KISTI의 과학향기

바닥에서 천장까지 수조 개의 모래와 백만 개의 밥알로 채워봅시다.

수백 수천 개의 포도와, 몇천 개의 사과, 수박 묶음도 함께 넣어주세요

이 상황이 당신 속 세포들의 모습입니다.

우리가 방금 넣었던 모래만큼 물분자가 세포 속에 있습니다.

물은 세포를 부드러운 젤리처럼 해주고 내부 물질이 쉽게 움직일 수 있도록 해줍니다.

밥알이나 과일처럼 다른 물질은 단백질을 나타냅니다. 총 수십억 개나 있고,

종류는 만개가 넘습니다. 이런 단백질들은 세포의 기능에 관여하게 됩니다.

당신의 세포는 일반적으로 단백질 로봇입니다. 삶 전체를 본다면 더욱이요.

사실 우리 몸의 모든 고체는 지방과 단백질로만 이루어져 있습니다. - 뼈까지 말이죠.

단백질은 무생물이 살 수 있게 해줍니다. 어떻게 하는걸까요?

생명의 언어

세포가 살기 위해서는 정말 많은 것들을 해야 합니다. 음식을 소화해서

성장 및 구조물을 만들어야 하고, 위험에서 벗어나거나 자극에 반응해야 합니다. 그뿐만 아니라 자신을 복제할 수도 있어야 합니다.

이 모든 것을 수행하려면 타 세포와 의사소통해야 합니다. 이때 단백질이 단어 역할을 해줍니다.

어떻게 작동하는지 간단하게 살펴봅시다.

모든 것의 시작은 아미노산입니다. 작은 유기물 분자이죠. 이들이 이 언어에 알파벳이 됩니다.

다른 문자처럼 21개로 구분됩니다. 아미노산 a, 아미노산 b, 아미노산 c처럼요.

만약 50개의 아미노산을 아무렇게나 뭉치게 되면,

단백질 하나가 됩니다: 생명의 언어에 단어가 되죠.

그리고 많은 단백질을 다시 뭉치면,

생물학적 경로라고 불리는 문장을 얻을 수 있습니다.

더 쉽게 가봅시다. 예를들어, 세포가 생명의 언어를 활용해 설탕을 분해(Break)하려고 합니다.

이제 아미노산 (b, r, e, a, k)를 이용해서

분해라는 단어를 만들게 됩니다. 그리고 다른 문장들과 결합하여

생물학적으로 "설탕을 분해해라!" 라는 의미가 담긴 문장이 만들어집니다.

사실상 이는 너무 복잡해서 상상하기에는 무리가 있습니다.

당신은 사람이 8000개의 단어로 소통하지만,

그 언어는 아마 20000개의 단어가 있을 것입니다. 그리고 영어 단어는 평균적으로 5글자로 이루어져 있으나,

생명의 언어는 단백질을 형성하는 아미노산 375개로 이루어져 있습니다. 심지어 가장 긴 단백질은 3만 개 이상 있습니다!

그리고 세포는 순간마다 수천 개의 대화를 주고받아야 합니다.

말하지 않는 순간, 죽게 됩니다.

좋아요. 하지만 감정이 없는 세포가 어떻게 복잡한 언어를 소화할 수 있을까요?

조금만 더 깊게 가봅시다.

단백질을 만들 수 있는 아미노산은 총 21개입니다.

그리고 단백질은 아미노산 수백, 수천 개의 아미노산으로 이루어져 있습니다.

평균적인 인간의 세포 단백질 375개로 우리는 6.8 x 10^495개의 단백질을 만들 수 있습니다.

이 정도 수는 우주 원자의 10^418배보다 더 큰 수 입니다.

대부분의 단백질은 의미 없습니다. 사람의 언어처럼,

아무렇게나 만든 단어는 그냥 헛소리입니다. 그래서 당신은 무슨 단어가,

어떤 단백질이, 제대로 의미를 품고 있는지 알아야 합니다.

이 역할은 DNA가 맡습니다, 긴 지침서를 보고 올바르게 배열합니다. 만약 한개의 DNA를 길게 늘어놓는다면,

그 길이는 약2미터 정도될 것입니다. 그리고 당신 몸 전체의 DNA를 풀면,

지구에서 태양까지 20번 왕복할 수 있는 거리가 됩니다!

당신의 DNA의 1%는 유전자로 이루어져있습니다.

유전자는 세포가 올바르게 말할 수 있도록 생명의 언어에 모든 단어를 담고 있는 기본적인 단백질 사전입니다.

그뿐만 아니라 세포에 필요한 모든 단백질을 만드는 설명서이기도 합니다.

그리고 남은 부분은 기본적인 규칙을 정합니다.

마치 생명의 언어에 문법책처럼 말입니다: 어떤 종류의 단백질이 만들기 위해 필요한가?

시간은 언제, 얼마나 만들어야 하는가? 어떤 단백질이 결합이 잘되고, 왜 그런가?

이처럼 DNA는 문자, 단어, 문장을 나타낸 사전이자 문법책입니다. 하지만 지금까지 설명한 과정은

머리가 터질 듯이 복잡한 것들에 대한 비유일 뿐입니다. 조금만 더 깊게 알아보고 진실을 발견해봅시다.

어떻게 죽은 단백질이 생명을 탄생시키는가

지금쯤 당신은 기본적인 개념은 알고 있을 겁니다, 우리는 죽은 물체가 어떻게 생명을 만드는지 함께 이해할 기회가 있습니다.

