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공기 중에서 철의 신진대사

전문가 제언: ○ 철은 많은 종류의 효소와 단백질에서 보철기의 역할을 담당한다. 보철기에는 단핵으로 구성된 것과 2핵으로 구성되어 Fe-S 클러스터와 heme을 포함하는데 모든 보철기에는 2가철이 포함되어 있으며 모든 생명체의 에너지 신진대사는 2가철에 의해 금속화된 효소의 활성자리에 의해 의존한다.

○ 주위의 레독스 전위가 표준 수소전극(SHE)보다 400mV 낮았던 시생대에서는 혐기성 생명의 융성과 함께 효소가 진화해왔으며 이러한 지구화학적 조건에서 안정한 상태로 존재한 철이온은 물에 용해되는 2가철상태로 생명체의 신진대사에 관여하고 진화의 결과에 따라 보철기 원소로서 자리를 차지하게 되었다. 지각의 5% 정도에 지나지 않은 철원소가 생명현상에 관여하는 공통적인 보철원소가 되었다.

○ 물속에서 2가철은 3가철에 비해 비교적 안정하며 물에 용해된다. 이러한 차이는 물속에서 pH에 의존되는 3가철의 불안정성에 의한 것으로 8면체 6배위로 물이 배위된 착체로부터 빠른 속도로 가수분해되어 분자량이 높은 수산화 3가철, 즉 녹으로 변화되어 침전된다. 그러므로 2가 철은 3가철에 비해 물과 쉽게 배위된다.

○ 철은 다양한 배위자와 착체를 형성하여 레독스화학에 관여하므로 호기성의 진화과정에서 신진대사와 에너지 변환을 결정하는 금속으로 선택되었다. 이 두 가지 화학적 특성은 서로 강하게 커플링되어 있으며 철의 배위권에 의해서 레독스화학과 생체 내의 반응이 결정된다. 살아있는 단세포 호기성 생물이나 단백질은 3가철을 포촉하여 용해된 3가철 이온과 착체를 형성하여 물이나 히드록시드와 배위자로 경쟁하는데 자연에서 3가철은 중성 pH에서 킬레이션되어 물에 의한 가수분해를 막고 안정화된다.

○ 본고는 철의 다양한 배위자와 형성된 배위결합으로 철 전극 전위의 변화와 철의 신진대사에 관련된 유익한 기초자료를 제시하고 있다.

저자: Daniel J. Kosman
자료유형: 학술정보