작성일 : 13-11-13 09:44
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논문소개-게르마늄(Ge)을 함유한 생수에서의 인공membrane 형성과 광분해 현상자료
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글쓴이 :
박양호…
 조회 : 4,784
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충남대학교 화학과李 定 眞 , 金 良 姬 , 尹 民 重 교수
게르마늄(Ge)을 함유한 생수에서의 인공 membrane형성과 광분해 현상
1. 요약 2. ABSTRACT 3. 서론 4. 실험
5. 실험방법 6. 결과 및 고찰 7. 결론 8. 인용문헌
1. 요약
본 연구는 Ge4+ 이온을 함유하는 인공 membane의 형성과 광분해를 관찰함으로써 인체에 미치는 게르마늄의 효과를 알아보기 위해 시도되었다.
인공 membrane 은 게르마늄을 함유하는 물을 사용하여 만들었고, 세포막 인지질의 생성효율은 Ge4+ 이온을 함유하지 않는 일반 생수를 사용하여 만든 인공 membrane으로부터 얻은 결과와 비교하였다.
이 결과로부터 인공 세포막 인지질이 게르마늄을 함유하는 물에서 게르마늄을 함유하지 않는 물에서 보다 더 잘 생성되는 것을 볼 수 있었다.
세포막 인지질은 NAT(N-acethyl-L-tryptophan)와 같은 펩타이드의 존재하에서 생성되는 활성산소(superoxide, O2-ㆍ)에 의해 광분해 될 수 있다. 그러나, 활성산소의 활성은 산화효소(superoxide dismutase, SOD)에 의해 억제되는데, 세포막 인지질의 산화적 손상을 막아주는 항산화효소의 활성이 게르마늄을 함유하지 않는 물에서 보다 게르마늄을 함유하는 물에서 더 크게 나타나는것을 볼 수 있었다.
이것으로부터 생수에 함유되어 있는 Ge4+이온은 세포막 인지질의 산화에 대한 항산화 효소의 활성을 증가시켜줄 뿐만 아니라, 새로운 세포의 형성에 도움을 주는 것을 알 수 있었다.
2. ABSTRACT
we have attempted to determine the germanium effect on the human body by observing artificial membrane's formation and photolysis in the containing Ge4+ ion. The artificial membrane is prepared by using the germanium water and the formation efficiency of the liposomes was compared with those obtained in the plain mineral water without Ge4+ion. This work shows that the artificial liposomes are formed in the germanium water better than in the non germanium water. The liposomes can be photolyzed by superoxide anion(O2-ㆍ) produced in the presence of some peptide such as NAT(N-acethyl-L-tryptophan). However, this is inhibited by superoxide dismutase(SOD), and it was found that the activity superoxide dismutase on the inhibition of the liposome oxidation demage is higher in the germanium water than in the non germanium water. It is concluded that the Ge4+ion in mineral water helps formation of new cell as well as elevation of SOD activity for the lipid oxidation.
3. 서 론
인류가 추구해온 암과 성인병이 없는 세상을 실현시켜 줄 수 있는 것 중에 하나인 게르마늄(Ge)의 효능이나 임상실험 결과들이 지금까지 많이 발표되어 있으며, 대부분이 게르마늄(Ge)의 항암작용과 성인병 예방효과 등을 규명했다.
몸의 세포가 손상을 받았을 때 발암물질로 막힌 세포사이의 정보전달통로(Gap Junction)를 뚫어 정상화시키고, <먹는 산소>라고 불리우고 있는 게르마늄(Ge)이 성인병에 걸리기 전에 적절한 양의 산소를 보내 세포를 보호하는 효능이 있는 것으로 보고되고 있다. 즉, 활성산소(superoxide, O2-ㆍ) 가 세포를 산성화 시켜 노화를 일으킬 뿐만 아니라 암ㆍ성인병 등을 유발시키는데 게르마늄(Ge)을 이러한 난치병을 치유하고 증 상완화에 도움을 줄 수 있는 신물질로 인정하고 있다.
