독성식물과 독성물질

산나물, 산야초 공부를 할 때 만나게 되는 것이 독초, 독성식물입니다.

이는 식용이나 약용이냐에 따라 다르고, 또 같은 식용이라 하여도 날 것으로 먹느냐, 익혀 먹느냐에 따라 다르지만 정확히 알고 있어야 한다 생각합니다. 잘 정리된 자료가 있어 소개합니다(자료출처:국립수목원)

 

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독성식물이란?

독성식물의 개념

우리는 예로부터 식물을 이용하면서 식용식물, 약용식물, 독성식물로 나누기도 하지만, 독성식물이라도 식용이나 약용으로도 이용할 수 있으므로 명확한 경계로 구분하기는 매우 어렵다. 실제로 서양에서는 독성식물이라 하여 쳐다보지도 않는 고사리를 우리나라에 서는 봄마다 순을 따 정성스럽게 조리해서 식용하고 있으며, 많은 독성식물의 물질을 활용한 약학적인 연구개발이 진행 중이다.

독성식물의 사전적 정의는 ‘소량으로도 우리의 건강을 해치거나 생명에 위험을 일으키는 식물’로 협소하지만, 우리의 식생활 건강과 밀접하므로 ‘섭취 때문에 중독사례가 보고된 모든 식물’로 유연하게 해석할 필요가 있다.

우리나라에 자생하는 독성식물은 최근까지 중독사례가 보고된 식물을 기준으로 약 320여 분류군으로 알려져 있으나 독성식물에 대한 정의의 범주에 따라서 변동의 폭이 매우 클 수도 있다. 실제로 모든 식물은 약효를 나타내는 성분을 가지고 있으며, 식·약용식물 또한 섭취량에 따라 또는 제법에 따라, 때로는 체질의 차이에 따라 누군가에게는 독을 품은 식물이 되기도 한다.

또한, 최근에는 많은 사람이 우리 생활에 정서적 안정감을 주는 화려한 관상식물들을 실내외에서 키우고 있지만, 그 식물들의 내면에 숨겨진 독성을 우리는 전혀 인지하지 못하는 경우가 많으므로 위험에 쉽게 노출될 수 있다. 이렇듯 우리 생활 주변의 식물은 우리에게 약과 독이라는 양면성을 항상 가지고 있음을 주의해야 하며, 독성식물의 개념 이해와 정의에 대한 유연한 인식이 필요하다.

 

독성식물 출현에 대한 이야기

 

지구의 모든 생물은 근본적으로 지구환경의 변화와 약육강식이라는 먹이사슬의 구조를 이루며 진화를 거듭해 왔다.
대략 4억 3천만 년 전인 실루리아기에 식물은 황량한 육상에 처음으로 뿌리를 내리기 시작한다. 쿡소니아(Cooksonia pertoni)는 현재까지 화석으로 발견된 최초의 육상식물이며, 육지의 다양한 식물로 분화해 나갈 첫 단추를 끼운 종으로 알려져 있다. (D. Edwards & J. Feehan., 1980)

식물은 광합성을 하는 독립영양체 생물이지만 이동 운동을 하지 않는 특징을 갖는다.
독립영양이 가능한 식물은 육상 생태계를 번성하게 만든 근간이었지만, 움직이지 못하는 이유로 뜻하지 않게 먹이사슬의 최하층에 위치하게 된다. 그렇기에 식물은 생존과 번식을 위해 식물종간의 경쟁과 더불어 포식자들로부터 자신들을 지키기 위한 가장 효과적이고도 강력한 방어 체계가 필요했을 것이다.

식물의 방어기작 진화에 관하여는 명확하게 밝혀진 것이 없으나, 여러 주변 환경 등의 이유로 인해 식물은 자신을 지킬 수 있는 수단으로 특별한 대사물질(유독성분)을 가지는 생존전략을 선택했으리라 추정된다.

몇몇 학자들은 식물이 독성물질을 가지게 된 시점이 중생대의 쥐라기 시대부터 백악기시대 즈음이라 주장한다. (PR Crane, S Lidgard., 1989) 실제로 백악기와 중생대에는 이전과는 다른 식물화석기록이 발견되며, 백악기에는 플라타너스, 월계수, 무화과나무와 같은 꽃을 피우는 피자식물(현화식물)이 등장한다.

