우주의 분자헬륨 수소화물에서 아미노산까지

실제 근거

• 헬륨 수소화물 이온(HeH⁺): 우주에서 처음 생긴 분자. 2019년에야 행성상 성운에서 처음 검출되었다.

• 분자 수소(H₂): 우주에서 가장 풍부한 분자. 첫 별이 태어나기 전, 가스가 열을 방출해 수축하려면 이것이 필요했다.

• 하이드록실(OH): 1963년 전파망원경으로 성간 공간에서 처음 검출된 분자.

• 일산화탄소(CO): 분자 구름에서 두 번째로 풍부한 분자. 전파천문학자들은 이것으로 보이지 않는 분자 수소 구름의 지도를 그린다.

• 물(H₂O): 성간 얼음 알갱이, 혜성, 행성 원반에 풍부하다. 지구의 물 일부는 소행성에서 왔을 수 있다.

• 암모니아(NH₃): 1968년에 검출되었으며, 성간 공간에서 발견된 최초의 다원자 분자다.

• 메탄(CH₄): 타이탄에는 메탄으로 된 호수와 비가 있다.

• 규산염 먼지(SiO₄): 성간 먼지의 주성분으로, 나중에 뭉쳐 암석 행성이 되었다.

• 사이안화 수소(HCN): 독성이 매우 강하지만, 생명이 시작될 때 핵염기와 아미노산을 만드는 핵심 원료였을 수 있다.

• 포름알데하이드(H₂CO): 1969년에 검출된 최초의 성간 유기 다원자 분자.

• 다환 방향족 탄화수소(PAH): 성간 공간에서 가장 흔한 큰 분자의 하나로, 우주 탄소의 상당 부분을 가두고 있다고 여겨진다.

• 풀러렌(C₆₀): 2010년 행성상 성운에서 발견되었으며, 알려진 가장 큰 성간 분자의 하나다.

• 글리콜알데하이드(C₂H₄O₂): 가장 단순한 당 분자의 하나. 우리 은하 중심 근처의 가스 구름에서 발견되었다.

• 감람석((Mg,Fe)₂SiO₄): 상부 맨틀의 주요 광물. 혜성 먼지에서도 그 결정이 발견된다.

• 휘석((Mg,Ca)SiO₃): 현무암과 달 암석에 흔한 광물.

• 자철석(Fe₃O₄): 자연에서 가장 강한 자성을 띠는 광물. 일부 세균과 철새도 이 미세 결정을 지닌다.

• 석영(SiO₂): 대륙 지각의 대표 광물이자 모래의 주성분.

• 장석(KAlSi₃O₈): 지각에서 가장 풍부한 광물군.

• 지르콘(ZrSiO₄): 극도로 내구성이 강하다. 오스트레일리아의 지르콘은 44억 년 전 지구에 이미 액체 물이 있었을 수 있음을 보여 준다.

• 다이아몬드(C): 탄소 원자가 정사면체 모양으로 빽빽하게 채워진, 가장 단단한 천연 물질. 일부 운석에는 태양계보다 오래된 나노 다이아몬드가 숨어 있다.

• 점토 광물(Al₂Si₂O₅(OH)₄): 점토 표면이 초기 RNA 조각이 늘어서고 이어지는 것을 도왔을 수 있다.

• 방해석(CaCO₃): 석회암과 많은 껍데기의 성분. 삼엽충의 눈은 방해석 결정이었다.

• 인회석(Ca₅(PO₄)₃): 치아 법랑질과 뼈의 주된 무기 성분.

• 황철석(FeS₂): “바보의 금”이라는 별명이 있다. 생명 기원의 한 가설은 첫 대사 반응이 황화철 표면에서 일어났다고 본다.

• 글리신(C₂H₅NO₂): 가장 단순한 아미노산. 로제타도 67P 혜성에서 검출했다.

• 아데닌(C₅H₅N₅): DNA와 RNA의 핵염기의 하나. 사이안화 수소 분자 5개로 조립될 수 있다.

• 리보스(C₅H₁₀O₅): RNA의 당 뼈대. 포름알데하이드가 광물 표면에서 중합할 때 생길 수 있다.

• 뉴클레오타이드(NMP): 핵산의 기본 단위. 염기, 리보스, 인산이 하나로 이어져 있다.

• 지방산(RCOOH): 물에 넣으면 저절로 이중층 소포를 만든다. 최초의 세포막이었을 수 있다.

• RNA: 정보를 저장하면서 반응도 촉매할 수 있는 분자. RNA 세계 가설의 주인공이다.

