생명의 정의마저 흔드는 대사의 <있을 수 없는 반응>(2/3)

생명의 정의마저 흔드는 대사의 <있을 수 없는 반응>(2/3)

--이어지는 보고는 생명의 기원해명의 열쇠인가--

 

 

살아있는 세포를 구멍이 뚫린 컵에 쏟는 물에 비유

 

최초의 대사

 

생명은 기본적으로 활동적이다. 수목처럼 정지하고 있는 것처럼 보이는 생물도 미미한 스케일로는 격하게 활동하고 있다.

현재는 영국 유니버시티 카레지 런던(University College London/UCL）에 재적하고 있는 사비엘 씨는 살아있는 세포를 구멍이 뚫린 컵에 쏟는 물에 비유하고 있다. 쏟아지는 물의 양과 밑바닥에서 흐르는 양이 같으면 컵 안의 물의 양은 변하지 않으나 속은 변화하고 있다.

같은 모양으로 모든 생물은 영양을 받아들여 그것을 써서 몸을 만들거나 수복하거나 하고 있다. 끊임없이 수 천 종류의 화학반응이 어떤 물질을 다른 물질로 바꾸고 그 물질을 필요로 하는 장소에 운반하고 있다. 이러한 반응의 모두가 생물의 대사를 구성하고 있다. 대사가 정지하면 생물은 죽는다.

대사의 화학반응은 생명으로서는 매우 중요하기 때문에 많은 연구자는 최초에 살았던 세포의 중핵에는 대사가 있었음에 틀림이 없다고 생각하고 있다. 대사 엔진마저 시동하면 생명에 필요한 다른 화학물질을 만들어낼 수 있어서 서서히 세포가 자기조직화하여 갈 것이라고 프랑스의 스트라스부르대학(Strasbourg University)의 조셉 모란 씨는 말한다.

 

그러나 생명은 대사로부터 시작하였다고 하는 가설은 어느 것이나 같은 문제에 직면한다. 대사과정은 생명 그 자체와 같이 놀라울 정도로 복잡하다. 세균의 최후의 공통선조에 관한 사피엘 씨의 연구에서도 이 고대의 생물의 유전자는 대사과정을 통하여 243 종류의 화학물질을 만들 수 있었을 뿐 아니라 어떤 화학물질을 다른 화학물질로 변환할 수도 있었다고 추정하고 있다.

대사의 개개의 경로도 복잡하다. 예를 들면 구연산회로(구레브스회로)는 세포가 영양소에서 에너지를 만들어내는 구조의 하나인데 구연산(감귤류의 산미의 근원이 되는 화학물질)에서 시작하여 8종류의 화학물질로 변환시킨 후 최후로 다시 구연산이 된다. 그 과정에서 여러 가지 물질이 만들어져서 세포내의 다른 장소로 분배된다.

이러한 복잡한 프로세스가 자연히 시작되었다고는 생각하기 어렵다. 다시 귀찮은 것으로 구연산회로와 같은 프로세스가 기능하기 위해서는 화학반응을 가속하는 산소가 필요하다. 그러나

산소는 그 자체가 복잡한 분자이고 유전자의 제어 하에서 대사에 의하여서만이 만들어진다.

곧 과학자들은 세포를 만들기 위한 화학 엔진과 엔진을 만들기 위한 세포기구의 어느 쪽이 먼저 된 것인지 대사는 원인인지 결과인지 하는 <닭이 먼저인지 알이 먼저인지>와 같은 디렘마에 직면하고 있다.

 

엔진이 움직이는 조건을 찾는다.

 

해당계의 반응이 자연히 일어나는 것을 발견한 라르사 씨 팀은 효소 없이 진행하는 대사반응을 다시 조사하기로 하였다. 씨 등은 해당계에 등장하는 12종류의 화학물질(대사중간체)를 각각 순수한 물에 녹여 5시간에 걸쳐 70도C로 가열하였다. 이것은 해저화산 부근의 조건을 모방한 것이다. 그러자 해당계나 관련하는 대사경로의 화학반응이 17종류나 시작하였다.

그래서 라르사 씨는 켐브리치대학의 지구화학자 알렌산더 다친 씨에게 연락을 취하여 원시의 바다에 녹아있었을 것으로 생각되는 화학물질의 리스트를 얻었다. 리스트에는 철이나 나트륨 등의 금속도 함유되어 있었다. 라르사 씨 등은 상기의 용액에 이러한 화학물질을 더해서 반응이 더 잘 진행되는지 어떤지를 확인했다.

<하나만 잘 나갔다. 철이다.>라고 라르사 씨는 말한다. 씨 등은 2014년까지에 완전한 대사회로를 포함한 28의 화학반응을 일으키는 데에 성공했다.

 

그리고 최초의 연구 성과를 바탕으로 2017년까지에는 유산염에 의하여 구동하는 구연산회로를 만드는 데에 성공할 뿐 아니라 <당신생(糖新生)>이라 불리는 프로세스에 의하여 단순한 화학물질에서 당을 만드는 데 성공하였다.(단지 후자의 반응은 얼음 속의 아니면 일어나지 않는다.)

효소를 필요로 하지 않는 대사회로의 아이디어는 모란 씨와 씨가 스트라스브르크대학 (Strasbourg University)에서 지도하고 있던 카미라 무호우스카 씨에게도 받아들였다. 양씨는 이산화탄소를 아세칠보효소A(CoA)로 변환하는 <아세칠 CoA경로> 등 다른 대사과정에 대해서도 같은 모양으로 성과를 올리고 있다.

그러나 과학자들은 생명의 여러 가지 메커니즘을 연구하는 중에서 몇 번이나 역(逆)구연산회로로 되돌아갔다. 이 프로세스는 기본적으로 구연산회로를 역행시킨 것이고 일보의 세균이 이산화탄소와 물에서 복잡한 탄소화합물을 만들기 위하여 이용하고 있다. 그래서 이 프로세스가 매우 오랜 것이라는 것을 나타내는 증거가 있다.

 

라르사씨와 같은 모양으로 노란 씨와 무호우스카 씨는 철 등 금속을 이용하여 실험실에서 화학반응의 진행을 촉진했다. 2017년에는 역(逆)구연산회로의 11의 반응 주에서 6을 일으킬 수가 있었다고 보고하고 그 2년 후에는 새로운 반응을 발견하였다.

<또 회로의 전체를 만들어 내는 것은 되지 않았다.>고 모란 씨는 말하지만 양씨는 그에 가까이 가 있다. *

 

일본어원문=生命の定義をも揺るがす代謝の「ありえない反応」、相次ぐ報告は生命の起源解明の 鍵か

출처=https://news.yahoo.co.jp/articles/