#파란 하늘 파란 하늘 꿈이~
요즘 5월의 날씨는 정말 좋지 않나요? 맑고 푸른 하늘을 보고 있으면 스트레스가 확 사라지는 것 같습니다. 그런데 갑자기 드는 생각 하나, 하늘은 왜 파란색일까요? 무지개 색깔만해도 7가지이고, 그 외에도 정말 많은 종류의 색이 있는데 하늘은 항상 푸른색일까요?
이 비밀을 풀어줄 중요한 힌트는 바로 공기!
공기 속에는 다양한 물질들이 있는데요, 대표적으로 질소와 산소, 그리고 이산화탄소가 있습니다. 이들은 태양에서 오는 빛을 산란시키는 능력을 가지고 있어요. 특히 파란색 빛에 대해서 가장 산란을 잘 시킨답니다. 그래서 하늘이 푸르게 보여지는 것이고요.
이렇게 공기중의 물질들은 신기한 일을 하고 있는데요, 이중 가장 많은 양을 차지하고 있는 원소인 질소는 우리와 정말 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 오늘은 이러한 질소에 대해 알아보도록 하겠습니다.
#내 몸 속의 질소
으쌰! 으쌰!
헬스장에 가면 이렇게 사람들이 열심히 운동을 하고 있는데요, 이렇게 운동을 하면 몸에 근육이 생겨서 멋진 몸매를 만들 수 있게 됩니다. 근육은 대부분 질소를 포함한 다양한 원소로 이루어진 단백질로 이루어져 있는데요, 이 단백질을 이루는 작은 단위를 아미노산이라고 합니다.
작은 아미노산들은 마치 레고처럼 조립되어서 하나의 단백질이 되는데요, 이때 이 레고 조각들을 연결해주는 것이 펩티드 결합입니다. 이 결합은 생각보다 단단하여서 하나의 단백질이 잘 깨지지 않게 해주는 데요, 이때 질소는 이러한 다리를 만드는 데 하나의 성분이 된답니다.
질소가 단백질의 주요한 구성 요소 이기도 하지만 체내에서는 다른 역할을 할 때도 있습니다. 산소 하나와 질소 하나로 이루어진 일산화질소는 우리 몸에서 신호를 전달해주는 물질인데요, 특히 혈관확장을 하도록 신호를 보내서 혈압을 낮추는 데에 역할을 하고 있답니다. 이것을 밝혀낸 과학자인 루이스 이그나로와 로버트 퍼치고트, 그리고 페리드 머래드는 이공은 인정받아서 노벨상이라는 어마어마한 상을 받게 되었답니다.
#냄새 나는 질소
‘아 더워~!!’
여름이 가까워 질수록 날씨는 더워지고 조금만 밖에 돌아다녀도 흐르는 땀! 우리 몸에서는 열을 식혀주는 중요한 역할을 하고 있지만, 사람들이 이 땀에 대해 불쾌감을 느끼는 이유는 끈적거리는 느낌 뿐만 아니라 바로 악취 때문이 아닐까요?
땀의 주요한 성분은 소금과 물이지만 그 외에도 지방산과 단백질, 그리고 냄새의 원인인 암모니아로 이루어져 있답니다. 체내에서는 활동하다가 보면 망가진 부속들을 생기고 이들을 제거해야 하는데요, 특히 단백질로 이루어진 부분은 그 안에 있는 질소 때문에 제거하는 과정 중 암모니아와 같은 노폐물들을 만들어 냅니다. 이렇게 생긴 노폐물은 몸에는 별로 좋지 않아서 배출하는 데요, 이것들이 땀과 소변으로 배출되어 악취를 내게 되는 것이랍니다.
