큰 반응성을 갖는 중간대사체의 형성

2.4.1 반응성이 큰 중간대사체의 분류와 특성

 

앞에서 언급한 바와 같이 어떤 화학물질은 배설을 위한 혹은 무독화 대사과정 큰 반응성을 갖는 중간대사체는 대사과정 중의 안정성과 대사과정에 머무르는 정도에 따라 다음 세 가지로 분류한다. 불안정한 중간대사체가 생성되어 세포 내 효소, 세포막, 수용체, DNA 등의 고분자 물질과 결합하여 다양한 독성반응을 초래할 수 있다(그림 2.33).

 

여기서 불활성의 화학물질이 일시적으로 높은 반응성을 갖는 중간대사체로 생 전환되는 현상을 대사적 활성화 혹은 생활 성화라고 부르며 독성작용을 나타내기 2 조 단기 체류형 중간대사체 : 화학물질들을 활성화시키는 효소와 결합하여 영정 된 대사체로서 P-450 효소 억제제가 대표적인 예이다. 제2장 독성물질의 생전환 과정 85 84 환경독성학 ▷ 단기 체류형 중간대사체 : 세포 안이나 세포 주변에만 체류하는 중간대사체들 같다. 이렇게 형성된 hydroxylamine의 경우는 glucuronide와 공역화되면 안정성이 높아져 독성이 없어지지만 공역화된 대사체가 소변으로 배설될 경우 신장 내 B -glucuronidase 혹은 소변이 산성일 경우에는 발암성이 있는 hydroxylamine으로 다시 분해될 수 있다. 로서 주로 세포 주변에 위치한 조직에 독성을 초래하게 된다.

 

장기 체류형 중간대사체 : 활성화시키는 장기와 독성 표적장기가 서로 멀리 떨어진 경우로서 예를 들면 방향족 아민류는 간에서 활성화되지만 생성된 중간 대사체는 표적장기인 담낭으로 이동하게 된다. 일반적으로 반응성이 큰 중간대사체가 형성된 다음에는 주로 세 가지의 후속 대사경로를 거치게 된다. 첫째, 경로는 세포 내 DNA, RNA, 단백질 등의 거대분자들과 결합하여 암이나 돌연변이 혹은 세포괴사를 유발하는 경로로서 이 경우가 가장 심각한 경우이다. TNP. 450, NH2 P - 450 Aion NOH 2 - Naphthylamine glucuronyl transferase 둘째, 경로는 세포막에 있는 인지질을 산화시키거나 심할 경우에는 세포 내 소 Hor COOH 기관의 막에 존재하는 지질을 산화시켜 세포괴사를 유발하는 경로이다.

 

이 경우가 가장 바람직한 경우로서 생체의 조건 화학물질을 활성화 하는 효소의 활성, 공역 화에 관련된 효소의 활성, 보조인자의 체내 농도에 따라 현저하게 달라진다. 최근 환경오염물질에 의한 만성독성 혹은 치명적 독성에 대한 연구가 활발하게 진행되면서 반응성이 큰 중간대사체에 의한 돌연변이 원성 또는 발암성 문제에 관심이 고조되고 있는 실정이다. 따라서 대표적인 만성독성인 발암과 화학물질의 그림 2.34 2-Naphthylamine의 발암 원성 활성화. Acetylaminofluorene의 경우 이 물질은 살충제로 개발되었으나 발암성으로 인해 상용화되지 못하였다.

 

발암 전구물질로의 활성화 과정의 예를 몇 가지 다루도록 하겠다. Acetylaminofluorene은 아세틸화, N-수산화를 거쳐 황산염과 공역화 반응을 하 면 불안정하게 되어 강력한 친전 자성 물질로 변한다. 2.4.2 발암원성 물질의 활성화 사례 (3) Dichloroethane과 dibromoethane의 경우 (1) 2-naphthylamine의 경우 Dichloroethane은 염화비닐 제조 과정에서 부산물로 발생하거나 실험실 용매로 이용되고 있으며 이와 유사한 dibromoethan 가솔린 첨가제나 살충제로 사용되었 이 물질은 염색산업에 사용되는 물질로서 염색공장 근로자들에서 방광암을 유발한다. 이 두 물질은 이들은 glutathione공역화 반응을 거치게 되면 세계 1차 대전 중 하는 것으로 밝혀졌다. 2-naphthylamine은 투여한 장기나 그 주변 장기에서는 종 양이 관찰되지 않았으나 멀리 떨어져 있는 간이나 방광에서 종양의 발생을 관찰할 수 있었다.

