생명체에게 생존 에너지를 제공하는 ATP

SCIENCE WAVE

 

 

전부터 공상과학소설에 등장한 소재가 있다. 바로 아침에 일어나서 한 입만 먹어도 하루의 에너지가 되는 알약이나 음료수 등에 관한 이야기다. 모든 생명체가 활동할 때 소모하는 생존의 에너지는 ATP(Adenosine triphosphate)라고 부르는 세포 내의 대사물질로부터 나온다. 이런 ATP를 인공적으로 합성할 수 있다면, 바로 그러한 꿈이 실현될지 모른다.

생명체의 몸은 탄소(C)가 주성분이기 때문에 그들에게 가장 필요한 원소는 탄소일 것이다. 하지만, 질소와 인 두 가지 원소가 없어도 생명체는 존재하지 못한다. 질소는 동물, 식물, 미생물 모두의 몸을 구성하는 단백질(아미노산)의 성분이기 때문에, 질소가 없으면 생명체의 형체가 만들어질 수 없다. 또한 질소는 모든 생명체의 유전물질인 DNA의 필수 성분이기도 하다. 공기의 5분의 1을 차지하는 질소(N)는 화학반응을 잘 일으키지 않는다. 그래서 식물은 공기 중의 질소는 직접 이용하지 못하고 NO2, NO3, NH3, NH4와 같은 질소화합물(질산염)이 있어야 흡수하여 단백질과 핵산을 만든다.

 

 

인(燐, phosphorus)이라는 원소는 세포 속에서 중요한 역할을 하는 ATP라는 분자의 중심 성분이다. 모든 살아있는 세포는 저마다 어떤 역할을 하고, 그 일을 하려면 힘(에너지)이 필요하다. 이때 필요한 에너지를 제공하는 물질이 ATP라는 분자이다.

 

 

 

*ATP사이클

세포가 어떤 일을 할 때 에너지가 필요하면, ATP가 3개인 인산기 중에서 1개를 끊어버리고 2개의 인산기만 있는 adenosine diphosphate(ADP)가 된다. 즉 ATP가 ADP로 되는 것이다. 이때 결합이 끊어지면서 에너지가 방출된다. 만일 인산기 2개가 떨어져 나오면 adenosine momophosphate(AMP)가 되고, 이때는 더 많은 에너지가 발생한다.

 

에너지를 방출하고 훌쭉해진 ADP나 AMP는 대사과정에 인산기와 다시 결합하여 ATP로 되돌아간다. 그러면 방출했던 에너지를 회복하게 된다. 이러한 화학변화는 미토콘드리아라는 세포 속의 미세기관에서 이루어진다. 미토콘드리아 속에서 포도당 1분자는 32개의 ATP 분자를 생성시킬 수 있다.

 

질소와 인이 없으면 유전물질이 생겨나지 않고, 생존 활동에 필요한 에너지가 공급되지 않으며, 단백질까지 형성되지 않기 때문에 어떤 생명체도 존재하지 못한다. 다행하게도 지구에는 이 두 가지 물질이 대량 존재한다. 공기의 80%가 질소이고, 인은 원소 상태로는 존재하지 않으나 다른 물질과 화학결합을 한 모습으로, 지각의 토양 1㎏ 중에는 1g 정도가 존재한다(구리는 0.06g 존재).

 

인공적으로 ATP를 생산할 수 있게 되면 운동선수들은 정제된 ATP를 간단하게 섭취함으로써 한순간에 체력을 보완하여 기록을 갱신하게 될 것이다. 또한 극지 탐험가들은 비상시의 에너지로 활용하게 될 것이다. 생명공학자들이 꿈꾸는 인공 광합성에 대한 연구는 참으로 어려운 과제이다.

 

 

 

순간접착제는 어떻게 빨리 굳을까?