활성산소(活性酸素, Reactive Oxygen Species, ROS)는 산소 원자를 포함하는, 화학적으로 반응성이 높은 분자들을 통칭하는 용어이다. 영어 명칭인 Reactive Oxygen Species의 약자인 ROS로도 널리 불린다.
정의 및 분류
활성산소는 산소의 정상적인 대사 과정에서 생성되는 부산물로, 일반적인 산소 분자(O₂)에 비해 반응성이 매우 높은 화학종을 의미한다. 주요 종류로는 초과산화물 음이온(superoxide anion, O₂⁻), 과산화수소(hydrogen peroxide, H₂O₂), 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical, ·OH), 일중항 산소(singlet oxygen, ¹O₂) 등이 있다. 이들 중 일부는 짝지어지지 않은 전자(unpaired electron)를 가지고 있어 자유 라디칼(free radical)의 성질을 띤다.
생성 경로
생물체 내에서 활성산소는 주로 미토콘드리아의 전자전달계(electron transport chain)에서 산소가 전자를 받아 물로 환원되는 과정 중에 부산물로 생성된다. 그 외에도 세포 내 다양한 효소 반응(NADPH 산화효소, 크산틴 산화효소 등), 자외선(UV) 노출, 전리 방사선, 환경적 스트레스 요인 등에 의해서도 생성될 수 있다.
생리적 역할
활성산소는 과도하게 축적될 경우 유해한 것으로 알려져 있으나, 정상적인 농도에서는 세포 신호 전달(cell signaling)과 항상성 유지(homeostasis)에 중요한 역할을 수행한다. 예를 들어, 면역 세포(대식세포, 호중구 등)는 활성산소를 이용하여 침입한 병원체를 제거한다.
산화적 스트레스(Oxidative Stress)
활성산소의 생성과 항산화 방어 체계 간의 균형이 깨져 활성산소가 과도하게 축적된 상태를 산화적 스트레스라고 한다. 이 상태에서는 활성산소가 세포 내 지질, 단백질, DNA 등 생체 분자와 비특이적으로 반응하여 세포 구조를 손상시킬 수 있다. 이러한 손상은 노화(aging), 비만, 심혈관 질환, 신경퇴행성 질환(알츠하이머병, 파킨슨병), 암 등 다양한 질환의 발병 기전과 연관성이 있는 것으로 연구되고 있다.
항산화 방어 체계
생물체는 활성산소로 인한 손상을 방어하기 위해 항산화 물질계(antioxidant system)를 갖추고 있다. 대표적인 항산화 효소로는 초과산화물 불균등화효소(superoxide dismutase, SOD), 카탈레이스(catalase), 글루타티온 과산화효소(glutathione peroxidase) 등이 있으며, 비효소적 항산화 물질로는 비타민 C(아스코르브산), 비타민 E(토코페롤), 글루타티온(glutathione) 등이 있다.