무기 게르마늄은 독성이 있어 직접 섭취할 수 없지만, 인삼ㆍ마늘등과 같은 식물체에 의해서 흡수되거나 물에 녹은 천연 게르마늄 형태로 존재하는 유기 게르마늄은 인간들이 섭취할 수 있어서 생물학적 활성에 대한 많은 연구가 이루어 지고있다. 그러나, 아직도 생리학적 효과에 대한 구체적 기초 연구 자료는 부족한 설정이다.
본 연구에서는 약 알칼리수인 게르마늄(Ge)7생수가 인체에 어떤 영향을 미치는지를 연구하기 위하여 시중에서 쉽게 구입할 수 있는 게르마늄(Ge)을 함유하거나 함유하지 않는 생수를 사용하여 새로운 세포의 생성 속도와 게르마늄(Ge)의 함유량에 따른 세포의 파괴 속도를 비교하였다. 또, 게르마늄(Ge)이 활성산소(superoxide, O2-?)를 제거시켜주는 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)의 활성에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다.
4. 실 험
시 약
실험에서 사용한 게르마늄(Ge)이 함유된 생수는 약산주식회사로부터 약산생수를 제공받았다. 본 생수는 미국의 F.D.A RCH 연구소의 천연 게르마늄 검사와 일본 식품분석센타 천연 게르마늄 검사에 의해 되었으며, 36.7～48.2 ppb의 Ge4+ 이온이 녹아 있음이 확인되었다. 게르마늄(Ge)이 함유되지 않은 생수는 시중에서 구입할 수 있는 일반 생수 제품을 선택하였다. Tris-HCI buffer를 만들기 위하여 사용한 99.5% Nacl은 Tedia Company, Inc에서 구입하였다. 생수에 함유된 게르마늄(Ge)의 양에 따라 다른 pH를 나타내는데 이를 맞추기 위하여 사용한 Tris(hydroxy-methy)aminomethane은 Wako Pure Chemical Industries. Ltd에서 구입하였으며, pH 7-9 사이의 buffer를 만들 때 사용되어지는 ≥99% Tris(hydroxymethyl)aminomethane hydrochloride는 Fluka에서 구입하였다. 광 감응제로 사용한 N-acethl-L-tryptoohan(NAT)과 superoxide dismutase(SOD), Egglecithin(L-α-phosphatidylcholine from egg yolk)는 Sigma Chemcal Co.에서 구입하였다.
기기 및 장치
Light source로는 450W Xe lamp를 사용하였으며, UV absorption 스펙트럼은 SCINCO사의 UV S-2040 분광계를 사용하여 얻었다. pH를 조절하기 위해 ORION사의 model 710A인 pH/ISE meter를 사용하였다. Dialysis membrane 은membrane Filtration Products, Inc에서 구입하였다.
5. 실험방법
NAT-incorporated liposomes는 ethanol에 NAT(0.4mg/ml)를 녹인 용액과chloroform에 egg lecithin(4mg/ml)을 녹인 용액을 섞어서 만드는데. 두 용액을 섞은 다음 감압 조건하에서 건조한 상태를 만들어 주기 위해 chloroform과 ethan-ol을 증발시켰다.
그 다음에 게르마늄(Ge)을 함유하는 거나 함유하지 않는 생수를 사용하여 만든 Tris-HCI buffer(0.1M Tris(hydroxymethyl)aminomethane + 0.1M NaCl)에서 sonication시켰다.
