글루타민 합성효소… 생명체의 분자 컴퓨터
: 고도로 복잡한 분자 기계들은 자연주의적 기원을 거부한다.
(Glutamine synthetase … Life’s molecular computer)
By Otangelo Grasso
이 복잡한 '컴퓨팅' 효소가 없었다면, 그 어떤 생명체도 살아갈 수 없었을 것이다.
생명체의 복잡성은 전반적으로 상상하기 어려울 정도이다. 그중에서도 아주 작은 부분인 글루타민 합성 효소(glutamine synthetase)라는 흥미로운 한 효소(enzyme)의 복잡한 구조는 생명의 기원에 대한 진화론적 설명에 도전하고 있다. 이 효소가 자연주의적 설명에 어떻게 도전하는지 간략하게 살펴보겠다.
글루타민 합성효소란 무엇인가?
글루타민 합성효소(Glutamine synthetase, GS)는 세포 안에 있는 한 미세한 공장과 같은 역할을 한다. 거의 대부분 단백질로 구성되어 있는 효소(enzymes)들은 생명체의 중요한 반응을 일으키는 생물학적 기계들로, 효소가 없다면 반응은 일어나지 않거나, 일어나더라도 너무 느려서 유용하지 않을 것이다. 글루타민 합성효소는 단백질, 뉴클레오티드(RNA와 DNA의 구성 요소) 등 중요한 생체분자의 필수 구성 요소인 아미노산 글루타민(glutamine, 그림 2)을 생성하는 데 중요한 역할을 한다. 글루타민(기호 Gln, 또는 Q)은 인체에서 가장 흔한 아미노산이다.
그림 1. 글루타민 합성효소(Glutamine synthetase)의 분자 모형. 효소는 일종의 촉매이며, 이 효소는 글루탐산과 암모니아가 결합하여 필수 아미노산인 글루타민(glutamine)을 생성하는 반응을 가능하게 한다. <Science Photo Library, Alamy>
글루타민 합성효소는 글루타민 생성 등 여러 역할을 통해 질소 대사(nitrogen metabolism)에 필수적인 역할을 한다. 글루타민 합성효소는 모든 생명체에서 발견되며, 글루타민 합성효소가 없다면, 우리가 알고 있는 생명체는 존재할 수 없을 것이다!
글루타민 합성효소는 세포 안에 있는 한 미세한 공장과 같다.
분자적 경이로움
12개의 동일한 부품으로 이루어진 미세한 기계를 상상해 보라. 이 모든 부품들이 완벽한 조화를 이루며 작동한다. 그것이 바로 글루타민 합성효소이다. 이 효소는 매우 정교해서, 과학자들은 이 효소를 분자 컴퓨터(molecular computer)에 비유하고 있다. 그 이유는 다음과 같다.
복잡한 구조 : 글루타민 합성효소는 일반적으로 두 개의 육각형 고리 형태로 배열된 12개의 동일한 하위 단위로 구성되며, 이 고리들은 서로 겹쳐 쌓여 있다.(그림 1).[1]
다중 입력 : 세포의 질소 수준, 에너지 상태, 그리고 세포 활동의 억제제 또는 활성제의 존재 여부를 포함한 다양한 신호들을 처리한다.
정확한 컴퓨팅 : 글루타민 합성효소는 이러한 입력값을 기반으로, 얼마나 많은 글루타민을 생산할지를 '결정'한다.
특정한 출력 : 세포의 필요량을 충족시키기에 딱 맞는 양의 글루타민을 생성한다.
피드백 조절 : 글루타민 합성효소는 마치 자율 조절 컴퓨터 시스템(self-regulating computer system)처럼, 자신이 만들어내는 제품에 따라 활동을 조정할 수 있다.
그림 2. 아미노산 글루타민(glutamine)의 모형. 단백질들은 아미노산들의 긴 사슬로 구성되어 있으며, 글루타민은 그들 중에서도 가장 풍부한 아미노산 중 하나이다.
글루타민 합성효소의 복잡성
활성 부위의 복잡성 : 글루타민 합성효소의 각 소단위에는 '마법'이 일어나는 활성 부위가 있다. 이 부위는 ATP(adenosine triphosphate, 에너지 운반 분자), 글루타민산염(glutamate), 암모니아(ammonia)와 놀라운 특이성으로 결합한다. 마치 완벽하게 조정된 12개의 기계가 동시화되어 작동하는 것과 같다.
