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작은 바다 식물의 생화학적 수수께끼
(Tiny Ocean Plants Offer Biochemical Enigma)
Brian Thomas

   주기율 표에서 15번째 원소인 인(phosphorus)은 모든 세포막(cell membranes)들의 기본 구성요소로 간주되고 있다. 그러나 최근 세포막에 인을 가지고 있지 않으면서 광합성을 하고 있는 단세포 생물의 발견은 생화학 교과서를 다시 쓰게 하고 있다.[1]   

인은 북대서양에 위치한 사르가소 해(Sargasso Sea)에는 매우 부족하다. 여러 연구소와 대학의 연구원들은 그 바다에서 몇몇 규조류들과 4개의 다른 속의 광합성 박테리아들을 포함하여 세포막 대용품을 만들 수 있는 독립영양 생물(autotrophs)들을 발견했다. Nature 지(2009. 2. 1)의 온라인 판에 게재된 그들의 연구에서, 그 박테리아들은 표준적인 인-함유 분자의 위치에 SQDG(sulphoquinovosyldiacylglycerol)라 불리는 황(sulfur) 분자를 대신 사용하고 있었다는 것이다.[2] 그 박테리아의 SQDG는 인을 필요로 하지 않을 뿐만이 아니라, 질소(nitrogen)도 필요로 하지 않는다! 이 작은 생물체는 아직까지 그들의 DNA에 인을 필요로 한다. 그러나 그들은 그들 자체에서 인지질 대용품(phospholipid substitutes)을 만듦으로서 이 영양분이 부족하여도 살아갈 수 있는 것이다.     

세포막의 건설에 있어서 인(phosphorus)이 더 나은 원소가 되도록 만드는 것은 무엇인가? 이 원자들은 그들의 분자가 쉽게 음전하를 띨 수 있도록 한다. 인지질의 유성 말단(oily ends)들이 자동적으로 맞물려지게 되는 방법으로, 전하를 띠는 인 말단(phosphorus ends)은 자동적으로 세포의 바깥쪽인 대양의 물 쪽, 또는 세포 안쪽의 수성 세포질(watery cytoplasm) 쪽으로 정렬하게 된다. 음전하를 띠고 있는 SQDG의 설폰산염(sulfonate) 그룹은 기능적으로 인지질의 인산염(phosphate) 그룹과 유사하다. 효율적이지도 않고, 아마도 합성하는데 더 많은 에너지를 필요로 할 것이지만, ”이러한 타입의 설폰산(sulfonic acids)들은 화학적으로 매우 안정적이고, 강한 산성을 띤다.”[3] 안정성과 산성 전하는 SQDG가 그 요구되어지는 역할을 수행하는 것을 가능하게 한다.     
 
오직 이 작은 식물 세포들만이 이 화학적 대용품을 만들 수 있다. 왜냐하면 그들은 그렇게 하는 데에 필요한 공학적 기술을 가지고 있었기 때문이다. 그들은 보조인자(cofactor)인 DHAP 뿐만 아니라, ATP와 UTP(에너지 제공 화학물질)와 더불어 특별한 기계(효소)들을 이미 모두 가지고 있었다.[4] 따라서 이 식물들은 환경이 어려워질 경우에도 생존할 수 있도록 하는 필요 장비들을 가지고 있었던 것이다. ”남조류(cyanobacteria)들은 본질적으로 인이나 질소 같은 영양분들을 필요로 하지 않는 막을 만들 수 있습니다. 완전히 어떠한 영양분도 필요 없는 것이지요” 책임연구원인 벤자민(Benjamin Van Mooy)는 말했다.[1]

이 새로운 발견은 생화학적 과정들에 대한 표준적인 이해에 도전하고 있다. 우즈홀 해양연구소(Woods Hole Oceanographic Institute)의 벤자민은 한 언론 보도에서 말했다. ”어쩌면 여기에는 우리들이 밝혀낼 수 없는 숨겨져 있는 원리들이 있을 수 있습니다.”[1]

아마도 가장 중요한 원리는, 비상시를 대비해 다른 방법으로도 세포막을 만들 수 있도록 하는 이 세포들이 가지고 있는 '이차 계획(plan B)'은 어떤 자연적인 과정들에 의해서 우연히 저절로 만들어지지 않았다는 것이다. 오히려 이것은 창조주가 처음부터 장착시켜놓으신 일종의 백업 시스템(backup system)인 것이다. 창조모델은 이와 같은 더 많은 백업 시스템들이 발견되어질 것을 예측하고 있다.

 

References

[1] Phytoplankton Cell Membranes Challenge Fundamentals of Biochemistry. Woods Hole Oceanographic Institution news release, February 2, 2009.
[2] Van Mooy, B. A. S. et al. Phytoplankton in the ocean use non-phosphorus lipids in response to phosphorus scarcity. Nature. Published online February 1, 2009.
[3] Howard, K. P. and J. H. Prestegard. 1996. Conformation of Sulfoquinovosyldiacylglycerol Bound to a Magnetically Oriented Membrane System. Biophysical Journal. 71 (5): 2573-2582.
[4] Kleppinger-Sparace, K. F., and Mudd, B. J. 1990. Biosynthesis of Sulfoquinovosyldiacylglycerol in Higher Plants. Plant Physiology. 93: 256-263.
Image Credit: NASA

출처 : ICR, 2009. 2. 11.
URL : http://www.icr.org/article/4520/
번역자 : IT 사역위원회

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