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생명체의 자발적인 생화학 네트워크 형성에 관한 연구

Life's biochemical networks could have formed spontaneously on Earth

최근 프랑스 스트라스부르그대학의 연구팀은 철염이 풍부한 물에서 발견되는 작은 분자인 글리옥실레이트 (glyoxylate)와 피루베이트 (pyruvate)를 혼합할 경우 생명체의 핵심 생화학 네트워크와 유사한 반응을 보인다는 사실을 발견했다. 이번 발견은 초기 지구의 화학 반응이 어떻게 초기 생물체의 진화에 영향을 미쳤는지에 대한 새로운 시사점을 제공한다. 본 연구는 Nature 지에 게재되었다.

지구상의 생명체 기원을 연구하는 과학자들은 40억 년 전에 생명체의 생화학 반응이 발생하게 된 경로를 설명하기 위해 오랫동안 연구를 해왔다. 생화학 반응은 C, O 및 H로 이루어진 5개의 기초 신진대사 물질을 중심으로 발생한다. 이는 대도시의 교통망이 몇 개의 교통 허브를 중심으로 구성되어 있는 것과 같은 원리이다. 생명체가 무수한 대안 중에서도 특히 분자 및 화학 반응을 채택하여 진화한 이유에 대해서는 아직까지 알려진 바가 없다.

스트라스부르그대학 (Univeristy of Strasbourg)의 조셉 모한 (Joseph Moran) 교수가 이끄는 연구진은 지난 몇 년간 생물학적 신진대사의 기원에 관한 연구를 수행해왔다. 모한 교수는 “생물학적 신진대사가 중개 및 전달 역할을 하는 화학 전구체를 가지고 있다는 가설은 매우 흥미롭다.”라고 설명했다. 최근 연구팀은 이산화탄소로부터 아세테이트와 피루베이트를 생산하기 위해 미생물에 의해 사용되는 일련의 반응인 AcCoA 경로를 재현하는 데 성공했다. 생명체는 복잡한 효소와 화학 에너지 운반체인 ATP에 의존한다. 그러나 효소와 ATP는 생명체가 없었던 초기 지구에는 존재할 수 없는 복잡한 구조다.

그렇다면 생명체는 어떻게 해서 이러한 효소와 ATP 이전의 생화학 반응을 만들 수 있었을까? 모한 교수는 이에 대해, “문제의 실마리는 과거의 화학 물질 대사가 오늘날 생명체에서 작동하는 방식과 약간 다른 방식으로 기능했을 수도 있다는 사실에서 찾을 수 있었다.”라고 설명했다.

연구팀은 이론생물학자인 Daniel Segrè 박사가 발표한 연구 모델에서 제시된 Two-carbon 대사물인 글리옥실레이트의 역할에서부터 영감을 얻었다. 모한 연구팀 소속의 Kamila Muchowska 연구원은 “수온이 높고 철분이 많은 물에서 글리옥실레이트와 피루베이트를 혼합한 결과, 20가지가 넘는 생물학적 중간체와 함께 반응 네트워크가 발생하고 있음을 발견했다.”라고 설명했다. 연구팀에 따르면, 이러한 반응 네트워크는 시간이 지남에 따라 복잡성이 증가할 뿐만 아니라 생명체와 마찬가지로 중간체 (intermediate)를 다시 CO2로 분해한다고 덧붙였다. 모한 교수는 “이번 연구를 통해 발견한 화학 시스템은 개념적으로 생물학적 대사 및 이화 과정의 기능과 유사한데, 효소가 없이 철분을 추가하는 것만으로도 반응이 일어난다.”라고 설명했다.

관련연구자: Joseph Moran et al.

관련기관: University of Strasbourg

본문키워드(한글): 이산화탄소, ATP, 효소, 철염, 글리옥실레이트, 피루베이트, 생물학적 신진대사, 화학 전구체, 아세테이트, 이화 과정, AcCoA

본문키워드(영문): CO2, ATP, enzyme, iron-salt, glyoxylate, pyruvate, biological metabolism, chemical origin, acetate, catabolism, AcCoA

국가: 프랑스

원문출판일: 2019-05-03

출처: https://phys.org/news/2019-05-life-biochemical-networks-spontaneously-earth.html