협력적 행동 : 하위 단위들은 독립적으로 작동하지 않는다. 서로 소통하며, 인접한 하위 단위에서 일어나는 상황에 따라 활동을 조절한다. 이러한 협력을 통해 글루타민 생성을 정밀하게 제어할 수 있다.
알로스테릭 조절(allosteric regulation, 다른 자리 입체성 조절) : 이것은 글루타민 합성효소가 활성 부위에서 멀리 떨어진 부위에 결합하는 분자에 의해 조절될 수 있음을 의미한다. 마치 효소의 활성을 조절할 수 있는 원격 제어(remote control) 장치와 같다.
번역 후 변형 : 효소는 만들어진 후 변형될 수 있으며, 일반적으로 작은 화학 그룹을 첨가하거나, 제거하는 방식으로 이루어진다. 이는 효소 활성에 대한 또 다른 제어 수단을 제공한다.
글루타민 합성효소의 기원에 대한 도전
자, 이제부터 더욱 흥미로운 부분을 살펴보려고 한다. 현재까지 생명체가 글루타민 합성효소 없이 필수적 분자를 얻을 수 있는 방법은 알려져 있지 않다. 따라서 우리가 아는 한, 최초의 생명체는 반드시 글루타민 합성효소를 갖고 있어야만 했다.
하지만 생명체가 존재하기 전에는 번식이 없었으므로, 자연선택(natural selection)이 글루타민 합성효소의 기원에 관여했을 것이라고 생각은 억지스럽다. 따라서 이 놀라운 분자의 자연주의적 기원을 믿을 수 있는 유일한 선택지는 무작위성과 우연의 결합뿐이다. 이처럼 놀랍도록 복잡한 효소가 우연히 생겨날 수 있었을까? 하나씩 살펴보겠다.
크기가 중요하다 : 모든 단백질들은 특정 순서로 연결된 아미노산(amino acids, AA)들의 사슬이다. 생명체에는 단백질을 구성하는 데 사용될 수 있는 아미노산이 20가지 종류가 있다. 단백질의 종류는 아미노산의 특정한 순서에 따라 결정된다. 단백질인 글루타민 합성효소를 구성하고 있는 아미노산들의 수는 생물 종에 따라 다르며(약 350~700개), 같은 종 내에서도 사람마다 약간의 차이가 있을 수 있지만, 일반적으로 사람의 글루타민 합성효소의 아미노산 수는 373개이다. 아미노산의 수는 생물체의 복잡성과 비례하지 않으며, 박테리아 종은 이 범위의 하한과 상한 모두에서 발견된다. 잘 알려진 박테리아인 대장균(E. coli)의 글루타민 합성효소는 약 469개의 아미노산을 가지고 있는데, 이는 사람보다 약 40% 더 많은 수이다.
정확성이 핵심이다 : 글루타민 합성효소를 포함하여, 모든 단백질의 아미노산들은 한 단백질이 기능을 수행하기 위해 대부분 정확한 순서로 배열되어 있어야만 한다. 특히 글루타민 합성효소와 같은 효소의 활성 부위(기능 부위)에서는 더욱 그렇다. 종간 글루타민 합성효소의 아미노산 개수가 다양하다고 해서, 예를 들어 700개의 아미노산을 가진 생물체에 수백 개의 쓸모없는 아미노산이 있다는 의미는 아니다. 아미노산 사슬은 구조적 역할을 할 수 있지만, 특정 종 내에서 분자의 기능과 처리 방식에 중요한 역할을 할 수도 있다. 진화론자들은 글루타민 합성효소를 '고도로 보존된(highly conserved)' 단백질이라고 설명하고 있다. 이는 글루타민 합성효소의 기능에 필요한 아미노산 서열이 모든 생물들에서 매우 유사하다는 것을 의미한다. 진화론적 관점에서는 이러한 유사성이 자연선택을 통해 작은 변이들이 제거된 결과라고 주장하지만, 이는 글루타민 합성효소가 제 기능을 수행하기 위해서 정확한 설계를 필요로 한다는 것에 더 부합한다.
우연히 생성될 확률은 극히 극히 극히 낮다 : 진화론자들에게 있어 생명체에 필수적인 이 글루타민 합성효소 분자가 어떻게 생겨났는지 설명할 수 있는 유일한 방법은 우연(chance)뿐이다. 따라서 아미노산들이 우연히 생겨나고, 서로 결합할 수 있었다고 하더라도, 생명체에 필요한 가장 단순한 형태의 글루타민 합성효소를 만들기 위해서는 올바른 순서대로 결합되어야만 한다. 그 확률은 얼마나 될까?