#산성비, 스모그 나 때문이야
스모그는 연기(smoke)와 안개(fog)를 합쳐서 만든 용어로 오염물질들이 안개처럼 뿌연 물질을 만들어서 대기 중에 둥둥 떠다니는 것을 말합니다. 이러한 스모그를 만들어 내는 원인 중 하나가 바로 질소인데요, 평소에는 별다른 문제가 없지만 자동차의 고온 엔진과 같은 곳에 질소가 있으면 산소와 만나서 일산화질소나 이산화질소로 변하게 된답니다.
이렇게 생긴 물질들은 대기 속에서 빛을 흡수하여 산소분자와 화학반응을 일으킬 수 있습니다. 이때 생기는 물질 오존! 오존은 지구의 대기 최상층에 존재하여 자외선과 같은 생물에게 좋지 않은 빛을 차단하는 고마운 역할도 하고, 숲 속에서 있을 때 드는 상쾌한 느낌을 만들기도 합니다. 하지만 너무 많은 양이 존재하면 피부와 호흡기에 안 좋은 영향을 주어 문제가 생기게 되는 거지요.
또한 일산화질소와 이산화질소는 구름 속의 물과 만나면 질산이라고 하는 염산만큼 위험한 물질이 됩니다. 이렇게 생긴 질산이 비로 떨어지면 산성비가 되는데요, 화강암과 같은 물질로 된 건축자제나 기념탑 등은 산성비를 맞으면 녹아서 그 형태를 유지하지 못합니다. 또 식물은 토양이 산성화되어 잘 자라지 못하거나 산성비에 많이 노출될 경우에는 죽기도 합니다.
그래서 이러한 일산화질소나 이산화질소가 차량에서 생성되는 것을 막기 위해 쓰는 장치가 바로 촉매 변환기인데요, 이 안에는 백금 촉매가 있어서 엔진에서 생긴 일산화질소와 이산화질소를 다시 산소분자와 질소분자로 바꿔주어 산성비나 스모그가 생기는 것을 방지하고 있답니다.
#비료와 뿌리혹 박테리아
식물들에게 질소는 성장을 하는데 있어서 꼭 필요한 원소입니다. 그러나 동물처럼 다른 식물이나 동물을 먹어서 얻을 수 없어서 다른 방법을 이용하기도 하는데요 바로 뿌리혹박테리아를 이용하는 것입니다. 식물의 뿌리에 붙어 있는 이 박테리아는 공기 중에 돌아다니는 질소를 잡아서 식물이 흡수할 수 있는 형태로 바꾸어 줍니다. 그래서 식물들은 이를 통해 질소를 얻게 되는데요, 이 방법을 사용할 수 없는 경우 땅속에 있는 암모늄과 같은 질소가 포함된 것들을 흡수 한답니다.
그러나 밭이나 논에서는 키우는 농작물은 좁은 지역에 많은 식물이 자라기 때문에 충분한 영양분이 땅속에 존재하지 않는 경우도 있습니다. 그래서 이러한 곳에 영양분을 보충해주기 위해 비료를 만들어서 사용했는데요, 과거에는 가축의 배설물을 이용해 만들었지만 대량으로 공급하기는 힘들다는 단점이 있었답니다.
이를 대체하기 위해 개발된 것이 바로 화학적 비료입니다. 공기중의 질소를 이용해서 암모니아를 만들고 이를 다시 비료에 사용하는 방법이랍니다. 이 방법을 개발한 하버와 보쉬는 식량문제를 해결하는 데에 큰 공을 인정받아 노벨상을 받고 지금까지도 이것을 이용해 비료를 생산하고 있답니다.
지금까지 질소에 대해서 알아보았는데요, 우리 주변에서 좋은 역할도 하고 때론 우리게겐 안좋은 역할도 하는 질소, 두 얼굴의 질소라고 불릴만 하지 않나요?
참고문헌: Biochemistry 6th, E*PUBLIC, J.M.berg, J.L.Tymoczko, L.Stryer
General Chemistry, Thomson, Whitten, Davis, Peck, Stanley
냄새로 맡아보는 몸의 건강, 동아일보, 이진한