해당 작용과 주정 발효 그리고 창조론

해당 작용과 주정 발효 그리고 창조론

 

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코로나바이러스 사태로 술의 주요 성분인 에탄올이 코로나 확산 방지를 위한 손 세정제로 유용하게 활용되고 있다. 얼마나 에탄올의 수요가 급증하였는지 에탄올이 부족하여 주류회사에 주정(酒精)을 공급하는 회사들이 세정제 제조를 위해 무료로 에탄올을 공급했다는 기사가 보도되기도 했다.

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그렇다면 이 에탄올은 어떻게 생산되는 것일까? 놀랍게도 그 유사한 대사 작용이 생체 내에서 일어난다. 물론 술을 만들어내는 과정은 아니다.

 

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체내에 산소의 공급이 부족해지거나 운동을 지속할 경우, 근육은 대부분의 에너지를 해당(解糖:glycolysis)이라고 부르는 혐기적(嫌氣的; 산소가 없는) 반응으로부터 얻는다.

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효모(酵母)의 세포들은 주정(酒精)발효(alcoholic fermentation)라고 부르는 매우 단순한 과정을 통하여 혐기적인 조건에서 에너지를 얻는다.

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해당은 포도당(glucose)이 젖산(유산, lactic acid)으로 되는 화학적 분해이다. 이 과정은 ATP(adenosine triphosphate)라고 부르는 고(高) 에너지 인산 결합(high-energy phosphate compound)을 조성하여 세포의 활성화에 유용한 에너지를 만들어낸다.

 

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주정 발효는 최종 단계를 제외하면 해당 경로와 동일하다(도표 1 참조). 주정 발효에서는 피루빈 산(pyruvic acid)은 에탄올과 CO2로 분해된다. 주정 발효의 부산물들은 수 세기에 걸쳐 제빵과 양조 공업에 이용되어 왔다.

 

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그림 1. 두 혐기적 대사의 비교도

 

1. 해당 작용

포도당 ➠(10개 효소 관여)  피루빈산 ➠(1개 효소 관여)  젖산

 

2. 주정 발효

포도당 ➠(10 개 효소 관여) 피루빈산 ➠(2개 효소 관여)  에탄올과 물

 

 

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주정 발효와 해당 작용은 모두 포도당(葡萄糖)으로부터 시작되는 혐기적 과정이다. 해당은 포도당으로부터 젖산까지로 분해되는 데에 11개의 효소를 필요로 한다. 주정 발표에 있어서도 첫 10 단계까지는 동일한 효소 경로를 거친다. 해당 작용의 최종 효소인 lactate dehydrogenase는 주정 발효에서는 두 개의 효소에 의해 대체된다. 이 두 효소는 pyruvate decarboxylase와 alcoholic dehydrogenase로 주정 발효에서 피루빈 산(pyruvic acid; 焦性葡萄糖酸)을 CO2와 에탄올로 바꾼다.

 

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대부분 일반적으로 통용되고 있는 우연론적 시나리오에 의하면 최초 유기 물질은 산소가 결핍된 대기 중에서 발생하였다고 가정한다.

 

혐기적 발효는 진화를 최초로 나타내는 것으로 가정되며 에너지를 얻는 대부분의 원시적 경로로 간주되어 진다. 그러나 설령 발효가 시간과 우연에 의해 이루어진 원시의 에너지 포획 메커니즘이라 인정하더라도 몇 가지 과학적 난제가 존재한다.

 

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첫째, 반응이 시작됨에 따라 ATP 에너지를 취하게 되는 것은 오직 과정 중에 신생되는 ATP로부터이다. 반응이 시작되면 두 개의 ATP가 해당 경로로 들어간다. ATP는 ADP로 바뀌어지는 에너지의 소비 경로를 거치게 된다. 4 개의 ATP가 해당 경로 중에 얻어지나 포도당 각 분자가 분해 될 때 생성되는 에너지는 2ATP가 된다.

