*** 생체분자 ***

건국대:김종배 교수

생체는 세포로 되어 있으며 또한 세포내에는 핵 미토큰드리아등 세포소기관들로 구성되어 있음은 이미 말한 바 있다. 그러면 세포 소기관을 구성하는 것은 무엇일까. 이렇게 따져 들어가면 결국은 물질을 구성하는최소 구성단위까지 가야 하겠지만 물질의 분체에 대해선 현대물리학에서조차 아직 명확히 규명을 못하고 있는 실정이다.

어쩌면 영원한 숙제로 끊임없는 탐구의 대상으로 남아 있으리라 생각된다. 물질은 분자로, 분자는 원자로,원자는 원자핵과 전자로 원자액은 중성자와 양성자로, 이것들은 또한 소립자로 되어있다는게 오늘날 우리들이 알고 있는 전부다 그렇다면 소립자는? 의문은 항상 꼬리를 물고 일어날 수밖에 없기에 어느 수준으로까지 제한해야만 할 것같다.

천연에 존재하는 92종의 화학원소중 27종만이 각종 생명체에 필수적인것이며 이중 가장 풍부하게 존재하는 4원소,즉 수소 산소 탄소 질소가세포중량의 99% 이상을 차지한다.

생체의 75% 이상이 물로 되어 있기에 이것을 제외한 ,즉 고형성 분만을따지면 탄소가 50-60%, 질소가 8-10% 산소는 25%-30% 수소는 3-4%를 차지하니 60KG의 체중에 있어서 탄소 + 질소 + 산소 + 수소 = 15kg 내외밖에 안된다. 사람의 가치를 이 원소들의 값으로 따지면 몇만원도 안되는보잘것 없는 것이 된다. 그러나 이 원소들을 합친다고 해서 사람이 결코 돈으로 따질 수 없는 소중한 그 무엇이 있는 것이 아닐까.

세포를 구성하는 분자, 즉 생체분자의 가장 주된 것은 단백질 핵산 다당류 및 지질과 같은 분자의 크기가 매우 큰 소위 거대분자(Macromole-cule) 이다. 이중에서도 단백질을 세포내에 가장 풍부하게 존재하는 거대분자로서 가장 중요하다.

영어 Protein은 그 어원이 그리스어 Proteios로서 [첫째의] 혹은 [최고의 뜻] 그대로 가장 중요한 생체분자라 해도 과언이 아니다.

DNA 정보 저장

핵속에 존재하는 염색체 즉 DNA 를 유전정보의 저장고라 일컫는데 다른말로 표현하면 유전자의 집합체라고 할 수 있다. 유전자 (Gene)란 한 단백질을 합성하는 정보라고 할 때 세포핵에는 수천에 달하는 유전자가 존재하며 이 유전자들이 발현된 단백질들이 결국은 각각의 생물에 대하여각기 다른 특성을 규정짓게 된다.

따라서 세포내의 수천 종류에 달하는 단백질은 각각의 유전자에 의해서규정된 특이적인 기능을 맡고 있다.

그러므로 단백질은 가장 풍부한 거대분자일 뿐만 아니라 그의 기능에있어서도 매우 다채롭다 혈액속의 헤모글로빈은 산소를 운반하는 기능을,항체란 단백질은 방어 기능을 호르몬과 간읕 단백질은 생리활성의 조절기능을 호르몬과 같은 단백질은 생리활성의 조절기능을 그밖에 영향분을저장하기도 하고 또한 생명체내의 각종 화학반응을 촉매하는 효소, 근육머리카락, 피부등의 주성분도 모두 단백질이고 보면 그 기능이 얼마나다양한가를 알 수 있고 또한 그 중요성을 인식할 수 있을 것이다.

그러나 모든 생물중에 들어 있는 단백질은 그의 기능이나 종류에 관계없이 기본적인 20종류의 표준아미노산으로 만들어져 있다. 즉 아미노산은 단백질을 구성하는 알파벳이라 할 수 있겠다.

그런데 어떻게 해서 어떤 단백질은 효소활성을, 다른 단백질은 호르몬활성을, 또 어떤것은 항체활성을 갖게되는 것일까. 이에대한 해답은 단백질의 다양한 구조로서 설명된다.

