WISE 주니어과학논문집 제 2 권제 2 호, 29 년 월 미역의알긴산을이용한체내중금속제거조건에대한연구 멘티 : 김세린서울정의여자고등학교멘토 : 최은정이화여자대학교생명과학과 체내에쌓여만가고배출이어려운중금속, 특히생선과밥이주식이한국인에게체내중금속농축을피하기란더욱어렵다. 그런중금속중주변에서흔히접하는대표적중금속인 Pb과 를실험대상으로선정하여그중금속을체내의주요소화기관 ( 입, 위, 소장 ) 의조건에서중금속흡착성분으로알려져있는미역의 알긴산 을이용하여흡착시켜보고, 어떤알긴산이어떤조건에서효과적으로작용할지와흡착이멈추는지점은있을지알아보고자하였다. 실험결과대체적으로알긴산은 Pb보다는 의농도감소에효과적이었으며, 납과구리모두 ph8.5의 ~4시간사이의소장조건에서중금속농도감소가가장효과적이었으며, 일정시간이지나거나어떤조건이작용하였을때흡착을멈춘다는것을알았다. 또한알긴산이중금속의농도를줄이기만할것이라고알아왔던통념과는달리어떤시점을경계로오히려중금속의농도를증가시킬수도있다는것을알았다. 키워드 : 알긴산, 중금속농도. 도입 ) 연구배경금속은체내에쌓이면배출하기도어려워섭취를피하는것이최선이지만현대의환경은유조선의기름유출사고나과도한농약을사용한농사등으로인해매우오염된상태이다. 하지만먹이그물의최종소비자에위치한인간에게, 특히생선과밥이주식인한국인에게서중금속의생물농축을피하기란어렵다. 중금속의체내축적으로인해일본에서발생했던이타이이타이병, 미나마타병등의증상에서보여주듯중금속은인체에부정적인영향을크게끼치는물질이다. 따 라서중금속배출식품으로알려진알긴산이체내에축적되어있는중금속을어떻게배출하는지그배출조건을알아보고자한다. 2) 연구목적중금속은여러가지실례가보여주듯인체에심각한문제를가져오는물질이다. 따라서중금속은체내에쌓이지않게하는것이가장중요한데, 중금속이한번체내에쌓이면배출하기가매우어려울뿐아니라현대사회에서중금속섭취를의도적으로막기는힘들기때문에섭취를막는것은보다는체내에쌓인중금속을배출하는것이최선의방법이라고생각된다. 따라서우리
36 WISE 주니어과학논문집 는주변에서쉽게접하는미역을이용해중금속흡착성분으로알려진알긴산이체내에서중금속의농도를변화시킬수있는지, 변화시킨다면농도를감소시킬지증가시킬지, 그러한농도의변화조건 ( 우리가알아보고자하는것은감소의조건 ) 은체내의어떠한조건이고어느소화기관의환경과유사한지. 이렇게단계적으로파악하여알긴산의체내중금속농도감소능력이최대발휘된조건을알아보고자한다. 3) 개념정리중금속이란용어는여러의미를가지고있지만이실험에서는중금속의의미를주기율표에서구리와납사이에있는원자질량이 63.546 에서 2.59 사이이고, 비중이 4.5보다큰원소집합이라하겠다. 4) 이론적배경 - 미역의 25.9~32.2% 를차지하는 알긴산 성분은체지방에흡착되어있는유해금속등과결합하여인체밖으로배설케하는작용을한다고알려져있다. - 음식물이소화기간을통과할때각기관별머무는시간은식도통과 : 고체 (3-6초) 액체 (-6초) 위소화 : 고체는 3시간액체는 -5분경과작은창자소화 : 7-9 시간경과큰창자 : 시간경과변 : 식후 24-72시간경과으로알려져있다. - 실험에활용한 Lambert-Beer 법칙 ( 분광광도계 (spectrometer) 의원리 ) A = Elc A = optical density, absorption의세기이다. (UV 측정시실제얻는값, 흡광도 ) c = molar concentration 몰농도, e = extinction coefficient 몰흡광계수 l = 셀의길이따라서측정결과의 A값은중금속농도에비례함. - 납 (Lead) 미국의학협회의저널에의하면납에중독되면지능이떨어지고청각손실, 간기능장애, 신장기능장애, 체중감소, 설사, 무력감등면역체계에막대한지장을초래한다고한다. 납은페인트, 일부휘발유, 수도파이프의연결부위를통과해나오는물, 도자기, 화장품등에산재해있다. 또한, 신문용지, 건전지, 오일페인트판자를태울때생기는재, 공장지대의흙이나공기, 식수, 쓰레기, 그리고납으로때운통조림, 심지어는어린이들이입으로빨면서노는장난감에도납이함유되어있다. 납이유발시키는병적증상으로는우울증이나활동과다등의정신적인문제부터기억력감퇴, 피로, 지능저하와저조한학교성적, 복부통증, 빈혈, 면역기능저하, 심지어는반신불수까지있다. - 구리 (Copper) 양성이든악성이든독성, 금속성구리가들어있지않은종양은없다. 다시말해서모든종양에는비천연구리가들어있다는것이다. 혈액검사에보면구리가철분수치를억누르는것을쉽게볼수있다. 체내에철분이충분치않으면우리의해독능력은상실되고, 적혈구생성능력도상실되며, 에너지대사능력도상실되어, 결국사람이죽게되므로궁극적으로볼때구리는매우치명적이라할수있다. 일상생활에서구리는주로수도파이프나정수기의측관을타고나오는식수에서발견된다.