제대로 된 글루타민 합성효소를 구성하는 데 필요한 최소 아미노산 갯수는 확실히 알 수 없지만, 대부분 200~250개 정도가 매우 보수적인 수치라는 데 동의할 것이다. 더욱 보수적으로, 심지어 완전히 비현실적일 정도로 가정해 보자. 대략 절반 정도인 120개 정도의 아미노산만 올바른 순서로 배열되어 있으면 된다고 가정해 보겠다.
이제 한 아미노산이 다른 아미노산으로 대체될 가능성을 고려하여, 확률을 조금 더 줄여 보겠다. 모든 비판을 잠재우기 위해 다시 절반으로 줄여 60개로 하고 확률을 계산해 보겠다. 사용 가능한 20개의 아미노산들 중 60개가 올바른 순서로 나타날 확률은 다음과 같다 : 1/20 × 1/20 × 1/20 × … (60번). 즉, 대략 1/10^80 이다. 다시 말해 1 뒤에 0이 80개 붙는 수 분의 1이다!
이것이 얼마나 작은 확률일까? 테니스공들로 이루어진 상상할 수 없을 만큼 거대한 바다가 있다고 상상해 보라. 이 공들은 끊임없이, 그리고 무작위적으로 섞여 있다. 우주에 있는 원자(atoms)의 수만큼 많은 공이 있다고 상상해 보라. 이 우주의 원자들의 총 수는 약 10^80개로 추정된다. 이 '바다'의 총 부피는 수백억 개의 우주와 맞먹을 정도이다. 모든 공들은 똑같지만, 단 하나의 공 안에만 쪽지가 들어 있다. 그리고 이 엄청나게 큰 테니스공 더미에서 눈을 감고 단 하나만 고를 수 있는 방법이 있다고 상상해 보라. 그 단 한 번의 선택으로 쪽지가 들어 있는 공이 나올 확률은 극히 극히 극히 작아서(즉 1/10^80) 사실상 0이다. 다시 말해, 60개의 아미노산들이 우연히 올바른 순서대로 정확하게 연결될 확률은 사실상 제로라는 것이다.
닭이 먼저인가, 달걀이 먼저인가 문제 : 글루타민을 만드는 데 사용되는 효소인 글루타민 합성효소는 그 자신이 하나의 단백질이다. 이 효소는 17개의 글루타민 분자들을 갖고 있다. 그렇다면 이 글루타민은 기존의 글루타민 합성효소에서 나온 것이 아니라면, 어디에서 온 것일까? 글루타민 합성효소 자체도 기존의 글루타민을 필요로 하는데 말이다. 다른 것들도 계속 이런 식으로 이어진다.
섬세한 상호의존 관계
글루타민 합성효소는 단독으로 작용하는 것이 아니다. 세포 내 복잡한 시스템의 일부이다.
효소적 협력 : 이 반응은 기질(사용되는 구성 물질)을 제공받고, 생성물을 활용하기 위해 다른 효소들에 의존하고 있다.
조절 네트워크 : 복잡한 메커니즘이 글루타민 합성효소가 언제, 얼마나 생산되는지를 제어한다.
분자 간 상호작용 : 글루타민 합성효소는 세포 내의 다른 많은 분자들과 상호작용하여 상호의존적인 네트워크를 형성하고 있다.
이러한 상호 연결성 때문에, 글루타민 합성효소의 우연한 자연주의적 기원은 더욱 가능성이 낮다. 글루타민 합성효소는 독자적으로 진화하기에 충분하지 않으며, 전체 시스템이 함께 진화해야만 한다. 따라서 글루타민 합성효소의 기원은 자연주의적 설명으로는 도저히 설명할 수 없는 것이다.
현재 연구의 한계점
과학자들은 지성(intelligence)의 개입 없이, 무생물인 화학물질들에서 생명체가 어떻게 자연발생할 수 있었는지를 계속해서 연구하고 있다. 현재 연구에는 상당한 한계가 있다. (이러한 모든 내용은 CMI의 Origin of Life Questions and Answers, creation.com/origin)에서 다루고 있다).
밀러-유리 실험(Miller–Urey experiment) : 이 유명한 실험은 (비현실적으로 조성된) 생명체 발생 이전 조건에서 일부 아미노산을 생성했지만, 이러한 실험으로는 글루타민조차 생성되지 않는다. 또한 단백질은 전혀 생성되지 않는다.