게르마늄(Ge)이 0.24㎍/ml 함유되도록 생수 1.8L를 1/5로 농축시켰고 이를 0.12㎍/ml, 0.073㎍/ml이 함유되도록 3차 증류수를 사용하여 희석시켰다. 이와 같이 만든 물은 게르마늄(Ge)을 함유하는 정도에 따라 약간 다른 pH를 나타내는데, 이는 Tris-HCl buffer(0.1M Tris(hydroxymethyl)-aminomethane hydrochloride + 0.1M NaCl)에서 sonication시켰다. Free NAT를 제거하기 위해 pH8 Tris-HCl buffer에서 dialysis시켰으며, 24시간동안 4℃를 유지하였다. Dialysis시킨 후 membrane안에서 꺼내 냉장고에 보관하였다.
2.5㎖의 시료는 uv cell에 놓고 빛을 조사하기 전 30분 동안 syringe needle을 통해 O2 bubbling을 하고, UV absorption을 측정하는 동안 계속적으로 O2 bubbling을 해주었다. Irradiation은 320㎚ cut off filter를 lamp앞에 두고 하였다. 상대적인 세포막 인지질의 농도는 UV absorption에서 750㎚에서의 산란 정도로써 측정할 수 있었다.
6. 결과 및 고찰
본 실험에서는 게르마늄(Ge)을 함유하거나 함유하지 않는 생수를 사용하여 인공 membrane을 만들었고, 시중에서 구입 할 수 있는 대부분의 일반 생수에 포함되어 있는 Ca2+, Na+, K+, Mg2+뿐만 아니라 Ge4+를 자연적으로 함유하고 있는 생수가 우리 인체내의 세포형성에 어떠한 영향을 주는가를 연구하였다. 인공 membrane은 뇌의 주된 세포구성 물질인 불포화 phospolipid의 한 종류인 lecithin을 사용하여 만들었으며, 다음과 같은 구조를 가진다. 이 분자는 두 개의 긴 소수성기와 쌍극자 친수성기를 가지고 있다.
빛을 조사하기 전의 인공 membrane은 빛을 조사한 후의 투명도에 비해 육안으로 관찰할 수 있을 정도로 약간 탁한 것을 볼 수 있었다. 어두운 상태(빛을 조사하기 전)에서 게르마늄(Ge)을 함유하는 생수와 함유하지 않은 일반생수를 사용하여 만든 인공 membrane은 서로 다른 산란 정도를 나타낼 뿐만 아니라, 생수에 되어있는 게르마늄(Ge)의 양에 따라 다른 산란 정도를 나타내었다. 그리고 미네랄이 전혀 함유되어 있지 않은 3차 증류수를 사용하여 만든 인공 membrane은 게르마늄(Ge)이 0.073㎍/㎖ 함유되어 있는 물을 사용하여 만든 인공 membrane에서 보다 낮은 산란 정도를 나타내었다.(Table 1.) Ge4+를 포함한 미네랄들이 친수성기 사이로 들어가게 되면 친수성기 사이의 반발력이 감소하여 세포를 생성하는데 필요한 지질의 기둥을 만들어줌과 동시에 기둥을 유지하는 역할(salt effect)을 하는 것으로 알려져 있다. 게르마늄(Ge)이 0.24㎍/㎖, 0.12㎎/㎖ 함유되어 있는 물을 사용하여 만든 인공 membrane은 게르마늄(Ge)을 함유하지 않는 일반 생수, 3차 증류수를 사용하여 만든 인공membrane에 비해 산란 정도의 차이가 큰 것을 알 수 있었다. 또, 게르마늄 (Ge)이 0.073㎎/㎖함유하는 물로 만든 인공 membrane은 일반 생수, 3차 증류수를 사용하여 만든 인공 membrane에 비해 산란 정도가 작았다. 어두운 상태에서 인공membrane의 산란 정도가 크다는 것은 물이 보다 더 불균일한 상태가 되는 것을 나타내며, 생성된 세포막 인지질의 개체수가 많음을 의미한다. 이로부터 생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge) 양이 0.24㎍/㎖, 0.12㎍/㎖ 일 때 만들어진 인공 membrane이 일반 생수, 3차 증류수를 사용하여 만든 인공 membrane에서 보다 세포막 인지질이 더 잘 생성된다는 것을 알 수 있었다.