 

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이 신생되는 2ATP는 경로 중의 10 번째 효소가 phosphoenol pyruvate를 ATP와 pyruvate로 촉매하기 전까지는 얻어지지 않는다. 이것은 주정 발효와 해당이 있어서 10번째 효소적 분해가 이루어져야만 ATP를 얻을 수 있다는 것을 의미한다.

 

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이같은 일련의 동시적이면서도 유익한 10개의 돌연변이가 우연히 10개의 매우 특별한 물질에만 작용할 수 있도록 10개의 복잡한 효소를 만들고 이러한 반응이 연속적으로 우연히 이루어진다는 것을 가정한다는 것은 순전한 가설일 뿐이다. 효소는 폴리펩타이드 체인(chain)으로 결합된 아미노산으로 구성된 고분자 단백질이다.

 

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이 복잡성을 해당과 주정 발효에서 phosphoglyceraldehyde의 산화를 촉매하는 glyceraldehyde phosphate dehydrogenase라는 효소로 예를 들어 보자. Glyceraldehyde phosphate dehydrogenase는 4개의 동일한 chain으로구성되어 있다. 또한 각 체인은 330여개의 아미노산으로 구성되어 있다. 이 효소의 아미노산의 가능한 배열의 확률은 천문학적이다.

 

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일례로, 100개의 아미노산으로 구성된 단순 단백질(simple protein)을 고려해보자. 단백질에는 20여 종류의 다른 L-아미노산이 존재한다. 그리고 각 아미노산은 100개의 chain에 의해 반복해서 사용될 수도 있다. 그러므로 이 단백질은 20¹⁰⁰내지 10의 130승의 방법으로 배열할 수 있다. 심지어 이러한 결합이 주어진 목적대로 기능을 다 할 수 있다 하더라도 100개의 아마노산으로 구성된 단순 단백질에서 필요한 아미노산 배열을 얻을 기회는 오직 100의 113분의 일일 것이다.

 

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Arthur Eddington경은 우주에 있는 입자들의 수는 10⁸⁰(혹은 3.145×1079)개를 넘지 않을 것이라고 계산하였다. 설령 우주의 나이가 300억년(혹은 1018초)이라 가정하더라도 각 입자는 초당 10의 12승의 반응을 서로 한다고 할 수 있다. 즉 우주의 시간과 물질 안에서 발생할 수 있는 사건의 총 수는 1080×1012×1018=10¹¹⁰이다. 즉 최대한도로 너그럽게 계산한다 해도, 상호 특별한 관계를 지닌 하나의 작은 단백질조차 만들 수 있다고 확증할 수 있는 물질과 시간과 확률이 우주에는 없다.

 

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만일 둘 이상의 사건을 포함하는 확률을 계산하고 싶으면 각 사건의 확률을 서로 곱하면 된다. 해당 경로의 10개 효소를 생각해보자. 만일 이들 효소가 100개의 아미노산으로 된 작은 단백질이라고 가정한다면 10의 113승 분의 일의 확률을 가진다고 할 수 있고 10개의 효소의 아미노산이 우연히 그렇게 배열될 확률은 10의 1130승 분의 일이 될 것이다.

 

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이 10의 1130승 분의 일이라는 확률은 오직 우연히 10개의 해당 효소가 만들어질 수 있는 수치인데, 인체에는 최소 25,000 종류의 효소가 존재하는 것으로 추정된다. 만일 이 효소들이 각각 10의 113승 분의 일의 확률을 지니는 100개의 아미노산으로 모든 25,000개의 효소를 모두 얻을 확률은 10의 113승 분의 1이 될 것 이다. 즉 102,825,000 분의 1이다. 그러나 실제 25,000 종류의 효소 가운데 아미노산이 배열될 수 있는 확률은 위의 계산보다도 훨씬 작을 것 이다. 왜냐하면 실제 대부분의 효소들은 100개의 아미노산으로 나타낼 수 있는 효소들보다 훨씬 더 그 양상이 복잡하기 때문이다.

