기타

메커니즘에서 의료에의 응용까지   
생명을 유지하는 ATP 에너지
Futai Masamitsu_2017.9.20/ 230P

수 많은 세포분열과 기능의 분화를 거쳐 우리들은 수정란에서 인간으로 성장해왔다.이러한 프로세스를 돕고 더욱이 우리들 생명을 유지하기 위해서는 에너지가 필수적이다. 생물을 유지하는 에너지는 어떠한 메커니즘으로 만들어지고 어떻게 사용되는 것일까? 이러한 의문을 분자, 세포, 그리고 생물의 레벨부터 생각해보자. 많은 발견에 의해 밝혀진 생물이 에너지를 사용하는 메커니즘은 하나의 장대한 드라마라고 할 수 있다 

드라마의 전편은 생명에게 있어 사용하기 쉬운 에너지 물질이 만들어지기까지의 과정이다. 태양광 에너지를 식물이 취해서 변환하고, 이산화탄소와 물로 효소와 당(턴수화물)을 만든다. 당을 우리들은 식물로부터 받아 소화한 후에 글루코스(포도당)로 세포 내에 저장한다. 

글루코스는 단계에 따라 화학적으로 변환되어 세포내의 세포 내의 소 기관 미토콘드리아에서 ‘아데노신 3인산’이 합성된다. 여기에 효소가 필요하다. 아데노신 3인산이란, 영여명으로 ‘Adenosine Tri-Phosphate’로 앞의 세 문자를 따서 “ATP”로 불려지는 화합물로 고교에서 생물을 배운 사람은 들은 적이 있을 것입니다.

ATP는 이 책의 주제로서, 에너지 드라마의 주역이다. ATP는 사람으로부터 세균에 이르기까지 생활 활동의 다양한 장면에서 에너지를 받아서 전달한다. 그 범용적인 역할에서 ‘에너지 통화’라고도 불려진다. 에너지가 사용되면 ATP는 별도의 물질이 되면서 바로 만들어진다. 성인이 1일에 소비하는 ATP를 더하면 수십 Kg이나 된다. ATP는 생물이 재생하면서 다량으로 소비하는 중요한 화합물인 것이다.

생물에게 빠질 수 없는 ATP를 합성하는 것은 어떤 ‘효소’이다. 오래 전부터 많은 과학자가 주목하고 알고자 노력해왔다. 그러나 우리들이 전체적인 것을 알게 되기까지는 거의 50년이 걸렸다. 그리고 밝혀진 것은 종래의 효소의 개념에서 거의 상상하기 어려웠던, 합계 22분자의 단백질이 모여서 만들어진 생물 기계였다. 이 기계는 세포 한 개 한 개의 미토콘드리아의 막이 있어 수소이온을 사용하여 일부분을 고속 회전시키면서 3개소의 매체 부위(반응 부위)에서 ATP를 효율 좋게 합성한다. 회전속도는 거의 레이싱카의 엔진과 같다. 회전이 정지되면 ATP는 합성되지 않는다.

그야말로 ATP를 생산하는 생물 기계인 것이다. 이 기계는 어떠한 단백질로 만들어져 있는 것인지, 움직이는 에너지는 무엇인지, 어떠한 메커니즘이인지에 대한 의문이 드라마의 전편이다. 드라마의 후편에서는 ATP에너지를 사용하여 생명이 유지되는 모습을 본다. ATP에서 방출된 에너지는 우리들의 근육의 수축이나 세포 내의 소 기관의 운동에 사용된다. 단 그 것만이 아니다. 실제는 거의 모든 ATP의 에너지는 이온의 수송에 사용된다. 신경의 정보전달, 영양의 섭취, 호르몬의 분비, 세포 내 소 기관의 기능 등은, 나트륨, 칼륨, 칼슘 등의 금속 이온, 더욱이 수소 이온 등에 의해 지원되고 있다.

생명의 에너지를 아는 것은, 지구상의 생물을 이해하고 진화의 수수께끼를 해명하는 것으로 이어진다. 그러나 그 외에도 체내의 에너지에 관련된 메커니즘에 문제가 생기면 여러가지 병의 원인도 된다. 우리가 직면하고 있는 여러가지 난치병, 유전병, 감염증, 암이나 심근경색, 위궤양 등을 생물에너지의 시점에서 생각하고 각각의 메커니즘을 아는 것이 중요하다.

이 에너지의 드라마는 전편과 후편을 통하여 기초적인 메커니즘과 동시에 약과 의료에의 응용까지 고려했다. 생물학 분야의 교과서에서는 없던 시도이다. 화학반응과 화합물의 구조, 상세한 대사 경로 등은 전문 서적에 맡기고, 오랜 세월에 걸쳐 과학자가 노력하여 온 과정을 되돌아보고 최신 약과 의료에의 응용에 관한 지식을 해설해간다.

[전편: 에너지를 생명에게]
           
제1장 태양광에서 식물로, 에너지를 당으로
 
제2장 식물에서 동물로, 당을 변환하여 ATP에너지 생산

제3장 생물의 세포 내에서, 대단한 성능의 ATP합성효소

제4장 우리들 체내에서, ATP합성과 병

[후편: 생명의 중심에  ATP]
           
제5장 근육에서 위산까지, ATP의 활동
 
제6장 ATP에서 움직이는 이온 펌프와 병

제7장 사는데 필수적인 소 기관과 수소 이온 펌프

제8장 ATP가 도와주는 세포 내의 수송과 운반

제9장 생물에너지 연구에서 의료로

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