게르마늄(Ge)을 함유하거나 함유하지 않는 생수를 사용하여 만든 인공 membrane 에 O2 bubbling하고 난 후 빛을 5분 간격으로 조사했을 때 시간에 따른 산란정도 즉, 세포막 인지질이 분해되는 정도가 달라지는 것을 Fig 1에 나타내었다. 빛을 조사하고 난 후에 게르마늄(Ge)을 함유하지 않는 일반 생수를 사용하여 만든 인공 membrane에서 보다 게르마늄(Ge)이 0.24㎍/㎖, 0.12㎍/㎖ 함유하는 생수를 사용하여 인공membrane에서 lecithin의 이중 결합이 산화에 의해 세포막 인지질이 빠른 속도로 분해되는 것을 볼 수 있었다. 해조류의 성장에 미치는 게르마늄(Ge)의 농도의 범위가 0-25mg/dm3일 때는 게르마늄(Ge)의 농도가 진할수록 해조류의 성장에 도움을 주지만 25mg/dm3을 넘으면 성장을 억제할 뿐 만 아니라. 해로운 영향을 초래하는 것으로 알려져 있다.9-12 이것으로부터 생수 속에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)의 양이 0.073㎍/㎖ 이하 일 때 생성된 세포 유지 및 성장을 가속화시키는 등 도움을 주는 것을 알 수 있었다.
지구상에 생명체가 존재할 수 있게 해주는 가장 중요한 요인 중에 하나인 산소3가 체내에 들어 왔을 때 세포에 어떤 영향을 주는 가를 알아보기 위해 생성된 인공 membrane에 O2 bubbling을 하였다. 어두운 상태에서 O2 bubbling을 하고 난 후에는 Table 1의 (b)에서 보여 주는 것처럼 O2 bubbling을 하지 않았을 때보다 낮은 산란 정도를 보여 주며, 이는 세포막 인지질의 생성 유지뿐만 아니라 파괴에 산소가 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있게 해주었다. O2 bubbling에 감소되는 산란 정도는 lecithin의 이중결합이 산화되어 생성된 세포막 인지질이 파괴 분해된 것을 나타내고 있으며, 이로부터 세포막 인지질의 파괴 및 분해를 촉진시키는 활성산소(superoxide, O2-?)의 존재를 확인할 수 있었다. 체내에 들어온 산소는 에너지를 만들고 99%가 안정된 물로 환원되지만, 이때 일부 산소는 물로 환원되지 못하고 쌍을 이루지 않은 전자를 지닌 상태로 남게 되는데 이것이 활성산소(superoxide, O2-ㆍ)이다.3 이러한 활성산소(superoxide, O2-·)에 의한 생체 구성 성분들의 산화적 손상들은 1969년 Fridovich에 의하여 발견된 유기체에 넓게 분포되어 있는 항산화효소(superoxide dismutase, SOD)에 의해 활성산소(superoxide, O2-·)를 안정된 상태로 환원시켜 주지만 방어가 100% 완전치 못하므로 일부의 활성산소 (superoxde, O2-ㆍ)에 의한 유해작용이 일어나 누적되어 세포나 조직의 기능을 저하시키고 노화와 죽음에 이르게 된다고 보고되어 있다.4.12 게르마늄(Ge)을 함유하는 생수를 사용하여 만든 인공 membrane에 활성산소(superoxide, O2-?)를 제거시켜주는 항산화효소(superoxide dismutase, SOD)를 넣었을 때 게르마늄(Ge)이 항산화효소(superoxide dismutase, SOD)의 활성에 어떠한 영향을 주는 지 알아보았다.