• ATP: 세포의 에너지 화폐. 사람 몸이 하루에 만들고 분해하는 ATP의 총량은 자기 몸무게에 가깝다.

• DNA: RNA보다 안정적인 유전 분자. 세포로 이루어진 모든 생물이 유전자를 저장하는 데 쓴다.

• 엽록소(C₅₅H₇₂MgN₄O₅): 붉은빛과 푸른빛을 흡수하고 초록빛을 반사하며, 가운데에 마그네슘 원자 하나가 있다.

• 헤모글로빈(Hb): 철 원자로 산소를 나르며, 이것이 피를 붉게 만든다.

• 폼아마이드(HCONH₂): 폼아마이드를 광물 촉매 위에서 가열하면 네 가지 핵염기와 많은 아미노산의 전구체를 한꺼번에 얻을 수 있다.

• 요소(CO(NH₂)₂): 1828년 뵐러가 무기물로 요소를 합성했다. 유기 화합물이 꼭 생물에서 나올 필요는 없다는 첫 증거다.

• 알라닌(Ala): 1953년 밀러-유리 실험에서 수율이 가장 높았던 아미노산의 하나. 머치슨 운석에서도 발견된다.

• 아스파르트산(Asp): 밀러-유리 실험과 운석 모두에서 발견된다. 다른 많은 아미노산을 만드는 출발점이기도 하다.

• 세린(Ser): 이름은 비단(라틴어 “sericum”)에서 왔다. 비단 단백질인 세리신에서 처음 분리되었다.

• 글루탐산(Glu): 조미료 MSG의 주성분은 글루탐산 나트륨으로, 음식에 “감칠맛”을 준다.

• 발린(Val): 낫 모양 적혈구 빈혈은 헤모글로빈의 글루탐산 하나가 발린으로 바뀌어 생긴다.

• 구아닌(G): 새똥(구아노)에서 처음 분리되었으며, 이름이 거기서 왔다.

• 사이토신(C): 구아닌과 수소 결합 세 개를 만들며, 염기쌍 중 가장 강하다.

• 우라실(U): RNA에만 있는 염기. 사이토신이 아미노기를 잃으면 우라실이 되며, 머치슨 운석에서도 검출되었다.

• 류신(Leu): 단백질에서 가장 흔한 아미노산의 하나. 사람 몸은 스스로 만들지 못한다.

• 아이소류신(Ile): 류신과 원자가 똑같지만 배열이 다르다. 둘은 이성질체다.

• 프롤린(Pro): 곁사슬이 주 사슬로 되돌아 이어져 단백질 사슬에서 “꺾임” 역할을 한다. 콜라겐에 특히 많다.

• 트레오닌(Thr): 1935년에야 발견된, 표준 아미노산 20종 중 마지막으로 발견된 것.

• 호모키랄성(L / D): 생명은 왼손잡이 아미노산과 오른손잡이 당만 쓴다. 머치슨 운석에는 왼손잡이 아미노산이 조금 더 많아, 이 편향이 우주에서 왔을 수 있음을 시사한다.

• 인지질(PL): 한쪽 끝은 물을 좋아하고 다른 쪽은 싫어해서 저절로 이중층으로 늘어선다. 오늘날 모든 세포막이 이것으로 되어 있다.

• 철-황 클러스터(Fe–S): 가장 오래된 단백질 보조 인자의 하나. 구조가 온천의 황화철 광물과 매우 닮아, 생명이 심해 열수 분출구에서 시작되었다는 가설을 뒷받침한다.

• 리보자임(RNA*): 촉매 능력이 있는 RNA. 체크와 올트먼은 이를 발견한 공로로 1989년 노벨 화학상을 받았다.

• 펩타이드(Gly-Ala): 물이 빠지며 아미노산이 이어진 짧은 사슬. 온천 웅덩이 가에서 젖고 마르기를 되풀이하면 아미노산이 저절로 이어질 수 있다.

• tRNA: 클로버 모양의 작은 RNA. 한쪽 끝에서 코돈을 알아보고 다른 쪽 끝에 아미노산을 실어 나르는 유전 부호의 “통역사”다.

• NAD⁺: 전자를 나르는 보조 효소. 분자 안에 뉴클레오타이드가 온전히 들어 있어 RNA 세계의 유물일 수 있다.

• 조효소 A(CoA): 대사의 중심 허브로, 지방산 대사와 시트르산 회로 모두에 필요하다.

• 시스테인(Cys): 황을 가진 아미노산. 시스테인 두 개가 이황화 결합을 만들 수 있다. 파마는 이 결합을 끊었다가 다시 맺는 일이다.