미역의알긴산을이용한체내중금속제거조건에대한연구 37 구리는오염된플라스틱치아충전을하거나, 구리가함유된물을마시거나, 그릇을씻거나, 세탁을할때인체로유입되는데, 구리는설파 ) 에엄청난친화력이있어체내의설파화합물인글루타티온, 시스테인, 타우린, 메티오닌등을없애버린다. 결국, 우리의장기에서철분과화합되어있어야할설파가고갈되어버린다. 5) 가설미역의알긴산은납과, 구리라는중금속의농도를줄일것이다. 납이온용액과구리이온용액을모두 ph2, ph7, ph8.5라는조건에서각조건에맞는대표기관을선정하고, 머무르는시간도대표기관 ( 위, 입, 소장 ) 을고려하여측정할때각조건, 각중금속별알긴산의중금속흡착능력이최대가되는지점이있을것이고, 흡착이멈추는지점도있을것이다. ph2, 7, 8.5의납이온용액과구리이온용액을준비한다. < 구리용액 > < 납용액 > 2 만든용액을항온수조에넣어온도를 36. 5 로맞춘다. 2. 실험 ) 실험준비물 이온, Pb이온, HNO 3, NaOH, 미역, ph meter 기, UV-spectrometer, 항온수조 2) 실험방법주변에서가장쉽게접하는중금속인납과구리를실험대상으로선정한다. 체내에서의중금속흡착환경을알아보는것이므로실험시온도는항상 36.5~37. 를유지한다. ph는주요소화기관인입, 위, 소장의 ph2, 7, 8.5를이용할것이며, 각소화기관에머무는시간을기준으로반응시간을분류한다. 미역의표면적이각실험마다달리지지않게비슷한크기를유지한다. 3 미역 g을물에불려일정한크기로잘라각용액에넣는다. ) 설폰아마이드작용기를가진합성살균제로, 감염질환에사용된다.
38 WISE 주니어과학논문집 - ph2(3분마다 6번 ) : 위의 ph로, 위에머무르는시간 ( 고체 3시간 ) 을고려해시간간격을나눈다. - ph7(분마다 6번 ) : 입의 ph로, 입에머무르는시간 ( 약분 ) 을고려해시간간격을나눈다. - ph8(2시간마다 6번 ) : 소장에머무르는시간 (7-9시간) 을고려해시간간격을나눈다. 4 각실험에서정해진일정한시간마다중금속용액을빼낸다. ph8.5납 2시간실험완료후 ph8.5구리 2시간실험완료후 5 위실험으로얻은중금속용액의자료를 UV-spectrometer로중금속농도를측정하여변화를알아본다. ph2에서와마찬가지로표면이쪼그라들고미역의색이변하였다. 위 3가지실험에서용액의중금속농도변화량가장큰조건을선정한다. 3. 분석 ) 가시적관찰 < 미역의모습변화 > ph7구리 6분실험완료후 ph7납 6분실험완료후 초기미역 ph2구리 3시간실험완료후 ph2납 3시간실험완료후 반응시간이짧아서였는지 ph7, 36.5 인입속의기본적환경에서가시적관찰로는조금더단단해진것외에별다른변화가보이지않았다. 건조시킨것처럼표면이쪼그라들었으며구리용액에넣었던것은표면이푸르게납용액에넣었던것은갈색으로색이바라였다. 2) 정밀측정 - 측정결과분석에서공통조건인 36.5 와개별조건 ph 2, 반응시간 ~3시간 / ph 7 반응시간 ~ 6분 / ph 8.5, 반응시간 ~2시간에서각각위의
미역의알긴산을이용한체내중금속제거조건에대한연구 39 환경, 입의환경, 소장의환경으로간주한다. - 실험에사용한 UV-spectrometer는이론적배경에서말한것과같이 A = Elc를따른다. Absorbance(A) <UV-spectrometer 로측정결과 > ph 7 ph 7 Pb 반응전 3.759.8298 분 3.5546.539 2분 3.568.53 3분 3.879.698 4분.357.863 5분.568.87627 6분 2.47.9498 5 4 3 2 반응전 ph 7 분 2 분 3 분 4 분 5 분 6 분 교반시간 Pb 납 : 입의환경 (ph 7, 36.5 ) 에서알긴산이입에머무는시간동안납의농도는변화없이일정하게유지된다. 구리 : 미역이입에들어온순간구리의농도가조금감소하다가다시증가하지만 3~4분사이에구리의농도가급격히감소한다. 하지만 4분이후에는다시농도가증가하기시작한다. 2 ph 2 Absorbance(A) ph 2 Pb 반응전.4236.8975.5분.46758.873 분.46995.825.5분.48388.8228 2분.48644.82384 2.5분.499.84954 3분.5738.86467.8.6.4.2 반응전 ph 2.5 시간 시간.5 시간 2 시간 2.5 시간 3 시간 교반시간 Pb 납 : 미역이입에서식도를지나위에도착한순간의시간부터약 3분동안중금속농도가감소하다가그뒤부터는농도가일정하게유지되는양상을보인다. 구리 : 위의환경 (ph 2, 36.5 ) 에서미역이위에머무는시간동안구리의농도는조금씩계속증가하고있다. 3 ph 8.5 ph 8.5 Pb 반응전 3.499 2.92 2시간 측정오류.93925 4시간.3458.966 6시간.5.7339 8시간.9722.5542 시간. 측정오류 2시간.878 2.4689