4 가지의 구조로 대별

단밸질의 구조는 크게 4가지로 나눌 수 있다.즉 1차, 2차,3차 그리고 4차구조로 대별되는데 먼저 1차구조 (Primary structure) 라 함은 아미노산의 배열순서 (Sequence) 를 말한다. 예로 사람의 헤모글로빈은 5백74개의 아미노산으로 이루어져 있는데 그 배열순서가 사람이면 어느 누구이든 동일하다 한가지 흥미로운 사실은 아프리카지역에 특히많은 유전성실질환의 하나인 [낫형- 세포 빈열증](Sickle-cell-anemia)이라는 게 있는데 이병을 앓는 환자들의 혈액속엔 정상인의 반정도밖에 안되는 헤모글로빈을 함유하고 적혈구의 모양이 길쭉하고 얇은 초승달 모양으로 낫의 칼날처럼 보인다. 연구결과 [낫형-세포 빈혈증]에 있어서 적혈구의 이상한 모양은 그 속에 들어 있는 헤모글로빈의구조변화 때문이며 결국의 아미노산 하나가 정상인의 것과 다르다는것이 밝혀졌다. 언뜻 생각하면 5백74개중 몇개 정도는 달라도 괜찮을것 같은데 그렇지 않다는 것은 무엇을 의미하는 것일까.

또한 5백74개의 배열순서가 하나의 오차도 없이 항상 일정하게 연결되는 것은 어째서 일까. 이것은 정밀한 이미 만들어진 설계에 의해서된 것임을 증명하는 좋은 예라 하겠다.

더욱 놀라운 사실은 이 지구상엔 천만종이나 넘는 생물이 존재하고각 생물중에는 수천가지 단백질이 존재한다. 그런데 한 종이 1천가지를 갖고 있다고 할 때 결국 각기 그 배열순서가 다른 1백억가지의 단백질이 존재한다는 사실인데 과연 20가지의 아미노산으로 그만한 숫자의 단백질을 만들어 낼 수 있을까 하는 점이다. 이 문제에 대한 해답은 고등학교 수학정도로 쉽게 풀 수 있다.

만약 ABC 3종류의 아미노산만으로 되어 있다면 ABC ACB BAC BCA CABCBA라고 하는 6종류의 배열순서가 가능하다. 그런데 20종류의 아미노산이 들어있고 아미노산 총수가 20개라면 2 * 10(18) 가지 배열 순서가 가능하고 여기에 같은 아미노산이 반복될 수 있고 아미노산 숫자도 수백 수천까지 가능하다고 할 때 가능한 단백질의 형태는 그야말로 무한대라 할 수 있다.

5백 74개의 아미노산으로 이루어진 헤모글로빈의 경우 만들어 낼 수있는 가짓수는 ? 그런데 놀랍게도 인체에 있어서 산소를 운반하는 기능을 제대로 정상적으로 수행할 수 있는 구조는 단 한가지 밖에 없다는 사실에 다시 한번 감탄하지 않을 수 없다.

진화론의 증거 안돼

진화론자들은 진화의 생화학적 증거로 단백질을 배열순서 즉 1차구조를 내세운다. 즉 사람의 헤모글로빈의 배열순서는 다른 어떤 동물보다도 원숭이로부터 진화했다고 주장을 한다. 구조가 가장 비슷한 것만은 사실이다. 그러나 그러나 비슷하다고 해서 그것이 진화를 증명하는 것은 결코 아니다.

배우중에 유난히 고 박정희 대통령과 닮은 사람이 있다.그 배우가 박대통령과 아무 인척관계가 없음과 같이 비슷하다는 사실만으로 진화의증거가 될 수 없음은 쉽게 이해되리라 생각한다. 더욱 중요한 사실은비슷하다고 해서 그 기능을 대체할 수 없다는 것이다.

다시 말해 원숭이와 사람의 헤모글로빈이 모두 다 산소를 운반하는 기능은 같지만 결코 대신할 수는 없다는 것이다.

사람의 헤모글로빈은 사람내에서만 산소를 운반할 수 있고 원숭이는원숭이이라는 종내에서만 가능할 뿐이다. 원숭이에서 사람으로 진화됐다면 결국 아미노산의 배열순서가 바뀌어야만 되는데 이미 앞에서 언급했듯이 아미노산이 한개만 바뀌어도 그 기능을 제대로 수행못하는데어떻게 진화가 가능하다는 말인가. 문제는 또 있다. 헤모글로빈은 비슷하다고 하더라도 다른 단백질은 그렇지 못한 경우도있기 때문이다.

이는 특정 단백질 하나만으로 진화의 발전단계를 비슷한 순서로 나열할 수 있을는지 몰라도 또 다른 단백질을 비교하면 그 발전단계 내지순서가 완전히 바뀔 수 있다는 점이다. 즉 어느 단백질을 기준으로 삼느냐에 따라 진화의 순서는 달라질 수밖에 없다는 뜻이다.

불과 20여가지의 아미노산으로 수백 수천만가지의 단백질을 만들 수있고 또한 이것들을 조화시켜 1천만가지 이상의 다양한 생명체를 만들어 내신 그분의 솜씨와 권능에 감탄과 찬양을 보내지 않을 수 없다.

[오라 우리가 굽혀 경배하며 우리를 지으신 여호와 앞에 무릎을 꿇자](시 95:6)