다양한 육상동물들이 출현하기 시작하면서 피자식물은 진화를 거듭하여 동물, 바이러스, 해충 등으로부터 자신을 방어할 물질을 만들게 된다. 이것이 바로 알칼로이드(alkaloid) 성분인데, 식물의 성장에 있어 중요한 구성성분인 질소(nitrogen) 일부를 이용하여 만들어지며, 움직이지 못하는 식물이 외부로부터의 공격에 방어할 수 있는 독성을 가졌을 것으로 추정된다.

 

우리나라의 독성식물 현황

 

현재 우리나라의 독성식물 종류는 점차 늘어나는 추세다. 해외로부터 다양한 식물의 도입과 재배작물의 야생화가 대표적인 원인으로 판단된다.
독성식물 종의 현황은 식물 독성학 관련 논문이나 전문 서적에 의하면 약 330여 분류군이 알려져 있는데, 같은 성질을 가지는 근연분류군을 포함하면 거의 900여 분류군에 이르며, 미나리아재비과(Ranunculaceae), 국화과(Asteraceae), 백합과(Liliaceae) 순으로 많은 독성식물이 분포한다.

 

식물의 대표적 독성물질

 

독성식물, 독성물질

 

알칼로이드(Alkaloid)

알칼로이드는 예전에는 질소를 포함한 아미노산으로 만들어진 식물 유래 화학 물질이라 정의되었으나, 현재는 자연적으로 존재하며 식물, 박테리아, 균류, 동물 등의 생물이 만들어내는 질소를 포함하는 물질 전체를 의미한다.

알칼로이드는 포유동물의 신경계에 작용하거나 암이나 병원균의 성장을 억제하는 등 다양한 생리 활성을 가지고 있다. 대부분 염기성을 띄고 있으므로 식물로부터 추출이 쉬우며, 현재까지 20,000종류가 넘는 알칼로이드 물질이 발견되었다.

알칼로이드는 인돌(indole), 아이소퀴놀린(isoquinoline), 퀴놀린(quinoline), 트로판(tropan), 피롤리지딘(pyrrolizidine), 퀴놀리지딘(quinolizidine) 등의 질소를 포함한 헤테로 고리를 가지며, 구조가 복잡하다. 질소를 포함하고 있으나 알칼로이드로 분류되지 않는 물질도 있는데, 일반적으로 아미노산, 염기, 아민 등이 그러하다.
알칼로이드 대부분은 독성을 가지고 있으며, 아래와 같이 일부 성분들은 약물로 개발되어 사용되기도 한다.

 

우리 주변에서 흔히 사용되는 알칼로이드의 종류와 그 용도

• 니코틴(nicotine): 각성 및 신경 안정
• 디메틸트립타민(N,N-dimethyltryptamine): 환각 작용
• 모르핀(morphine): 통증 완화
• 상귀나린(sanguinarine): 항균제
• 아트로핀(atropine): 해독제
• 카페인(caffeine): 중추신경 자극제
• 캠프토세신(camptothecin): 항암제
• 코카인(cocaine): 흥분제
• 코데인(codein): 기침 억제
• 퀴닌(quinine): 말라리아 치료제
• 하르말린(harmaline): 중추신경 자극제
• 헤로인(heroin): 진통제, 모르핀으로 부터 합성

 

 

사포닌(Saponin)

라틴어의 sapo(비누)에서 유래한 사포닌(saponin)은 다양한 식물에 함유된 양친매성 배당체(amphipathic glycoside)로서 계면활성, 세제 활성 등의 작용을 한다.

식물체 내에서 사포닌은 주로 다른 곰팡이나 미생물로부터의 공격을 방어하는 역할을 수행할 것으로 예상하며, 동물에게도 다양한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

귀리나 시금치에 존재하는 일부 사포닌이 동물의 소화과정 및 영양소 흡수를 촉진한다는 보고가 있기는 하지만, 대부분 사포닌은 쓰고 얼얼한 맛을 가지고 있어 포유류가 섭취 시 위장 자극이 일어날 수 있으며, 사람 또한 마찬가지이다.
알팔파의 사포닌은 소가 섭취했을 때 소화 장애와 고창증(bloating)을 유발할 수 있으며, 때죽나무의 에고사포(egosaponin)과 같은 몇몇 성분은 어류와 같은 냉혈동물(cold-blooded animal)에게 독성이 있는 것으로 밝혀졌다. 특정 농도의 사포닌은 곤충에게도 독성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 대부분 사포닌은 독성을 가지고 있으나, 아래와 같은 용도로 이용되기도 한다.