RNA 세계 가설(RNA World hypothesis) : 이 이론은 RNA가 DNA와 단백질보다 먼저 존재했을 가능성을 제안한다. 그러나 이 가설은 오늘날 우리가 보는 단백질 기반 효소로의 전환을 설명하지 못한다. 또한 RNA는 매우 불안정한 분자이다. DNA조차도 매우 불안정해서, 우리 몸의 각 세포들은 매일 백만 건의 DNA 손상을 입지만, (DNA에 암호화된) 복구 메커니즘 덕분에 돌연변이로 인한 심각한 손상을 막을 수 있다. RNA는 DNA보다 100배나 불안정하다.
심해 열수 분출구 이론 : 일부 과학자들은 생명체가 심해 열수 분출구(Hydrothermal vent) 근처에서 시작되었을 가능성을 제기한다(그림 3). 이러한 환경은 에너지를 제공할 수는 있지만, 특정한 염기서열을 가진 글루타민 합성효소와 같은 복잡한 효소가 어떻게 형성되었는지에 대한 문제는 해결하지 못한다. 또한, 마치 그릇 가게에 들어간 황소처럼, 어떤 '기계 장치'나 메커니즘에 의해 제어되지 않은 순수한 에너지는 건설적인 것이 아니라, 파괴적인 것이다. 생명체의 필수 구성 요소들은 이러한 고온 환경에서 빠르게 분해된다.
그림 3. 대서양 해저의 열수 분출구. 이 균열들은 지열로 가열된 광물질이 풍부한 물을 분출한다. 일부 학자들은 이러한 열수 분출구가 생명체가 처음 생겨날 때 필요한 에너지원이었을 가능성을 제기했다. 그러나 에너지만으로는 가장 단순한 생명체조차도 필요하고 복잡한 유전정보를 담고 있는 분자들을 생성하는 데 따르는 엄청난 문제들을 극복할 수 없을뿐더러, 오히려 문제를 가중시킬 뿐이다. <Public Domain | NOAA Photo Library | Wikimedia Commons>
글루타민 합성효소는 분자 공학의 경이로운 산물이다. 그 복잡성, 정밀성, 그리고 다른 세포 시스템과의 상호 의존성은 생명의 기원에 대한 진화론적 설명에 중대한 도전을 제기한다.
결론
글루타민 합성효소와 같은 분자 기계들에 대해 더 많이 알게되면 될수록, 그것들이 인간이 설계한 시스템과 얼마나 유사한지 깨닫게 된다. 글루타민 합성효소는 분자공학(molecular engineering)의 경이로운 산물이다. 그 복잡성, 정밀성, 그리고 다른 세포 시스템과의 상호 의존성은 생명의 기원에 대한 유물론적 설명에 중대한 도전을 제기한다. 이러한 증거들을 종합해 볼 때, 글루타민 합성효소의 정교한 설계는 창조주의 존재를 시사한다고 추론하는 것이 논리적이다.
References and Notes
1. The number of subunits can vary in some species.
2. Much of this variation comes from the variation in the number of identical subunits.
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출처 : CMI, 2026. 7. 22. First appeared in Creation 47(2), April 2025.
주소 : https://creation.com/en/articles/glutamine-synthetase-molecular-computer
번역 : 미디어위원회
글루타민 합성효소… 생명체의 분자 컴퓨터
: 고도로 복잡한 분자 기계들은 자연주의적 기원을 거부한다.
(Glutamine synthetase … Life’s molecular computer)
By Otangelo Grasso
이 복잡한 '컴퓨팅' 효소가 없었다면, 그 어떤 생명체도 살아갈 수 없었을 것이다.
생명체의 복잡성은 전반적으로 상상하기 어려울 정도이다. 그중에서도 아주 작은 부분인 글루타민 합성 효소(glutamine synthetase)라는 흥미로운 한 효소(enzyme)의 복잡한 구조는 생명의 기원에 대한 진화론적 설명에 도전하고 있다. 이 효소가 자연주의적 설명에 어떻게 도전하는지 간략하게 살펴보겠다.
글루타민 합성효소란 무엇인가?
글루타민 합성효소(Glutamine synthetase, GS)는 세포 안에 있는 한 미세한 공장과 같은 역할을 한다. 거의 대부분 단백질로 구성되어 있는 효소(enzymes)들은 생명체의 중요한 반응을 일으키는 생물학적 기계들로, 효소가 없다면 반응은 일어나지 않거나, 일어나더라도 너무 느려서 유용하지 않을 것이다. 글루타민 합성효소는 단백질, 뉴클레오티드(RNA와 DNA의 구성 요소) 등 중요한 생체분자의 필수 구성 요소인 아미노산 글루타민(glutamine, 그림 2)을 생성하는 데 중요한 역할을 한다. 글루타민(기호 Gln, 또는 Q)은 인체에서 가장 흔한 아미노산이다.