4 WISE 주니어과학논문집 Absorbance(A 4 3.5 3 2.5 2.5.5 반응전 ph 8.5 4 시간 8 시간 2 시간 교반시간 Pb 납 : 미역이소장에들어온후약 4시간동안납의농도가급격히감소하였다. 하지만 4시간이후부터는오히려납의농도가높아지고있다. 구리 : 미역이소장에들어온후부터밖으로배출될시간까지구리이온의양은꾸준히줄고있다. 4. 실험결과 (Result) 실험결과미역알긴산의흡착효과가두드러진금속은 Pb보다는 이었고특히그래프에서보이듯 ph 8.5, 36.5, 반응시간 (~2시간) 의조건에서중금속 의농도는가장급격히연속적으로감소하였다. Pb도적당환경에서는농도가감소하는경향을보였고, 이 Ph8.5 조건을제외한다른조건에서도농도가감소하는구간이나타났다. Absorbance(A 4 3 2 (ph8.5) 반응전 4시간 8시간 2 시간교반시간 이로보아미역의알긴산은특정중금속, 특정환경에따라중금속흡착정도가달라지며중금속을흡착할뿐만아니라시간의정도가지나치면오히려체내중금속농도를증가시킬수도있다는것을보여주었다. 5. 결론및추후연구계획가설의증명미역의알긴산이체내의중금속의농도를낮출것이고각중금속별, 주어진환경별로최적의조건이존재할것으로예상했는데실험결과예상했던바와비슷했다. 또한반응시간이어떤한계를넘으면오히려중금속농도가증가하는경향을보여이또한흡착이멈추는지점도있을것이라고예상했던바와비슷하였다. 결과의의미실험결과알긴산은구리에대해서는 ph 7의 3~4분사이, 납에대해서는 ph 8.5의 ~4시간사이에가장효과적으로중금속농도를감소시켰다. 하지만구리의농도가 ph 7에서가장많이감소하긴했어도최대흡착시간을끝으로중금속농도가증가하였고, ph 8.5에서는꾸준히농도가감소하는모습이나타난것으로보아궁극적으로구리는 ph 8.5의소장조건에서더효과적으로작용하는것으로보였다. 납은구리의 ph 7에서와마찬가지로최대감소지점을끝으로그뒤에는오히려농도가증가하는모습을보였다. 이로보아알긴산의중금속흡착은특정체내환경, 특정반응시간, 중금속의종류에따라그능력이최대가되는지점이각각다르다는것을알수있었고, 중금속흡착물질임은분명하나이
미역의알긴산을이용한체내중금속제거조건에대한연구 4 실험이보여주듯조건을충족치못하였거나반응시간이필요이상으로길어질경우중금속농도를증가시킬수도있다는것을알았다. 연구및결과의중요성우리는이번실험에서각각의중금속이중금속흡착물질을첨가하더라도중금속별, 반응환경별, 반응시간별등조건을충족하지못하면작용을하지않거나기대의반대방향으로작용하며중금속흡착물질의반응이다르게나타난다는것을알았다. 그예로 의경우체내의 소장 조건이중금속농도감소에적합한것으로보여졌다. 이로보아치료를할때도각각의중금속별로치료제투약시간, 작용기의환경에서효과적으로작용할알긴산가공방법등을달리해야한다는것을알수있었다. 이실험을활용하여다른중금속들의최적흡착지점도알수있으며흡착이멈추고오히려농도가증가하는구간도알수있어실험결과를이용하여특정중금속중독을치료할때치료제를가공하거나양을조절하는데이용할수있을것이다. 6. 참고문헌 우리몸사전 ( 아사노고로원저, 김종대주경복옮김 ) - 북스힐. 대체의학연구소 ( 유니케어 ). - http://www.unicare.co.kr/index.asp 추후연구계획이번실험에서는 Pb, 라는두가지의중금속만을가지고실험했지만다른중금속, 특히심각한질병을유발하는 Hg, Cd 같은중금속을이용하여실험해그실험결과를미나마타병이나이타이이타이병치료에도움이되는알긴산가공방법을알아내는데사용하면좋을것같다. 또한이번실험에서어떤 조건 을충족치못했을때중금속농도가오히려증가하였는데, 농도가감소하다가증가하는그때의 조건 을알아보았으면좋겠다.