 

우리 주변에서 흔히 사용되는 사포닌의 종류와 그 용도

• 엘루테로사이드(eleutheroside): 혈당상승 억제, 인슐린 저항성 관련 질환 예방
• 키라야사포닌(quillaja saponin): 세정제, 발포제, 백신의 보조제, 유화향료 등
• 글리시리진(glycyrrhizin): 한약재, 음식과 담배 등의 단맛을 증진
• 연명피 사포닌: 세안료
• 진세노사이드(ginsenoside): 중추신경계, 내분비계, 면역계, 대사계 등 약용효과

 

배당체(Glycoside)

배당체는 식물계에 널리 분포하는 성분 중 하나로, 가수분해효소의 작용으로 인하여 당(糖) 부분과 아글리콘(aglycone) 또는 게닌(genin)이라 칭하는 비당(非糖) 부분으로 이루어진 물질을 의미한다.

구조적으로는 식물에 함유된 유기화합물의 수산기에 당의 anomerichydroxyl group(헤미아세탈성 또는 헤미케탈성 히드록실기)가 에테르 형태로 결합한 화합물이다. 배당체를 이루고 있는 당은 대부분 포도당, 갈락토즈 등의 단당류이다. 배당체의 생리적 작용은 대부분 아글리콘 또는 게닌이라 칭하는 비당 부분에 의하여 일어난다.

 

우리 주변의 배당체와 용도 및 특성

• 페놀(phenol) 배당체: 호흡기, 콩팥, 요도 등으로 배출되며 소독작용이 있다.
• 청산(cyanophore) 배당체: 장미과 벚나무(Prunus)속, 콩과 등 식물에 주로 함유되어 있으며 시안화수소(HCN)를 생성한다.
• 안트라키논(anthraquinone) 배당체: 주로 설사를 유발한다.
• 강심(cardiac) 배당체: 스테로이드 계통의 화합물로서 강심작용을 나타낸다.
• 사포닌(saponin) 배당체: 위벽을 자극하여 반사적 구토를 일으키며, 이외로도 이뇨제, 강장약, 자극약 등으로 사용되며, 악성종양의 치료에 사용되기도 한다.
• 쓴맛 배당체(고미질, amara)
• 쿠마린(coumarin) 배당체: 진경작용, 항암작용, 관상피줄확장작용, 여성호르몬유사작용, 억균작용 등을 나타낸다.
• 플라보노이드(flavonoid) 배당체: 모세혈관의 투과성을 낮추는 작용, 이뇨작용, 혈압을 낮추는 작용, 자궁수축작용, 설사작용, 구충작용, 동상 예방효과 등을 나타낸다.

 

청산배당체에 속하는 아미그달린(Amygdalin)

덜 익은 매실의 과육과 씨앗에는 아미그달린이라는 청산배당체를 함유하고 있다.
아미그달린은 장내 효소인 아미그달라제(amygdalase)에 의해 분해되어 시안산화합물을 생산해 중독을 일으킨다.
생체에 흡수된 청산은 중추신경의 자극과 마비를 동시에 일으키며, 혈액 중의 산화 환원 작
용을 방해하여 생명 활동에 문제를 일으킨다.

 

칼슘염(Calcium salt)

칼슘은 생체활동에 있어서 필수 불가결한 물질이다.
인체 내에서 칼슘이온(Ca)은 골격과 치아의 구성성분으로 존재하거나, 모세혈관의 투과성에 관여하고, 근의 흥분수축기구에 필수적으로 사용된다. 또 염화칼슘 등의 칼슘염은 지혈, 출혈 방지, 저칼슘혈증에 따른 경련, 골연화증 등에 이용된다. 우리가 흔히 알고 있는 칼슘 이온은 불안전한 원소로서 자연 상태에서의 칼슘은 다른 물질과 결합하여 화합물의 상태로 존재한다.

탄산칼슘(CaCO3, calcium carbonate), 주석칼슘, 인산칼슘(calcium phosphate), 황산칼슘(CaSO4, calcium sulfate), 구연산칼슘(C12H10Ca3O14·4H2O, calcium citrate), 수산칼슘(Ca(OH)2, calcium oxalate) 등의 칼슘염은 세포 내에서 결정을 형성하여 신장결석, 가성통풍 등의 건강상 문제를 일으킬 수 있다.