게르마늄(Ge)이 0.24㎍/㎖l, 0.12㎍/㎖l, 0.073㎍/㎖l 함유되어 있는 생수로 만든 인공 membrane에 항산화효소(superoxide dimutase, SOD)를 넣었을 때와 넣지 않았을 때의 세포막 인지질의 분해속도를 비교해 본 결과 항산화효소 (superoxide dismutase, SOD)를 넣었을 때 세포막 인지질의 분해 속도가 감소하는 것을 볼 수 있었다.(Fig. 2) 이것은 생성된 세포막 인지질 안의 게르마늄(Ge)이 강산화성 물질인 활성산소(superoxide, O2- .)에 의한 손상을 막아주는 역할을 하는 것을 의미한다. 게르마늄(Ge)이 체내에 흡수 되었을때 간과 신장 조직에서 활성산소(superoxide, O2-·)에 의한 손상을 막아주고 양이 감소하는 것이 보고되어 있다.13-16 이 실험 결과를 통해 게르마늄(Ge)이 세포의 산화적 손상을 막아 주는 것을 확인할 수 있었다. 게르마늄(Ge)을 0.24㎍/㎖ 함유하는 생수로 만든 인공 membrane에서는 세포막 인지질의 분해 속도가 27.3% 감소하였고, 0.12㎍/㎖ 함유하는 생수로 만든 인공 membrane에서는 20.6% 감소하였으며, 0.073㎍/㎖ 함유하는 생수로 만든 인공 membrane에서는 19.3% 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이와 같은 속도의 차이를 좀더 명확하게 알아보기 위해 Fig. 2에 도시하였다. 이로부터 만들어진 인공 membrane에 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)를 넣었을 때 생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)의 양이 많을수록(0.24㎍/㎖＞0.12㎍/㎖＞0.073㎍/㎖) 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)를 넣지 않았을 때 보다 세포막 인지질의 분해 속도는 큰 차이로 감소함을 볼 수 있었다. 이는 생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)이 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)의 활성을 증가시켜 주는 역할을 하기 때문이다. 16 생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)의 양이 증가함에 따라 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)의 활성이 증가되고, 이에 따라 세포막 인지질의 활성산소(srperoxide, O2-?)에 의한 손상이 감소하는 것을 알 수 있었다.
인간의 정상적인 대사과정 중에 생성되는 활성산소(superoxide, O2-·)는 생체구성 성분들과 반응하여 산화적 손상을 일으켜 노화뿐만 아니라 결국은 죽음을 초래하게 되는데, 활성산소(superoxide, O2-·)에 대한 생체가 가지고 있는 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)의 방어 능력을 증가시켜 주는 게르마늄(Ge)을 인체에 공급시켜 준다면 활성산소(superoxide, O2-?)의 산화 작용과 관련되는 노화 현상을 지연시킬 뿐만 아니라 성인병, 발암 등을 비롯한 질환들을 예방할 수 있을 것으로 생각되어 진다.
7. 결 론
본 연구에서는 약산주식회사에서 제조하는 약산생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)이 우리 인체 내로 들어 왔을 때 어떤 영향을 미치는 가에 대해 알아보았다. 생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)의 양이 많을수록 세포막 인지질의 생성이 잘되는 것을 알 수 있었다.
항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)을 넣어준 세포막 인지질과 넣지 않은 세포막 인지질의 광분해 속도를 비교해본 결과 생수에 함유되어 있는 게르마늄(Ge)이 항산화 효소(superoxide dismutase, SOD)의 활성을 증가시켜 세포의 파괴 속도를 늦춰 주는 것을 알 수 있었다. 이러한 게르마늄(Ge)을 인체의 60-80%를 차지하는 물과 함께 섭취함으로써 활성산소(superoxide, O2-?)의 작용을 조절할 수 있다면 활성 산소(superoxide, O2-·)에 의한 산화적 손상과 이에 관련되는 노화를 지연시키고, 각종 만성 질환을 예방 할 수 있을 것으로 기대된다
8. 인용문현
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-약산게르마늄샘물- 홈페이지 인용 글입니다.
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