닭이 먼저일까 달걀이 먼저일까?

영국 셰필드 대학교 재료공학과의 콜먼 프리먼 교수팀이 해묵은 논쟁 중의 하나인 ‘닭이 먼저일까 달걀이 먼저일까?’의 답을 내주었습니다.
이 논쟁의 답을 내기 위해서 실시한 실험은 아니었지만 뜻밖의 답을 찾게 되었지요. 프리먼 교수팀이 실시한 실험에서 닭의 난소에 존재하는 오보클레디딘-17이라는 단백질을 사용하였습니다. 이 단백질이 닭의 몸 안에 있는 탄산칼슘 입자를 달걀 껍데기로 바꾸는 과정을 돕는다는 사실을 발견했습니다. 이는 헥토르(HECToR)라는 슈퍼컴퓨터를 이용하여 달걀 형성 과정을 시뮬레이션하여 본 결과입니다. 시뮬레이션으로 알게 된 달걀 껍데기 형성 과정은 다음과 같습니다. 앞서서 말한 오보클레디딘-17이라는 단백질이 탄산칼슘 입자에 붙어 결정체를 형성에 있어서 촉매로서 역할을 하다가 결정핵이 커지면 스스로 떨어져 나갑니다. 동일한 과정이 여러 번 반복되면 달걀 껍데기가 만들어지는 것이지요. 따라서 달걀 껍데기 형성과정을 촉진하여 달걀이 만들어지는데 필수적인 역할을 오보클레디딘-17이라는 단백질이 하는데, 이 단백질의 모체가 되는 것이 닭에서 비롯한다는 것을 입증한 것입니다. 닭의 난소에 존재하는 오보클레디딘-17이라는 단백질이 없으면 달걀이 만들어지지 않을 테니까 결국 달걀보다 닭이 먼저라는 답이 난다는 것입니다.


닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐라는 오랜 논란에 마침내 종지부가 찍혔다. 닭이 먼저고 달걀이 나중이라는 결론이 났다. / 이미지 출처 : 닭 이미지에 달걀 사진을 합성한 것. -닭 이미지 출처 : (cc) by jakubbrymer


알아보기
- 달걀의 구성
- 단백질은 무엇일까?
- 효소란 무엇일까?




달걀의 구성
달걀은 난각, 난황, 난백으로 구성되어 있습니다. 달걀 껍데기인 난각은 다공질로서 주로 탄산칼슘으로 이루어져 있습니다. 작은 구멍이 많이 있는 다공질이기 때문에 외부에서 산소를 들이마실 수 있고,. 달걀 속의 배가 호흡하면서 발생하는 이산화탄소를 방출할 수 있습니다. 난각 안쪽에는 ‘난각막’이라는 얇은 껍질(박피)이 있습니다. 닭의 종류와 유전적인 이유로 난각의 색은 주로 흰색과 갈색인데요 일반적으로 갈색 달걀이 비싼 경우가 많습니다.
흰자위인 난백은 두 가지로 구성되어 있습니다. 두 가지의 난백은 농후난백과 수양난백인데요 농후난백은 점도가 높은데 비해 수양난백은 점도가 낮습니다. 난백은 거의 수분으로 구성되어 있고 단백질과 라이소자임이라는 효소도 함유하고 있어서 약한 항균작용도 갖고 있습니다.
난황은 노른자위를 말합니다. 난황은 끈모양의 컬레이저, 즉 알끈에 의해서 계란 중심에 고정되어 있습니다. 옆의 달걀 단면 그림에 있는 회색 줄이 바로 알끈입니다. 난황에는 난백에는 없는 시알산이 풍부하게 함유되어 있습니다. 난황의 색은 사료 속의 카로티노이드 함량에 따라 변하게 됩니다. 난황은 알이 닭이 되어가는데 필요한 영양공급을 목적으로 하는 부분입니다. 난황은 항균작용을 갖는 난백이 둘러 싸고 있어서 미생물에 의해 오염되지 않고 지켜집니다.