 

우리 주변에서 흔히 사용되는 칼슘염의 종류와 그 용도

• 탄산칼슘(calcium carbonate): 제산제(위산과다 억제), 인결합제, 식물 비료 등
• 황산칼슘(calcium sulfate): 두부 응고제, 인산질비료 재료, 석고 등
• 인산칼슘(calcium phosphate): 단백질의 흡착제, 베이킹파우더, 영양제 등
• 구연산칼슘(calcium citrate): 산도조절제, 칼슘강화제, 조직응고제, 구연산 제조 등

 

반응성이 있는 저분자 대사물질

 

| 에탄올(C2H5OH, Ethanol)

에탄올은 포도당, 과당과 같은 당류가 혐기성 발효되면서 생성되는 물질이며, 흔히 쌀과 감자 같은 녹말 원료가 아밀라아제에 의하여 분해될 때 만들어진다.
적은 양은 사람에게 활기를 높이는 역할을 하지만, 혈중알코올농도(BAC) 1.4g/L를 넘기게 되면 중추억제 작용, 근육 긴장의 감소, 빈맥, 이뇨증가, 고혈압, 구토, 감각과 운동능력 장애, 적혈구 생성저하, 치매, 지방간 또는 간경화, 말초신경병증 등의 중독증상이 발현된다.
에탄올은 나트륨과 칼륨에 의하여 조절되는 아세틸콜린, 글루타메이트, 세로토닌의 작용을 길항하는 작용을 하는데, 이는 진정제·최면제 용도로 사용되는 바르비투르 계의 성분과 비슷하다.

 

| 옥살산(수산, Oxalic acid)

옥살산은 식물에서 생성되는 강한 산성의 다이카르복시산이다.
용해도가 낮은 수산칼륨 결정은 날카로운 침상결정으로 특히 인체에 유해하다. 옥살산과 옥살레이트는 몇몇 식물을 제외하고 0.1% 미만의 낮은 농도로 함유되어 있으며, 흔히 천남성과, 백합과, 콩과 등의 식물에 함유되어 있다. 피부 또는 점막 자극이 있으며, 경구로 섭취 시 유해하다.

 

| 포름산(Formic acid)

쐐기풀과(Urticaceae) 식물인 Urtica, Girardinia, Loasa 등의 자모, 잎과 뿌리에 낮은 농도로 함유된 물질이다. 경구로 섭취 시 유해하며, 피부질환을 일으킬 수 있다. 간 기능 및 신장 기능에 해를 끼치며 동물실험에서 호흡 기능 저하가 관찰되었다.

 

| 글리옥실산(Glyoxylic acid), 글리콜산(Glycoylic acid)

완전히 익지 않은 과실과 어린잎 등에 함유되어 있으며, 성장함에 따라 사라진다.
에틸알코올, 아세트알데히드 등이 산화될 때 생긴다. 호흡기 자극성 물질이며, 섭취 시 부식성 피해가 있고, 신장 기능 장애를 일으킬 수 있다.

 

| 모노플루오로아세트산(Monofluoroacetic acid)

Dichapetalum cymosum (Dichapetalaceae), 콩과의 Oxylobium, Gastrolobium 등의 몇몇 식물에 함유된 유독한 산이다.
플루오로아세트산을 수산화나트륨으로 중화하여 만드는 모노플루오로아세트산나트륨은 제2차 세계대전 중 미국에서 쥐약으로 사용하였을 정도로 독성이 강하여 특성 독물로 취급된다.

 

| 안식향산(Shikimic acid)

팔각회향, 구스베리, 붓순나무의 과실 등에 함유된 식물 수지로 이루어진 성분으로 benzoic acid라고도 불린다. 식품의 보존료 외에 의약품, 향료, 공업원료 등으로 사용된다. 안식향산나트륨이 비타민C와 만날 경우, 1군 발암물질인 벤젠이 소량 생성된다.

 

| 말론산(Malonic acid)

산형과, 콩과, 벼과, 명아주과 등의 식물에 흔히 칼슘염의 형태로 함유된 물질이다.
경구로 섭취 시 구역질, 구토, 위통 등의 소화기계 증상과 함께 호흡 기도를 자극하여 호흡곤란, 후두염 등을 일으키며, 피부 자극이 있다고 보고되어 있다

 

 

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자료출처 : 국립수목원