단백질 구성 아미노산, 20종류만 존재하는 이유는?

지구상 생명은 38억 년 전 탄생했다고 알려져 있지만 원시 지구로부터 도대체 어떻게 생명이 탄생했는지는 과학에서 큰 테마가 되고 있다. 체코 프라하 카렐대학과 미국 존스홉킨스대학 등 연구팀이 생명을 형성하는 단백질이 원시 지구에서 어떻게 합성됐는지를 조사한 연구로 단백질 구성 요소인 20종류 아미노산이 왜 선택됐는지 아미노산 조합이 후속 생명에 어떤 영향을 미쳤는지 수수께끼 일부가 밝혀졌다.

전체 아미노산 중 단백질 구성 요소가 되는 건 22종이며 진핵생물은 이 중 21종, 인간을 포함한 많은 동물은 20종 아미노산으로 이뤄져 있다. 아미노산을 문자로 비유하면 단백질은 문자를 재정렬할 수 있는 말이며 생명은 단어를 조합해 구성된 문장이라고 말할 수 있다.

지구상 모든 생물은 인간에서 박테리아, 고세균에 이르기까지 공통되는 20개 아미노산 조합으로 구성되어 있다. 이들 아미노산은 원시 지구 대기나 운석 파편으로부터 선택된 10종 초기 아미노산과 이후에 추가된 10종 후기 아미노산으로 이뤄져 있다고 여겨진다. 하지만 자연에 존재하는 500종류 이상 아미노산으로부터 왜 20종 아미노산만 선택됐는지는 불분명하다.

따라서 연구팀은 생명 탄생 전 지구에서 풍부했던 다양한 아미노산 조합을 실험실 내에서 재현해 원시 단백질 합성을 모방하는 실험을 했다. 실험 결과 고대 유기 화합물은 단백질 폴딩에 최적인 아미노산을 선택해 통합한 것으로 나타났다. 단백질 모양과 접힘은 다른 분자와 주변 환경과 상호 작용하는 방법을 결정하기 때문에 단백질 기능에 중요하다. 연구팀은 나중에 추가된 10가지 후기 아미노산이 단백질 기능을 수행하는데 있어 뛰어나기 때문에 구성 요소가 선택됐다고 생각한다.

보도에선 다시 말해 단백질 합성 단계에서 진화나 자연 도태가 진행되고 있었다고 말할 수 있다며 가장 적합한 아미노산이 선택됐다고 말한다. 다윈 진화를 위해선 DNA나 RNA 등 유전 분자를 단백질로 바꾸는 세련된 방법이 필요하다며 다윈 진화 이전에 자연이 유용한 성질을 가진 구성 요소를 선택할 수 있음을 밝혔다며 폴딩은 지구상 생명이 존재하기 전부터 생명 진화를 가능하게 하고 있었다고 밝혔다. 생물학이 생기기 전부터 진화가 가능하고 DNA가 생기기 전부터 생명에 유용한 화학물질 자연 도태를 할 수 있다고 덧붙였다.

이번 연구는 지구상 생명 기원 뿐 아니라 다른 행성에 존재하는 생물 가능성에 대해서도 시사하는 것이다. 우주는 아미노산을 좋아할 수 있다. 다른 행성에서 생명을 발견했더라도 지구상과 그다지 차이가 없을 지도 모른다고 말한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.