생명은 바다에서 탄생했다. 그래서, 몸의 원소 조성은 바닷물의 화학적 조성과 비슷하다. 육상 생물이 생명을 유지할 수 있었던 것은 외부 환경(바다)으로부터 독립할 수 있는 구조를 가졌기 때문이다.
육상동물을 비롯하여 경골어류, 민물고기 등에도 뼈가 있다. 이러한 뼈는 몸을 지탱하는 기능과 체액의 이온 농도를 일정하게 유지시키는 기능을 수행한다. 즉, 어떤 사건이 발생하여 급히 칼슘이 필요하게 되었을 때 이것을 공급받을 수 있는 조직 가운데 하나가 뼈이다. 뼈는 많은 양의 인산칼슘이 들어있는 조직이기 때문이다.
뼈는 겉으로 보기에는 딱딱하고 어떠한 변화도 일어나지 않는 것 같지만, 생성‧파괴 과정이 반복되고 있다. 이렇게 분해되는 과정에서 유리되는 칼슘은 체액의 것과 교환되어 체액 속의 칼슘 농도를 일정하게 유지시킨다.
뼈에는 칼슘뿐만 아니라, 다른 무기염류인 인, 마그네슘, 나트륨 등이 내재되어 있다. 마그네슘과 나트륨 같은 금속은 인체에 필수원소이다. 자동차, 비행기, 선박 등에서 금속이 중요한 역할을 하는 것처럼 체내에서 금속의 기능도 막중하다.
금속이온이 몸 속을 여행할 때, 그 금속과 결합하는 물질도 지대한 역할을 하며, 이는 대개가 단백질이며 그 종류는 다양하다. 금속 생체 원소 가운데 하나인 칼슘과 결합하는 단백질에 대해 살펴보면 단백질과 금속의 기능을 피상적으로나마 이해할 수 있을 것이다.
칼슘은 단백질과 결합한 상태로 보존되고, 인체는 이것을 필요에 따라 유리형(해리되어 자유로운 형) 칼슘 이온으로 만들어 화학반응에 관여할 수 있도록 한다. 단백질과 결합한 칼슘은 경우에 따라 단백질의 성질을 변화시켜 단백질 속에 잠재해 있는 기능을 이끌어 내기도 한다.
고등동물의 뼈와 성게와 같은 하등동물의 뼈는 모두 칼슘과 깊은 관계가 있지만, 각각 인산칼슘과 탄산칼슘이 주성분이다. 탄산칼슘의 형성에 이산화탄소가 필요하다. 그래서, 원시 지구에 대량으로 존재하던 이산화탄소를 소비‧감소시켜 현재와 같은 대기상태를 만드는데 성게, 산호, 대형 갑각류와 같은 다양한 생물들이 중요한 역할을 수행했다.
인산칼슘의 결정을 형성하는데 중요한 역할을 하는 단백질로 오스테오넥틴(osteonectin, 뼈의 경우)과 포스포포린(phosphophorin, 치아의 경우) 등이 있다. 이들은 칼슘을 결합하는 단백질이다. 칼모듈린(calmodulin; calcium modulator protein, 칼슘조절단백질)은 용어 자체에서 알 수 있듯이 칼슘과 결합하여 이것이 쓰이는 여러 생체 반응에 관여하는 단백질이다.
사람을 비롯한 동물의 생명을 유지시켜주는 식물의 클로로필(chlorophyll)에서 중심 역할을 하는 마그네슘(Mg), 방사성 원소로 인간의 건강을 위험하는 스트론슘(Sr) 및 라듐(Ra) 등과 동족계열에 속하는 이 칼슘이 인체에 미치는 영향을 고찰하는 것은 건강을 지키는 첩경이다.
마그네슘과 칼슘은 체액에 존재한다. 마그네슘 이온은 세포, 칼슘 이온은 세포 내의 액체에 집중되어 있다. 칼슘 이온은 혈액 응고에 중요하며, 심장의 박동 조절과 같은 근육의 수축운동에 필요하다. 실제로 어떤 종류의 근육경련은 칼슘 이온 섭취를 증가시킴으로써 예방할 수 있다.
변종철/제주대 화학과 교수
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