그림 1. 글루타민 합성효소(Glutamine synthetase)의 분자 모형. 효소는 일종의 촉매이며, 이 효소는 글루탐산과 암모니아가 결합하여 필수 아미노산인 글루타민(glutamine)을 생성하는 반응을 가능하게 한다. <Science Photo Library, Alamy>
글루타민 합성효소는 글루타민 생성 등 여러 역할을 통해 질소 대사(nitrogen metabolism)에 필수적인 역할을 한다. 글루타민 합성효소는 모든 생명체에서 발견되며, 글루타민 합성효소가 없다면, 우리가 알고 있는 생명체는 존재할 수 없을 것이다!
글루타민 합성효소는 세포 안에 있는 한 미세한 공장과 같다.
분자적 경이로움
12개의 동일한 부품으로 이루어진 미세한 기계를 상상해 보라. 이 모든 부품들이 완벽한 조화를 이루며 작동한다. 그것이 바로 글루타민 합성효소이다. 이 효소는 매우 정교해서, 과학자들은 이 효소를 분자 컴퓨터(molecular computer)에 비유하고 있다. 그 이유는 다음과 같다.
복잡한 구조 : 글루타민 합성효소는 일반적으로 두 개의 육각형 고리 형태로 배열된 12개의 동일한 하위 단위로 구성되며, 이 고리들은 서로 겹쳐 쌓여 있다.(그림 1).[1]
다중 입력 : 세포의 질소 수준, 에너지 상태, 그리고 세포 활동의 억제제 또는 활성제의 존재 여부를 포함한 다양한 신호들을 처리한다.
정확한 컴퓨팅 : 글루타민 합성효소는 이러한 입력값을 기반으로, 얼마나 많은 글루타민을 생산할지를 '결정'한다.
특정한 출력 : 세포의 필요량을 충족시키기에 딱 맞는 양의 글루타민을 생성한다.
피드백 조절 : 글루타민 합성효소는 마치 자율 조절 컴퓨터 시스템(self-regulating computer system)처럼, 자신이 만들어내는 제품에 따라 활동을 조정할 수 있다.
그림 2. 아미노산 글루타민(glutamine)의 모형. 단백질들은 아미노산들의 긴 사슬로 구성되어 있으며, 글루타민은 그들 중에서도 가장 풍부한 아미노산 중 하나이다.
글루타민 합성효소의 복잡성
활성 부위의 복잡성 : 글루타민 합성효소의 각 소단위에는 '마법'이 일어나는 활성 부위가 있다. 이 부위는 ATP(adenosine triphosphate, 에너지 운반 분자), 글루타민산염(glutamate), 암모니아(ammonia)와 놀라운 특이성으로 결합한다. 마치 완벽하게 조정된 12개의 기계가 동시화되어 작동하는 것과 같다.
협력적 행동 : 하위 단위들은 독립적으로 작동하지 않는다. 서로 소통하며, 인접한 하위 단위에서 일어나는 상황에 따라 활동을 조절한다. 이러한 협력을 통해 글루타민 생성을 정밀하게 제어할 수 있다.
알로스테릭 조절(allosteric regulation, 다른 자리 입체성 조절) : 이것은 글루타민 합성효소가 활성 부위에서 멀리 떨어진 부위에 결합하는 분자에 의해 조절될 수 있음을 의미한다. 마치 효소의 활성을 조절할 수 있는 원격 제어(remote control) 장치와 같다.
번역 후 변형 : 효소는 만들어진 후 변형될 수 있으며, 일반적으로 작은 화학 그룹을 첨가하거나, 제거하는 방식으로 이루어진다. 이는 효소 활성에 대한 또 다른 제어 수단을 제공한다.
글루타민 합성효소의 기원에 대한 도전
자, 이제부터 더욱 흥미로운 부분을 살펴보려고 한다. 현재까지 생명체가 글루타민 합성효소 없이 필수적 분자를 얻을 수 있는 방법은 알려져 있지 않다. 따라서 우리가 아는 한, 최초의 생명체는 반드시 글루타민 합성효소를 갖고 있어야만 했다.