 

따라서 이물질은 종양 발생 부위를 보아 자체로는 발암 원성이 아니 며 발암 원성을 나타내기 위해서는 먼저 대사를 거쳐야 하는 것으로 추정되며 적 독가스로 사용된 sulfur mustard와 유사한 구조인 haloethyl-S-glutathione로 변하 게 된다. Haloethyl-S-glutathione은 저절로 대사 중 매우 불안정한 삼각 고리를 형성하여 세 포 내 고분자 물질들과 반응하기 때문에 돌연변이 원성과 발암성을 나타내게 된다. 어도 P-450에 의해 분자 내 질소원자가 수산화 되어야 발암 원성을 나타내는 것 가장 주목을 받는 물 질은 AFB로 사람과 동물들에서 강력한 간암 유발물질로 인식되고 있다.

 

AFBI은 P-450 동질 효소에 의해 여러 경로로 대사 되지만 이 가운데 2,3-epoxide가 발암원으로 인식되고 있다. (6) Benzo(a) pyrene의 경우 이 물질은 환경 중에 존재하는 주된 PAHs로서 발암원이다. 이는 탄화수소의 열분해에 의해 생성되기 때문에 산업장 매연, 담배 매연과 타르 및 튀기거나, 굽거나 훈제한 음식에서 주로 발생한다. Benzo(a) pyrene 자체는 무해하지만 대사 활성화되어 독성을 나타내게 된다. 대사의 전 과정은 매우 복잡하며 이 경우 산소 가 C-11을 제외하고는 모든 부분에 들어갈 수 있어 다양한 epoxide가 생길 수 있다.

 

이 epoxide는 epoxide hydrolase에 의해 trans-diol 형태로 전환되거나, glutathione transferase에 의해 glutathione 공역화되거나, 비효소적인 NIH 재정렬 이 물질은 폴리염화비닐이나 플라스틱 제조공정에서 출발물질로 이용되고 있다. 염화비닐에 노출된 근로자의 역학조사 결과 혈관육종은 상당히 높게 나타나 으나 간암의 발생빈도는 아주 낮았다. 발암기전으로는 epoxide 생성이 제안되고 있으나 이 경우 형성된 epoxide는 그림 2.37에서 보는 바와 같이 계속하여 대사 된다.

 

Diol의 생성으로 인하여 다시 9,10위 치의 이중결합을 활성화시켜 7,8-diol-9,10-epoxide를 생성하게 되며 이 경우의 주된 생성물은 trans형이다(그림 2.39 A). 이 이차 또는 삼차아민과 반응함으로써 생성되는 중간대사체이다(그림 2.40). 아 질산염은 음식물로부터 유래된다.

 

직접적으로는 아질산염을 육류의 세균 오염 방지와 신선한 색도를 유지하기 위한 식품첨가제로 사용하는 경우이며 간접적으로는 음료 및 몇몇 채소의 성분으로 들어 있는 질산염(NO3)이 침에 들어 있는 효소에 의해 아질산염으로 환원되는 경우이다. 아질산 이온과 결합과정에서 서로 경쟁관계에 있는 여러가지 화학물질들 일 차 아민, 아스코르브산과 토코페롤 등을 사용함으로써 니트로사민의 생성을 예방할 수 있다. 특히 아스코르브산은 매우 유용한 물질로서 아질산염 농도의 두 만곡부 배 정도가 되면 니트로사민의 생성을 완벽하게 차단할 수 있다.

 

제3장 대기오염모델

 

공장 굴뚝이나 차량과 같은 오염원에서 배출된 오염물질은 대기 중에 분산 과정을 거친 후 수용체(receptor)에 도달하게 된다. 그림 6-1 은 오염원에 서 배출된 1차 오염물질이 대기 중에서 분산 과정을 거치면서 반응에 의하여 형태가 다른 2차 오염물질로 변형되거나 또는 건식 침적(dry deposition) 및 습식 침적(wet deposition)에 의한 제거 과정을 거치면서 수용체에 도달하는 것을 보여주고 있다.

 

1. 오염물질 분산.. ' 및 반응 ' - 배출원 수용체 건식 및 습식 침적 대기 중에 배출된 오염물질의 분산 과정 배출된 오염물질은 광화학반응 등 여러 형태의 대기 반응을 통해서 변형되거나 또는 강우에 용해되어 제거되는 습식 침적이 일어난다. 지표 부근에 서는 오염물질이 분산 운동에 의하여 지표면에서 포착되어 제거되는 건식 침 적이 일어난다. 따라서, 같은 양의 오염물질이 배출되더라도 수용체에 도달하는 오염물질의 농도는 오염물질의 분산을 결정하는 대기 기상조건, 주변 지형조건, 오염물질의 반응성 및 침적 성에 따라 매우 상이하게 나타난다.

