우리는 살아가기 위해, 배변활동 및 노폐물 배출이 이뤄져야 합니다. 노폐물 종류에는 암모니아, 요소 혹은 요산의 형태로 질소노폐물을 배출하게 되는데요, 그 독성과 만드는데 필요한 에너지 양은 각각 다르답니다. 오늘은 질소 노폐물의 종류에는 무엇이 있는지 한 번 알아보겠습니다.
암모니아
암모니아는 물에 매우 잘 녹지만 농도가 매우 낮아야만 인체에 해를 끼치지 않습니다. 따라서 암모니아의 형태로 배설하는 동물은 많은 양의 물이 필요하고, 이런 이유로 암모니아 형태의 배설은 주로 수생생물들에게서 볼 수 있습니다. 암모니아 분자는 쉽게 막을 통과하여 빠른 속도로 확산되어 없어집니다. 무척추동물 중에는 거의 몸 전체에서 암모니아를 배출하는 것들도 있습니다. 어류의 경우 대부분의 암모니아가 암모늄이온의 형태로 아가미에서 배출되고 신장에서는 적은 양만이 배출됩니다. 담수어류의 아가미 상피세포들은 암모니아와 소듐 이온을 교환하기도 하는데, 이는 체내 소듐 농도를 높게 유지하는데 기여합니다.
요소
암모니아 형태의 배설은 수중생물에서는 잘 작용하지만 육상생물에서는 그렇지 못합니다. 이는 앞에서도 언급했듯이 암모니아는 그 독성 때문에 매우 희석된 상태로만 생성 및 배출이 가능하고, 이를 위해서는 많은 양의 물이 필요한데 육상동물과 많은 종류의 해수동물은 이처럼 많은 물을 배출할 수 없기 때문입니다. 그 대신 포유류와 양서류 성체, 상어, 몇몇 경골어류 그리고 거북이 등은 요소(urea)를 배출하는 방향으로 진화하였습니다. 요소는 척추동물의 간에서 암모니아와 이산화탄소를 결합하여 만들어지며, 순환계를 통해 신장까지 전해진 후 배출됩니다. 이 요소의 장점은 암모니아에 비해 10만 배 정도 독성이 덜하다는 것인데요, 또한 고농도에서 비교적 안전하기 때문에 농축된 형태로 배설이 가능하여 수분의 손실 또한 줄일 수 있습니다. 반면, 요소를 합성하기 위해 에너지를 사용해야 하는 단점이 있습니다. 따라서, 에너지 효율면에서 볼 때, 수상과 육상 생활을 하는 생물의 경우 물속에서는 암모니아를 배출하여 에너지를 절약하고, 육상에서는 요소를 배출하여 수분 손실을 줄이는 것이 유리할 것으로 예측할 수 있습니다. 실제로 많은 양서류들이 수상생활을 하는 올챙이 시절에는 암모니아를 육상 생활을 하는 성체로 변태한 뒤에는 요소를 배출하는 것으로 알려져 있습니다.
요산
곤충이나 육상뱀, 새와 파충류들은 질소노폐물로 요산(uric acid)을 배출합니다. 요소와 마찬가지로 요산은 독성이 덜한데, 이에 더해 요산은 물에 잘 녹지 않는 형태여서 거의 반고체의 상태로 물의 소비가 거의 없이도 배출이 가능합니다. 이러한 장점이 있는 반면 단점도 있는데, 요산을 암모니아로부터 합성하기 위해서는 요소를 합성할 때보다도 더 많은 ATP, 즉 에너지를 소모해야 한다는 것입니다.
요약
질소 노폐물의 종류도 중요하지만, 질소노폐물의 양은 에너지 소모량과 연관이 있습니다. 그렇기 때문에, 질소노폐물의 양이 어떤 종류의 음식을 얼마만큼 먹는지에도 달려 있습니다. 사람의 경우 단백질로부터 에너지를 많이 얻기 때문에 탄수화물이나 지질에서 에너리를 얻는 동물들에 비해 다량의 질소노폐물을 배출하게 됩니다. 즉 인체의 메커니즘은 암모니아의 경우 독성이 워낙 강하기 때문에, 체내에서 독성이 덜한 여러 형태의 질소 노폐물의 종류를 통해 물질로 전환한 후 배출된다는 것을 알 수 있습니다.