4시간만에 생명과학 완전 정복! 박문호 박사가 밝히는 생명과 세포의 대서사시

산업과 기업을 이해하는 생명 과학 이야기

와이즈 클럽에서 산업과 기업을 쉽게 이해하는 투자 세미나를 진행했어. 이번 세미나에서는 우주, 지구, 생명체를 분자, 세포, 개체, 사회의 5단계로 나누어 설명했지. 특히 생명체를 분자 관점에서 바라보는 것이 왜 중요한지, 그리고 지구상의 생명체가 어떻게 진화해왔는지에 대한 흥미로운 이야기들을 들려줬어.

1. 우주에서 지구, 그리고 생명체까지

• 우주: 우주의 대부분은 별이고, 별은 온도가 매우 높아 분자 상태로 존재하기 어려워. 대부분 플라즈마 상태로 존재하지.
• 지구: 지구는 온도가 낮아 분자가 존재할 수 있어. 바다는 주로 물(H₂O) 분자로 이루어져 있고, 대기에는 질소(N₂), 산소(O₂), 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO₂) 등 몇 가지 분자가 존재해.
• 생명체: 우리 몸을 이루는 세포는 수백만 종류의 분자로 이루어져 있어. 이는 우주 전체를 보면 정말 놀랍고 독특한 현상이지.

2. 생명체의 기본 단위: 세포

지구상의 생명체는 크게 세 종류의 세포로 나눌 수 있어.

• 원핵세포:
  • 고세균 & 진정세균 (박테리아): 핵막이 없고 DNA가 세포질에 떠다니는 형태야. 약 40억 년 전부터 존재해 왔고, 대부분 단세포 생물로 살아가지. 우리 몸속에도 수많은 박테리아가 살고 있지.
• 진핵세포:
  • 약 20억 년 전에 등장했으며, 핵막으로 둘러싸인 핵을 가지고 있어. 단세포 생물(효모 등)로 살 수도 있고, 여러 세포가 모여 다세포 생물(동물, 식물, 균류)을 이루기도 해.

3. 원핵세포와 진핵세포의 차이점

• 핵: 진핵세포는 핵막으로 둘러싸인 핵을 가지고 있지만, 원핵세포는 핵막이 없어.
• DNA: 원핵세포의 DNA는 주로 원형이고 이중 나선 형태야. 진핵세포의 DNA는 선형이고 끝이 있어.
• 미토콘드리아: 진핵세포는 에너지를 만드는 미토콘드리아를 가지고 있어. 이는 약 20억 년 전, 박테리아가 다른 세포 안으로 들어와 공생하면서 생겨난 것으로 추정돼.

4. 생명 정보의 핵심: 게놈 (DNA & RNA)

• 게놈: 생명체의 유전 정보를 담고 있는 DNA 또는 RNA를 말해.
• 바이러스: 바이러스는 게놈이 DNA일 수도 있고 RNA일 수도 있어. DNA는 이중 나선 또는 단일 가닥, RNA도 이중 또는 단일 가닥으로 존재할 수 있지. 코로나19 바이러스는 단일 가닥 RNA 게놈을 가지고 있어.
• DNA vs RNA: 우리 몸의 생명체는 모두 DNA를 게놈으로 사용하지만, 바이러스는 RNA를 게놈으로 사용하기도 해. 이는 생명체의 다양성을 보여주는 중요한 부분이지.

5. 생명의 에너지: 광합성과 호흡

• 광합성: 약 35억 년 전, 시아노박테리아라는 원핵세포가 물을 분해하여 산소를 만들어내는 광합성에 성공했어. 이 과정에서 이산화탄소와 물이 만나 포도당(에너지원)과 산소를 만들어내지. 우리가 숨 쉬는 산소의 상당 부분은 바로 이 광합성 덕분이야.
• 호흡: 광합성과 반대로, 포도당을 산소와 함께 분해하여 에너지(ATP)를 만드는 과정이야. 이 과정에서 이산화탄소와 물이 다시 생성되지.

6. 생명의 연료: 대사 (모노머 & 폴리머)

• 대사: 생명체 내에서 일어나는 모든 화학 반응을 말해. 크게 분해(산화)와 결합(환원)으로 나눌 수 있지.
• 모노머 & 폴리머:
  • 탄수화물: 포도당(모노머)이 모여 녹말(식물)이나 글리코겐(동물)이라는 폴리머를 만들어.
  • 단백질: 아미노산(모노머) 20가지가 다양한 순서로 연결되어 10만 종류 이상의 단백질(폴리머)을 만들어. 단백질은 우리 몸의 구조, 운송, 저장, 면역, 촉매(효소) 등 다양한 역할을 해.
  • 지질: 지방산과 글리세롤 등으로 이루어져 있으며, 세포막의 주요 구성 성분이야.
  • 핵산: DNA와 RNA는 뉴클레오타이드(모노머)가 연결된 폴리머야.

7. 세포의 작동 원리: ATP 생성

• 미토콘드리아: 진핵세포의 에너지 발전소 역할을 해. 포도당과 산소를 이용해 ATP라는 에너지 화폐를 만들어내지.
• ATP 생성 과정: 미토콘드리아 내막에서 일어나는 전자 전달계와 ATP 합성 효소 복합체를 통해 이루어져. 이 과정에서 발생하는 막간 공간의 양성자 농도 기울기가 ATP 생성의 핵심 원리야.

8. 생명체의 다양성과 질병

• 세포 종류: 우리 몸에는 약 200가지 종류의 세포가 있어. 피부 세포, 간 세포, 뼈 세포, 근육 세포, 신경 세포 등 각기 다른 기능을 수행하지.
• 적혈구: 우리 몸에서 가장 많은 세포 중 하나로, 산소 운반 역할을 해. 핵과 미토콘드리아가 없는 독특한 구조를 가지고 있지.
• 질병과 노화: 세포의 기능 이상이나 노화는 다양한 질병으로 이어질 수 있어. 노화는 유전적 불안정성, 텔로미어 단축, 세포 노화, 미토콘드리아 기능 저하 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 발생하지.

9. 암과 면역

• 암: 세포 분열 조절에 문제가 생겨 비정상적으로 증식하는 질병이야. 암세포는 종종 산소 부족 환경에서 저산소증을 유발하고, 주변 조직을 파괴하며 전이하기도 해.
• 면역: 우리 몸은 외부 침입자로부터 스스로를 보호하는 면역 체계를 가지고 있어. T세포, B세포, 대식세포 등이 중요한 역할을 하며, 최근에는 면역 항암제 개발로 암 치료에 새로운 희망을 주고 있지.

이처럼 생명 과학은 우리 몸과 주변 세상을 이해하는 데 필수적인 학문이야. 앞으로도 와이즈 클럽에서는 이러한 흥미로운 이야기들을 통해 산업과 기업을 더 깊이 이해할 수 있도록 도울 예정이니 많은 기대 바랄게!