달걀의 단면 / 사진 출처 : 위키피디아




단백질이란 무엇일까요?
닭이 먼저인지 달걀이 먼저인지 결론을 내는데 결정적인 단초가 된 것은 단백질이었는데요, 과연 단백질이 무엇이길래 단백질 하나가 오래된 논쟁의 끝을 보게 한 것일까요?
단백질(Protein, 프로테인)은 고분자화합물로서 L-아미노산이 중합, 즉 여러 개가 연결되어서 생성된 것입니다. 단백질은 생물의 중요한 구성성분입니다. 단백질이 벽돌이라면 DNA는 설계도라고 말할 수 있습니다.
단백질을 구성하는 것이 아미노산이라고 했지요? 우리 몸을 구성하는 단백질을 이루고 있는 아미노산은 20가지가 있습니다. 20가지의 아미노산이 결합되어 만들 수 있는 경우의 수는 엄청납니다. 20가지 중 세 가지 아미노산을 연결시키는 경우의 수만 해도 8000여 개나 될 정도니까요. 결국 단백질의 종류는 수천만 가지나 된답니다. 이런 아미노산의 결합순서는 유전자에 의해서 결정됩니다. 이러한 아미노산의 결합으로 만들어진 단백질 세트를 프로테옴(Proteome)이라고 부릅니다. 프로테옴이란 단백질 Protein과 유전체인 Genome의 합성어입니다(PROTEin+genOME).
단백질의 구조는 1차, 2차, 3차, 4차 구조가 있습니다. 단백질의 3차와 4차 구조는 입체구조입니다. 단백질의 입체구조는 단백질의 기능을 결정합니다. 따라서 어떤 두 단백질이 단백질의 1차 구조인 아미노산 배열이 동일할지라도 두 단백질의 입체구조가 다르면 기능은 서로 달라집니다. 또 단백질에 열과 압력을 가하면 단백질은 변성이 됩니다. 즉, 성질이 변하는데요, 예전에는 변성된 단백질을 원래대로 되돌릴 수 없는 것으로 알고 있었지만 최근에 원래로 되돌릴 수 있는 단백질도 있다는 사실을 확인하게 되었습니다.








단백질의 구조 : 그림출처 카이스트




단백질은 생물의 고유한 물질이랍니다. 단백질은 살아있는 세포에서 합성되어서 생물의 구조 그 자체가 되기도 하고, 효소나 기타 여러 가지 물질이 되어서 생명현상들이 진행되는데 이용되기도 합니다. 단백질이 생체 내에서 맡고 있는 기능들은 다양합니다. 콜라겐이나 케라틴과 같이 생체구조를 형성하기도 하고, 호르몬이나 수용체 등과 같이 생체 내에서 정보를 주고 받는데 관여하기도 합니다. 액틴이나 미오신처럼 근육을 구성하여 운동에 관여하는 단백질이 있기도 하고, 항체를 구성하는 단백질도 있습니다. 씨앗이나, 젖 그리고 알처럼 영양을 저장하거나 운송하는데 관여하는 단백질도 있습니다. 몸 안에서 이루어지는 대사 작용과 같은 화학반응을 일으키는 촉매인 효소도 단백질입니다.





효소란 무엇일까?
닭이 먼저인지 달걀이 먼저인지 알게 된 실험에서 ‘오보클레디딘-17이라는 단백질이 촉매역할’을 했다고 했지요? 그렇다면 이 촉매가 무엇인지 알아야겠지요?
단백질의 기능을 살펴보면서 효소라는 단백질이 촉매라고 했습니다. 촉매란 화학반응이 이루어지는 속도를 높여 주는 물질입니다. 그런데 촉매 자신은 반응이 이루어지기 전이나 이루어진 후에도 변화가 없습니다. 촉매로 작용하는 물질은 다양한데요 효소라는 단백질도 그 중의 하나입니다. 효소는 생물에게는 매우 중요한 촉매입니다.
효소는 앞에서 이미 말한 바와 같이 단백질입니다. 효소는 생체에서 일어나는 화학반응의 촉매 기능을 하는데요, 생체촉매인 효소에 의한 촉매반응을 ‘효소적 반응’이라고도 합니다.
효소는 생물이 물질을 소화하는 단계에서부터 흡수, 수송, 대사, 배설까지 전 과정에 관여하고 있습니다. 생체가 물질을 변화시켜서 이용하는데 없어서는 안될 물질이 바로 효소인 것이지요. 그래서 효소는 생화학이라는 과학분야에서 오래 전부터 연구의 대상이 되어 왔습니다.
1832년에 효소가 최초로 발견되었는데요, 최초 발견 효소는 바로 디아스타아제(diastase)인데요, 흔히들 아밀라아제라고 부릅니다. 아밀라아제를 발견한 사람은 앙셀름 파얜(Anselme Payen)과 쟝 프랑소와 페르소(Jean Francois Persoz)라는 프랑스 사람들입니다.
효소(enzyme)란 말은 ‘효모 안에’라는 의미의 그리스어에서 유래한 것으로 빌헬름 퀴네(Wilhelm Kühne)라는 독일의 생리학자가 1878년에 이름 붙인 것입니다.
19세기 유럽에서는 효소의 존재를 부정하는 학파와 효소의 존재를 인정하는 학파가 나뉘어 논쟁을 하고 있었습니다. 1896년에 독일의 생화학자인 에두아르트 부흐너(Eduard Bucher)가 효모를 이용하여 알코올 발효를 달성하자, 결국 유럽의 과학자들은 효소의 존재를 인정하게 됩니다.
효소는 생체 내의 생화학반응에 관여하는 것으로서 일반적인 촉매와는 조금 다른 특성을 같고 있습니다. 효소가 일반적인 촉매와 다른 특성이란 기질특이성과 반응특이성이라는 것입니다. 기질특이성이라는 것은 효소가 작용하는 물질을 선택하는 능력을 가진 것을 말합니다. 반응특이성이라는 것은 효소는 하나의 화학반응만 촉매한다는 성질을 말합니다.