• 메싸이오닌(Met): 거의 모든 단백질의 첫 아미노산. 개시 코돈 AUG가 지정하는 것이다.

• 히스티딘(His): 효소 활성 부위에서 흔한 “운반체”로, 양성자를 받고 내줄 수 있다.

• 라이신(Lys): 곡물에 부족한 필수 아미노산이라서, 곡물만 먹고 살면 결핍되기 쉽다.

• 아르지닌(Arg): 몸은 이것으로 산화 질소를 만들어 혈관을 이완시킨다.

• 아스파라긴(Asn): 1806년 아스파라거스 즙에서 분리되었으며, 최초로 발견된 아미노산이다.

• 글루타민(Gln): 혈액에서 가장 풍부한 아미노산으로, 면역 세포와 장 세포에 에너지를 공급한다.

• 리보솜(rRNA): 전령 RNA를 단백질로 번역하는 분자 기계. 촉매는 단백질이 아니라 RNA라서 RNA 세계의 살아 있는 화석으로 여겨진다.

• 유전 암호(64 → 20): 세 글자짜리 코돈 64개가 아미노산 20종과 종결 신호를 나타내며, 거의 모든 생물이 같은 암호를 쓴다.

• 단백질: 서열에서 단백질 구조를 예측하는 일은 반세기 동안 난제였고, 2020년 알파폴드가 사실상 풀었다.

• 페닐알라닌(Phe): 1961년 니렌버그가 U만 든 RNA로 페닐알라닌 사슬을 합성해, 첫 코돈 UUU를 풀어냈다.

• 타이로신(Tyr): 치즈에서 처음 분리되었으며, 이름은 “치즈”를 뜻하는 그리스어에서 왔다.

• 트립토판(Trp): 표준 아미노산 중 가장 크다. 몸은 이것으로 세로토닌과 멜라토닌을 만든다.

• 타이민(T): 우라실에 메틸기가 붙은 것. DNA는 우라실 대신 이것을 써서 사이토신 탈아미노 반응의 오류를 더 쉽게 알아채고 고친다.

• 디옥시리보스(C₅H₁₀O₄): 리보스보다 산소 원자가 하나 적어서 DNA가 RNA보다 훨씬 안정적이다.

• 효소(E): 생물학적 촉매. 효소가 없으면 수천만 년 걸릴 반응이 효소가 있으면 몇 밀리초 만에 끝나기도 한다.

• 포도당(C₆H₁₂O₆): 광합성의 산물. 사람 뇌는 하루에 포도당을 약 120g 쓴다.

• 셀룰로스((C₆H₁₀O₅)ₙ): 지구에서 가장 풍부한 유기 화합물로, 포도당이 사슬로 이어져 있다. 소와 양은 이를 소화하려면 위 속 미생물이 필요하다.

• 콜라겐(Col): 동물에서 가장 풍부한 단백질로, 세포를 붙여 조직을 이룬다. 이것이 없었다면 다세포 동물의 등장은 불가능했을 수 있다.

• 키틴((C₈H₁₃NO₅)ₙ): 절지동물 외골격과 곰팡이 세포벽의 주성분으로, 자연에서 두 번째로 풍부한 다당류다.

• 리그닌: 식물 줄기를 단단하게 해 키 크게 자라게 한다. 석탄기의 거대한 석탄 매장은 당시 균류가 아직 이를 잘 분해하지 못한 것과 관련이 있을 수 있다.

관련 연구

이 연구들은 이 주제와 관련은 있지만 이 페이지의 직접적인 증거는 아니에요.

• 밀러-유리 실험: 대학원생이 물, 메테인, 암모니아, 수소를 플라스크에 밀봉하고 계속 스파크를 일으켜 단백질을 이루는 아미노산을 얻었다.

  출처:Miller, Science 1953, "A production of amino acids under possible primitive earth conditions"

• 효소 없는 뉴클레오타이드: 원시 조건에서 RNA 구성 성분을 직접 만들어 내는 더 '자연스러운' 화학 경로를 찾아냈다.

  출처:Powner, Gerland & Sutherland, Nature 2009, "Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions"

• 우주 속 아미노산: 머치슨 운석에서 지구 밖에서 온 아미노산이 발견되었다. 생명의 재료는 우주에 흔할지도 모른다.

  출처:Kvenvolden et al., Nature 1970, "Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite"

• 심해 열수구: 햇빛에 기대지 않는 생태계가 심해 열수구 주변에 존재해, 생명의 기원에 새로운 후보지를 제시했다.

  출처:Corliss et al., Science 1979, "Submarine thermal springs on the Galápagos Rift"