그러기 위해선 우리는 근본적인 우주의 힘인 전자기력이 필요합니다.

기본적인 원자가 모여 입자를 만들고, 이 입자는 아미노산을 만듭니다.

이들은 서로 밀어내거나 당기는 것처럼 서로 다른 전하를 띄고 있습니다.

21개의 아미노산도 서로 조금씩은 차이가 있습니다.

어떤 건 음전하를 띄고, 다른 건 양전하를 띄죠.

기본적으로 당신의 세포가 단백질을 만들게 되면, 서로 다른 아미노산을 나열해 긴 체인처럼 만듭니다.

이때, 다른 아미노산을 사용했으므로, 처음 단백질은

스스로 구부러지게 됩니다. 이 접히는 과정은 너무 복잡해서 아직 정확히

이해하고 어떻게 작동하는지 알지 못합니다. 그래도 결론을 말하자면, 1차원이었던 단백질이 3차원이 됩니다.

단백질은 일반적으로 정말 특이한 3차원 퍼즐 조각 같습니다. 단백질은

어떤 모양이든 존재할 수 있고, 3차원이기에 어떤 부분이 적합지 알 수 있고,

그리고 어떤 단백질이 자신과 결합되는지 알고 있습니다!

이 모든 전자기 퍼즐은 다른 퍼즐과 맞을 수도, 아닐 수도 있습니다.

딱 맞물린다면, 전자기력이 바뀌게 됩니다. 다시 말해, 모습을 바꾸게 됩니다.

이렇게 새로운 단백질이 되면 새롭게 다른 것들을 할 수 있습니다.

이렇게 보면 단백질은 정말 강해 보입니다. 단백질만 있으면 못할게 없으니깐요!

레고 조각처럼 복잡한 건축물도 만들거나,

무언가를 분해할 뿐만 아니라 작고 복잡한 기계를 만들어 일을 할 수도 있습니다.

그래도 이 중 가장 매력적인 건, 정보를 전달할 수 있다는 것이죠. 예를 들어, 독성 화합물이

세포 내부로 들어왔습니다. 이때 독소와 잘 결합되는 단백질이 있으면, 그 단백질이

독성 물질과 결합하고, 모습을 바꿉니다. 이제 새로운 모습으로 다른 단백질과 결합할 수 있고,

다시한번 모양을 바꿉니다. 이 새로운 단백질은 작은 기계를 활성화해, 독소와 직접 결합해

독소를 분해하는 특별한 단백질 생산을 DNA에 명령합니다.

이런 상호작용이 전에 배운 경로입니다.

생명의 언어의 문장이죠.

이렇게 단백질은 적극적으로 행동하지 않아도 문제를 해결하고 세포를 지키는데 아무 지장 없습니다.

사실, 이 경로에는 몇백 개의 단계가 있습니다.

생명이 살아가는 것은 기가 막힐 정도로 놀랍습니다.

멍청하고 죽은 단백질의 복잡한 상호작용으로 어떻게서든 덜 멍청하게 하고,

조금은 살아있는 세포를 만듭니다. 생명이 있는 어디서든지 이 현상은 일어나지만, 우리는 여전히 알지 못합니다.

집단지성의 과정

우린 새로운 유추를 해봐야 합니다, 개미를 예로 들어봅시다. 개미는 세포와 근본적인 상태를 공유합니다.

개미는 정말 멍청합니다. 개미 하나는 아무짝에도 쓸모없습니다. 하지만 당신이

함께 풀어 놓는다면, 서로 정보를 교환하고 멋진 것을 할 수 있습니다. 복잡한 구조물을 짓기,

내부에서 조직을 나누고 아군을 보살피거나 적에게 맞서는 것처럼 말입니다.

혼자 있을 땐 멍청할지 모르나, 모이고 협력한다면 더 좋아질 수 있습니다.

이 현상은 자연에서 쉽게 찾을 수 있으며, "각성"이라고 부릅니다.

각성은 어느 독립체가 어떤 특징을 가지고 있고, 무엇을 할 수 있고 어떤 부분이 없는지 보여줍니다.

이 모든것은 당신의 몸속에서 일어나고 있습니다. 당신의 세포는 화학적 성질을 따라가는 단백질 가방입니다.

그러나 서로 만나게 되면 단백질은 매우 지적인 생물을 형성할 수 있습니다.

세포는 개미보다 멍청한 감정이란 없는 로봇입니다.

하지만 함께 협력하면 특별한 조직과 기관을 만듭니다.

근육은 심장이 뛰게 해주고, 뇌는 당신이 생각할 수 있게 하죠.

만약 당신이 우주의 엄청난 크기와 규모를 보고난 후 자신을 본다면,

자기자신이 정말 작고 초라하다고 느껴질 수 밖에 없습니다

특별하지 않죠. 하지만 당신이 자신의 안을 들여다보고 존재에 의문을 품는다면,

당신은 엄청나게 복잡한 "생명의 언어"만을 발견할 수 있을 것입니다.

우주 속에 있는 모든것들의 정체는 복잡함이라는 벽에 가려져 있습니다.

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사람의 세포에 관한 이야기는 "Human Cell Poster"에서 이어집니다.

눈으로 가장 작은 생명의 복잡한 일을 깊게 들어가 알아봅시다.

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