오늘의 주제를 정리해 볼까요? 사람들은 닭이 먼저일지 달걀이 먼저인지를 가지고 오랫동안 논쟁해 왔는데 답이 보이질 않았습니다. 그런데 영국의 한 교수의 연구팀이 실험을 하다 보니 달걀의 껍데기, 즉 난각이 형성되는 반응을 촉매하는 단백질이 닭의 몸 속에 있었다는 것이지요. 따라서 집과 같은 격인 달걀의 껍데기가 있어야 달걀이 난황에서 영양을 공급받으며 무럭무럭 자랄 수 있을 터이니 닭이 먼저라는 결론이 난 것이지요. 그리고 달걀 껍데기가 만들어지는데 있어서는 이름도 어려운 오보클레디딘-17이라는 단백질이 촉매역할을 해야만 하는 것이었고요. 그래서 단백질과 촉매, 즉 생체촉매인 효소에 대해서 알아보았습니다. 아마도 영특한 여러분은 단백질이란 녀석이 생각보다 엄청나다는 것도 눈치채셨을 거예요.



용어정리
[라이소자임]
라이소자임은 효소입니다. 눈물, 코 점액, 달걀의 흰자위 등에서 발견됩니다. 라이소자임은 세균이 자신을 보호하기 위해 형성한 피막의 구성성분의 분해를 촉진합니다. 그래서 달걀의 난백인 흰자위가 항균능력을 갖게 되는 것입니다.

[배(胚)]
어떤 동물이 그 동물이 되기 전 초기단계의 생물을 배라고 합니다. 사람은 엄마 뱃속에 생긴지 7주까지를 배라고 합니다.

[촉매]
화학반응에서 자신은 반응에 참여하지 않고 반응속도를 빠르게 하는 물질을 말합니다. 생물체에서는 효소가 촉매작용을 합니다.

[생체촉매]
생체에서 촉매기능을 하는 물질을 말합니다. 생체촉매에는 효소, 호르몬이 있습니다.

[효소]
생물체 몸 속에서 일어나는 생화학반응을 촉매하는 물질로서 단백질로 구성되어 있습니다.

[아밀라아제, 디아스타아제]
수 천개의 포도당 분자로 구성된 녹말을 분해하는 효소를 아밀라아제라고 합니다.

[생화학반응]
생물체에서 일어나는 화학반응을 생화학반응이라고 합니다.

[효소반응의 특이성]
효소가 특정 분자에 대해서만 특이적으로 결합하여 반응을 진행하는 성질을 말하는 것으로서 기질에 대해서는 기질특이성이라고 하고 반응에 대해서는 반응특이성이라고 합니다. 다시 말하면, 특정 물질에 한하여 촉매작용을 보이는 효소의 특징을 기질특이성이라 하고, 하나의 반응에 한하여 촉매작용을 보이는 효소의 특징을 반응특이성이라고 합니다.

[알코올 발효]
미생물이 산소가 없는 상태에서 쌀이나 밀가루와 같은 당류를 분해하여 알코올을 생성하는 발효를 말한다.

 

 

 

<출처 : LG 사이언스랜드, http://lg-sl.net/product/scilab/sciencestorylist/HHSC/readSciencestoryList.mvc?sciencestoryListId=HHSC2010080001, 2015.4.03>