 

이와 같이 복잡한 대기 분산 과정을 거쳐서 수용체에 도달하는 오염 물질의 농도를 대기환경영향평가 및 대기정책 수립 등을 위해서 정량적으로 해 석할 필요가 있다. 배출된 오염물질이 수용체에 미치는 영향을 파악하기 위 해서는 실측이 가장 확실하고 정확한 방법이다. 그러나 실측은 많은 비용과 시간을 요구할 뿐만 아니라, 현재 존재하는 배출원에 대해서만 그 영향을 파악할 수 있는 단점이 있다. 또한, 광범위한 공간을 대상으로 할 경우, 몇 지점의 농도를 측정하여 전체적인 대기 분산 형태를 파악하는 데도 어려움이 있다.

 

따라서, 배출원이 주변지역에 미치는 대기환경영향평가나 대기질 관리대 책 수립에는 대기분 산모 델링을 주로 이용하고 있다. 대기분산 모델링은 복잡한 대기 분산 현상을 단순화하거나 또는 가상의 조건 하에서 배출원과 수용 체 사이의 인과관계를 규명하는 것이다. 이러한 대기분 산모 델링은 물리 모델(physical model)과 수식 모델(mathe matical model)로 크게 구분된다. 물리 모델은 대기 내 분산 현상을 실제로 재현하여 인과관계를 해석하는 것이다. 물리적 현상을 재현하는데는 대기 현상의 공간적 범위가 매우 넓으므로, 실험조건 설정 및 측정분석이 용이하지 않다. 따라서, 물리 모델은 관찰대상을 축소 제작하여 수조(water tank) 나 풍동(wind tunnel)에서 실험하는 축소모형실험이 주로 이용된다.

 

한편, 수식 모델은 대기 내 오염물질의 분산 현상을 방정식(govening equation)으로 표시하고, 이 수식을 여러 대기 조건 하에서 엄밀해(exact solution)나 수치해(numerical solution)를 구하여 분산 현상을 해석하는 것이다. 대기분 산모 델링은 그 방법과 정확도를 기준으로 매우 다양하게 구성할 수 있다. 따라서, 사용목적에 맞게 적절한 모델을 선정해야 하고, 그 모델의 적용범위에 대해서도 이해해야 한다. 본장에서는 일반적으로 널리 이용되고 있는 수식 모델에 관한 대기 분산 모델의 이론적 배경과 그 응용과정 등에 대 하여 설명하고자 한다.

 

16·1 대기분 산방 정식 대기 중에 배출된 오염물질의 분산(dispersion)은 바람을 따라 풍하지역으로 이동하는 이류(wind convection)에 의한 분산과 난류 운동에 의한 확산(diffusion) 이동으로 크게 구분할 수 있다. (6·1)식에 의 하면, 대기 중에서 오염물질의 농도 C(x, y, z), 대기 기상상태 및 지형조건에 따라 변하는 바람장(U, V, W) 및 난류 확산 계수(Kr. K, K..)와 오염물 질의 반응식을 확보하면, 이론적으로 계산이 가능하다. 그러나 시시각각 변 하는 바람장과 그에 따른 난류 확산 계수를 추정하는 데는 현실적으로 많은 어려움이 있다. 또한, 오염물질의 대기 반응 과정이 매우 복잡하기 때문에 몇몇의 특정 오염물질을 제외하고는 그 반응과정을 현재 완전히 이해하고 있지 못하다.

 

한편, 오염물질의 분산을 계산할 때 바람장과 오염물질의 분산을 동시에 계산하는 바람장 모델(prognostic model)이 있다. 이 모델은 지형과 대기조 건에 따른 바람 장운동 방정식을 추가로 풀어서 바람장을 계산하기 때문에 비교적 정교하나, 계산과정이 복잡하고 많은 노력과 비용이 요구된다. 따라서, 바람장 모델은 주로 연구를 목적으로 한 특수한 경우에만 제한적으로 사용된다. 한편, 기상관측을 통해서 기상조건이 주어진 경우, 바람장을 알기 때문에 바람장을 별도로 계산할 필요가 없다. 단지, 앞의 분산 방정식을 이용해서 주어진 배출 조건에 따라 농도를 계산하면 된다. 이와 같은 모델을 진단모델 (diagnostic model)이라고 하는데, 이 모델은 간단하여 적용이 용이하므로 널리 쓰이고 있다. 본장에서는 (6·1)식의 분산 방정식을 대기오염물질의 이동을 계산할 수 있는 진단모델을 중심으로 서술하고자 한다.