[우리문화신문=안승열 명리학자]  지구의 진화의 초기에 지질학적으로 생겨난 유기물이 산화되면서 원시 세포 내 수소이온의 농도가 높아진다. 수소이온은 세포를 산성화하여 생명을 위태롭게 하였음으로 세포는 이것을 제거하기 위해 미세한 장치를 수용하게 된다.

 

ATP 합성효소*

 

이것은 일종의 단백질로 만들어진 나노미터 크기의 기계 장치이며 ATP라는 물질의 합성에 절대적인 이바지를 한다. 초기 세포들은 이 ATP에 저장된 에너지로 수소이온을 제거했으나 세포가 진화하며 수소이온은 다른 방식으로 제거하고 ATP는 더 다양하고 중요한 용도로 쓰게 된다. 현대의 생명 과학자들은 이 기계장치를 ATP 합성효소라고 부른다. 아래 그림처럼, 위쪽은 13개의 원통, 아래는 6개의 반구 조각으로 구성된 터빈 모양을 하고 있다.

 

 

ATP합성효소는 ATP 합성에 반드시 있어야 한다. 동물의 경우 세포의 소기관 가운데 하나인 미토콘드리아*에 있고 식물은 엽록체에 들어있다. 현존하는 어떤 생명체에도 이보다 더 복잡하고 정교한 구조의 생체기계를 갖고 있지 않다. 이렇게 고도로 정밀한 나노머신(nanomachine)이 생명 진화의 최초기인 35억 년 전에 만들어졌다는 것은 실로 경이로운 일이다. 물론 당시 생명체가 살아남기 위해 무수한 우여곡절 끝에 장착하게 된 장치이지만 이 장치가 아니었다면 오늘날 지구상에 이같이 다양한 생명 종은 불가능했을 것이다.

 

ATP (아데노신 삼인산)

 

이 물질의 화학식은 위 그림과 같다. 4개의 붉은색 산소 원자 가운데 초록의 ‘인’ 원자가 보이는데 이것이 인산기이고 인산기가 셋이라 삼인산이다. ATP는 인산기가 둘인 ADP나 하나인 AMP에 인산기를 더 붙여서 만들게 된다. ATP 합성효소가 1분 동안 만드는 ATP 분자 수는 약 100개이며 성인이 하루에 만드는 ATP의 총 무게는 약 50kg이다.

 

ATP에 저장된 에너지는 합성된 지 수분 안에 인산기가 하나씩 떨어져 나가면서 소모된다. 궁극적으로 ATP에 저장되는 에너지를 동물의 경우는 포도당에서 식물은 자외선에서 얻는다. 그렇다면 세포는 왜 포도당의 에너지를 직접 사용하지 않고 ATP에 축적해서 쓰는가. 이는 포도당 한 분자의 에너지는 세포가 쓰기에 그 단위가 너무 크기 때문이다. 보통 한 분자의 포도당으로 30~40개의 ATP를 만들 수 있으며 이렇게 만들어진 ATP에서 인산기가 하나 떨어져 나가며 발생하는 에너지 크기라야 세포가 쓰기 편하다. 식물의 엽록체가 녹말을 만들 때도 자외선의 에너지를 직접 쓰지 못하고 ATP에 축적하였다 사용한다.

 

생체 에너지

 

식물의 엽록체에서를 이산화탄소와 물과 태양에너지로 녹말을 만든다. 동물은 녹말을 소화해서 포도당을 만들고 미토콘드리아의 ATP합성효소는 포도당의 화학적 에너지를 ATP에 저장해준다. ATP에 저장된 에너지는 인산기가 하나씩 떨어져 나가면서 생명을 유지하는데 필요한 에너지 곧, 생체에너지로 쓰인다.

 

ATP는 체온유지와 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각 등 모든 감각 작용에 필요한 에너지원이 된다. DNA, RNA, 단백질, 당류 등의 거대 분자 합성과 세포막과 같은 세포 구성 성분의 합성에도 ATP가 요구된다. 장기를 포함한 모든 근육의 수축 염색체 이동을 위한 세포운동, 세포 내막에서 일어나는 농도를 거스르는 이온 펌핑, 세포막의 전압 펄스 생성, 뇌의 각종 기능과 작용, 결국 인간의 의식, 필자가 이 글을 쓰고 독자들이 읽고 생각하는 일도 생체 에너지인 ATP에너지의 작용이다.

 

인간이 어떤 음식물을 섭취해도 에너지는 결국 ATP에 화학 결합 형태로 저장된다. 이상의 이유로 ATP를 생체 에너지 화폐라고 한다. ATP는 DNA와 함께 생명현상(=진화와 번식)을 주관하는 주역이다.

 

이제 ”기의 생물학적 실체는 ATP에 내재된 화학에너지“라는 가설을 제안하며 이어지는 연재에서는 ATP 에너지를 명리학의 입장에서 검토해 보겠다.

 

<낱말 풀이>

 

* 나노미터- 10억 분의 1미터.

* ATP 합성 효소(enzyme) - 모든 화학반응은 일정한 에너지 문턱을 넘어야 일어날 수 있다. 예를 들어, 한옥의 마당과 부엌 사이에는 높은 문턱이 있다고 하자. 부엌으로 들어가려면 일

단 이 턱을 넘어야 한다. 이 턱이 높으면 높을수록 부엌으로 들어가기 힘들다. 부엌의 바닥이 아무리 낮아도 이 턱을 넘지 않고는 부엌으로 들어갈 수 없다. 곧 부엌으로 쉽게 들어가려면 우선 이 문턱을 낮추어야 한다. 화학반응도 이와 같아서 반응 전과 반응 후 사이에는 에너지 문턱이 있으며 이 문턱을 낮추어야 반응이 잘 일어난다. 일반적인 화학반응에서 이 문턱 에너지를 낮추는 물질을 촉매라고 하며 생체 내의 생화학 반응에서 촉매 역할을 하는 물질을 특별히 효소라 한다.

 

ADP+ 인산기 하나 -> ATP가 되는데 이 반응의 전과 후에는 에너지 문턱이 있으며 ATP 합성 효소는 이 에너지 문턱을 낮추는 역할을 한다. 문턱이 낮아지지 않으면 이 반응은 거의 일어나지 않는다. 세상에 수많은 물질이 안정적으로 존재할 수 있는 이유는 바로 이 에너지 문턱 때문이다.

 

* 미토콘드리아 (mitochondria) - 진핵 세포는 DNA를 보호하고 있는 핵을 비롯해 여러 가지 소기관을 갖추고 있다. 그 가운데 과학자들이 미토콘드리아라고 부르는 일종의 박테리아가 있다. 이 들은 스스로 번식하는 독자적인 생명체로 숙주인 진핵 세포와 공생 관계를 유지하고 있다. 숙주세포가 기생세포인 미토콘드리아에게 양분, 포도당을 제공하면 기생세포는 그 양분으로 자신의 생존은 물론 숙주세포가 필요로 하는 ATP를 만들어 돌려준다. 동물 몸속 모든 세포에는 미토콘드리아가 있다. 20억 년 전 어느 날 이 같은 관계가 맺어진 뒤 생명체는 본격적으로 진화하였다.

 

※ 이어지는 연재는 ‘기의 생물학적 실체 3’