데 이것이 수소이온(H+)입니다. 양성자라고도 합니다.
태양의 에너지가 물을 산소와 양성자와 전자로 분해하는 것이 광합성의 시작입니다.
∆ 체내 발전
양성자라고 하는 것은 플러스의 전하를 띠고 전자라는 것이 마이너스의 전기를 가지는데 이 사실은 엽록체, 이른바 잎에 전류가 흐르고 있다는 것입니다.
우리 인간이라는 생명체에도 전기가 흐르고 있습니다. 그 증거로 하루에 약 10만 회나 고동을 치고 있는 심장이 움직이는 원리는 건전지의 10분의 1~100분의 1 정도의 전기가 흐르고 있기 때문입니다. 심전도라는 장치는 심장의 전류를 측정할 수 있고 심장의 전류가 끊어지면 고동이 멈추고 죽어 버립니다.
∆ 세포 내외의 체액
체내의 전기는 세포막의 양성자 구배에 의해 생기는 전위차가 양성자를 기전력으로서 만들어내고 있습니다 .
심장의 고동은 전기신호가 1회 발신하면 심장의 근육이 1회 수축하는 구조로 되어 있기 때문에 전기신호가 규칙적 고동의 리듬을 새기는 역할도 하고 있다고 말할 수 있습니다.
이러한 전기는 세포막의 전위차로 발생하는데, 세포는 막으로 둘러싸여 있고 세포내액과 세포외액은 성분이 다릅니다. 세포내액은 칼륨이온의 농도가 높고 세포외액은 나트륨이온의 농도가 높습니다. 이 상태라면 세포 내의 전위는 마이너스 70mV로 외부에 비하면 마이너스 80mV 정도로 유지되고 있는데 세포 내가 자극을 받으면 나트륨 채널이 열리고 나트륨이온이 세포 내에 들어옵니다. 그러면 막의 전기가 플러스로 올라갑니다. 그렇게 되면 이번에는 칼륨 채널이라는 것이 열리고 세포 내에 있던 칼륨이온이 세포 밖으로 나가고 그리고 세포 내부가 플러스 40mV가 되면 나트륨 이온의 유입이 멈추는 구조로 되어 있습니다. 이것이 세포가 자극을 받을 때 순식간에 이루어지고 있습니다.
여기까지 세포내액은 마이너스 70mV에서 플러스 40mV까지 상승했지만 전위가 높은 채로는 신호가 되지 않으므로 이번에는 정상상태로 돌아가기 위해 역동작을 합니다. 나트륨이온을 밖으로 내보내고 칼륨이온을 도입하는데, 이것을 수행하고 있는 것이 나트륨 펌프, 정식으로는 '나트륨-칼륨 ATPase'라고 불리는 효소로 이것이 세포막을 관통합니다. 이 나트륨 펌프라는 것은 ATP가 1분자 가수분해될 때마다 칼륨이온을 2개 펌핑하여 3개의 나트륨이온을 배출하는데 이것에 의해 세포가 자극을 받기 전의 상태가 되고 전위도 마이너스 70mV로 돌아갑니다. 이러한 신호의 전파가 정상적으로 행해지고 있으므로 신체도 두뇌도 기능합니다.
위와 같은 채널을 통과하는 흐름으로는 이온농도가 짙은 쪽에서 얇은 쪽으로 이동하는 성질이 있으며 이것을 수동수송이라고 하는 데, 이러한 성질에 따라 흐르는 분에는 에너지는 필요하지 않습니다. 상류에서 하류로 흐르는 것과 같습니다. 그러나 그 반대의 흐름에는 에너지가 필요합니다. 지금까지도 여러 번 나온 펌프라는 채널이 가동하는 에너지도 그중 하나입니다. 이것은 전기화학적 잠재력의 구배에 반대되는 능동수송이므로 에너지가 필요합니다. 이 이온의 움직임이 잘 작동하지 않으면 건강에 큰 영향을 미칩니다.
예를 들어 복어의 독은 나트륨 채널을 닫습니다. 반대로 전갈의 독은 나트륨 채널을 열린 상태를 유지합니다. 이로 인해 인간이 죽음에 이르기도 하는데 세포막 채널의 오작동이 미치는 영향을 잘 알 수 있습니다.
이러한 작용을 이용하여 약품이 만들어지고 있는데, 예를 들어 부정맥이나 협심증과 같은 심장병의 경우에는 칼슘 채널의 작용을 제어하여 세포 내에 칼슘이 유입되는 것을 막는 '칼슘 길항제'와 역으로 칼륨 채널 개구약이라는 것도 있습니다. 또 위약 중에는 '양성자 펌프 억제제'라는 것이 개발되어 위궤양은 자르지 않아도 치료할 수 있게 되었습니다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 人体の発電システムとその仕組み
http://mizukagaku.co.jp/blog/1788/#:~:text=%E3%81%93%E3%81%86%E3%81%97%E3%81%9F%E4%BD%93%E5%86%85%E3%81%AE%E9%9B%BB%E6%B0%97%E3%81%AF,%E9%9B%BB%E5%8A%9B%E3%81%A8%E3%81%97%E3%81%A6%E7%94%9F%E3%81%BF%E5%87%BA%E3%81%97%E3%81%A6%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82
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