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일반적으로 10의 50승 분의 일은 수학적으로 무시 된다. 요컨대 지수가 50이 넘으면 일어날 가능성은 극히 희박하다 의미다. 즉 불가능한 것으로 간주된다. 계산상으로, 우주의 물질과 시간 내에서 일어날 수 있는 사건의 총 빈도는 10의 110승 분의 일이다. 100개의 아미노산을 지닌 단순 효소 단백질을 만들 가능성은 10의 113승 분의 일이다. 25000개의 효소가 우연히 이루어질 확률은 10의 2,825,000승 분의 일이다. 단지 1개의 단순 효소 단백질도 우연히 생길 수 있다고 생각하는 것은 상식을 벗어난 일인 것이다. 하물며 해당 과정의 10개 효소와 인체 내의 25,000개의 효소는 어떻게 가능하겠는가!

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주정 발효와 해당 경로에 대한 우연론적 이론에 있어서 또 다른 문제점이 남아 있다. 이러한 화학적 경로를 통제하기 위한 매우 복잡한 제어 메카니즘을 설명해야 하는 일이 필요하다. 예를 들면 phosphofructokinase는 해당의 비율을 제한하는 제어(制御) 효소 이다. Glycogen phosphorylase 역시 제어 효소이다.

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이것은 글리코겐을 glucose-1-phosphate로 바꾸며 글리코겐이 해당 분해에 유용하도록 하는 일을 한다. 유기체 안에는 포도당의 이용을 조절하는 sematotropin, insulin, glucagon, glucocorticoids, adrenalin, thyroxin 등의 호르몬들이 있다. 이들의 조절 메카니즘을 설명할 수 있도록 제안된 진화론적 모델은 아직 없다.

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제어 효소에 부가하여, 해당 작용에 있어 보충 인자(cofactor)는 필수적이다. 해당의 두 주요 ATP 생성 과정 중의 하나는 수소 운반 산화환원 반응소(“hydrogen shuttle" redox reactant)인 NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide)와 함께 dehydrogenase가 필요하다. 이 반응계가 유지되기 위해서는 환원형 cofactor인 NADH⁺H⁺가 계속적으로 과정 중에서 재생되어져야만 한다. 해당 작용에서는 한 개의 효소가 필요하며 주정 발효에서는 또 다른 효소가 필요하다. 계속적인 NAD⁺의 순환 공급이 없다면 혐기적 ATP 생성은 불가능한 것이다.

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요악하면, 다음의 항목들은 해당과 주정 발효에 있어 우연론적 기원 해석을 완전히 부정하는 것들이라 할 수 있다.

 

(1) 우연에 의할 경우, 겨우 하나의 단순한 효소를 얻을 수 있는 가능성조차 극도로 희박하다.

(2) 이용 가능한 에너지(ATP)를 얻을 수 있으려면 적어도 10개 효소적 단계를 통하여 화학 반응이 진행되어 pyruvate형성이 예상되어야 비로소 가능하다. 그리고 이러한 필수적 단계들은 연속적으로 일어나야 한다.

(3) 포도당 이용에 필수적인 제어 메카니즘, 보인자 등에 대한 우연론적 해석은 도저히 설명이 불가능하다.

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따라서 이들 모든 결과들을 통해 볼 때 해당과 주정 발효에 있어서 모든 대사(metabolism)와 메카니즘은 우연한 물질의 결합에 의한 것이 아닌 인간보다 훨씬 위대한 어떠한 지적 능력에 의한, 신적 섭리에 따른 창조의 결과임을 명백히 시사하고 있다.

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성경은 이 사실을 분명하게 기록하고 있다.

 

“이는 하나님을 알 만한 것이 저희 속에 보임이라 하나님께서 이를 저희에게 보이셨느니라 창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할 지니라” (로마서 1장 19절, 20절)

조덕영 박사(창조신학연구소 소장, 조직신학, 식품제조가공기사, QC 1급)

<J. S. Morton의 글(Impact/ No 90, 1980,12)참조.>