단백질은 수많은 아미노산이 '펩타이드 결합'으로 길게 연결된 뒤, 복잡하게 꼬이고 접혀서 특정한 입체 구조를 형성한 물질입니다. 강알칼리는 이 구조를 물리적, 화학적으로 파괴합니다.
1. 단백질의 변성 (Denaturation: 입체 구조의 붕괴)
단백질이 제 기능을 하려면 정교하게 접힌 3차원 구조가 유지되어야 합니다. 이 구조는 수소 결합, 이온 결합 등으로 유지됩니다.
- 전하의 변화: 강알칼리 상태(높은 pH)에서는 수산화 이온($OH^-$)이 풍부합니다. 이 이온들이 단백질 분자 내의 수소 이온($H^+$)을 떼어내면서 단백질의 전하 상태를 바꿉니다.
- 결합 파괴: 전하가 바뀌면 단백질 내부에서 서로 당기던 힘이 밀어내는 힘으로 변하거나, 수소 결합이 끊어집니다. 이로 인해 틈새 없이 단단하게 뭉쳐있던 단백질이 느슨하게 풀리게 됩니다.
2. 펩타이드 결합의 가수분해 (Hydrolysis: 사슬의 절단)
구조가 풀린 단백질 사슬은 이제 화학적 공격에 취약해집니다. 이때 강알칼리의 수산화 이온($OH^-$)이 단백질의 뼈대인 '펩타이드 결합'을 직접 공격합니다.
- 친핵성 공격: 수산화 이온이 아미노산 사이의 결합 부위(카보닐 탄소)를 공격합니다.
- 사슬 절단: 이 공격으로 인해 길었던 아미노산 사슬이 툭툭 끊어지며 짧은 조각(펩타이드)이나 개별 아미노산 단위로 분해됩니다.
- 수용성 변화: 거대했던 단백질 덩어리가 작은 조각들로 조각나면 물에 잘 녹는 성질로 변하여 씻겨 내려가기 쉬운 상태가 됩니다.
3. 일상생활에서의 예시
- 배수구 세정제(뚫어뻥): 배수구가 막히는 주원인은 머리카락(단백질)과 기름때입니다. 세정제에 들어있는 강알칼리 성분(수산화나트륨 등)이 머리카락의 단백질 결합을 끊어 흐물흐물하게 녹여버립니다.
- 비누 같은 촉감: 강알칼리 물질이 피부에 닿으면 미끈거리는 느낌이 납니다. 이는 알칼리가 피부 겉면의 단백질을 분해하고, 피부의 지방 성분과 반응해 일시적으로 '비누'와 유사한 성분을 만들기 때문입니다. (이는 사실 피부가 녹고 있다는 위험 신호입니다.)
요약
강한 알칼리성은 1) 단백질의 전하를 바꿔 꼬인 구조를 풀고(변성), 2) 아미노산 사이의 결합을 화학적으로 끊어(가수분해) 단백질을 완전히 파괴합니다.
산(Acid)성 물질보다 알칼리성 물질이 인체(단백질)에 더 위험하다고 하는 이유는, 산은 피부 겉면의 단백질을 딱딱하게 굳혀 침투를 늦추지만, 알칼리는 단백질을 녹여 액체 상태로 만들며 피부 깊숙이 계속 파고드는 성질이 있기 때문입니다. 소량이라도 강알칼리가 피부나 눈에 닿았을 때 즉시 물로 오래 씻어내야 하는 이유가 바로 이것입니다.