하지만 생명체가 존재하기 전에는 번식이 없었으므로, 자연선택(natural selection)이 글루타민 합성효소의 기원에 관여했을 것이라고 생각은 억지스럽다. 따라서 이 놀라운 분자의 자연주의적 기원을 믿을 수 있는 유일한 선택지는 무작위성과 우연의 결합뿐이다. 이처럼 놀랍도록 복잡한 효소가 우연히 생겨날 수 있었을까? 하나씩 살펴보겠다.
크기가 중요하다 : 모든 단백질들은 특정 순서로 연결된 아미노산(amino acids, AA)들의 사슬이다. 생명체에는 단백질을 구성하는 데 사용될 수 있는 아미노산이 20가지 종류가 있다. 단백질의 종류는 아미노산의 특정한 순서에 따라 결정된다. 단백질인 글루타민 합성효소를 구성하고 있는 아미노산들의 수는 생물 종에 따라 다르며(약 350~700개), 같은 종 내에서도 사람마다 약간의 차이가 있을 수 있지만, 일반적으로 사람의 글루타민 합성효소의 아미노산 수는 373개이다. 아미노산의 수는 생물체의 복잡성과 비례하지 않으며, 박테리아 종은 이 범위의 하한과 상한 모두에서 발견된다. 잘 알려진 박테리아인 대장균(E. coli)의 글루타민 합성효소는 약 469개의 아미노산을 가지고 있는데, 이는 사람보다 약 40% 더 많은 수이다.
정확성이 핵심이다 : 글루타민 합성효소를 포함하여, 모든 단백질의 아미노산들은 한 단백질이 기능을 수행하기 위해 대부분 정확한 순서로 배열되어 있어야만 한다. 특히 글루타민 합성효소와 같은 효소의 활성 부위(기능 부위)에서는 더욱 그렇다. 종간 글루타민 합성효소의 아미노산 개수가 다양하다고 해서, 예를 들어 700개의 아미노산을 가진 생물체에 수백 개의 쓸모없는 아미노산이 있다는 의미는 아니다. 아미노산 사슬은 구조적 역할을 할 수 있지만, 특정 종 내에서 분자의 기능과 처리 방식에 중요한 역할을 할 수도 있다. 진화론자들은 글루타민 합성효소를 '고도로 보존된(highly conserved)' 단백질이라고 설명하고 있다. 이는 글루타민 합성효소의 기능에 필요한 아미노산 서열이 모든 생물들에서 매우 유사하다는 것을 의미한다. 진화론적 관점에서는 이러한 유사성이 자연선택을 통해 작은 변이들이 제거된 결과라고 주장하지만, 이는 글루타민 합성효소가 제 기능을 수행하기 위해서 정확한 설계를 필요로 한다는 것에 더 부합한다.
우연히 생성될 확률은 극히 극히 극히 낮다 : 진화론자들에게 있어 생명체에 필수적인 이 글루타민 합성효소 분자가 어떻게 생겨났는지 설명할 수 있는 유일한 방법은 우연(chance)뿐이다. 따라서 아미노산들이 우연히 생겨나고, 서로 결합할 수 있었다고 하더라도, 생명체에 필요한 가장 단순한 형태의 글루타민 합성효소를 만들기 위해서는 올바른 순서대로 결합되어야만 한다. 그 확률은 얼마나 될까?
제대로 된 글루타민 합성효소를 구성하는 데 필요한 최소 아미노산 갯수는 확실히 알 수 없지만, 대부분 200~250개 정도가 매우 보수적인 수치라는 데 동의할 것이다. 더욱 보수적으로, 심지어 완전히 비현실적일 정도로 가정해 보자. 대략 절반 정도인 120개 정도의 아미노산만 올바른 순서로 배열되어 있으면 된다고 가정해 보겠다.
이제 한 아미노산이 다른 아미노산으로 대체될 가능성을 고려하여, 확률을 조금 더 줄여 보겠다. 모든 비판을 잠재우기 위해 다시 절반으로 줄여 60개로 하고 확률을 계산해 보겠다. 사용 가능한 20개의 아미노산들 중 60개가 올바른 순서로 나타날 확률은 다음과 같다 : 1/20 × 1/20 × 1/20 × … (60번). 즉, 대략 1/10^80 이다. 다시 말해 1 뒤에 0이 80개 붙는 수 분의 1이다!
이것이 얼마나 작은 확률일까? 테니스공들로 이루어진 상상할 수 없을 만큼 거대한 바다가 있다고 상상해 보라. 이 공들은 끊임없이, 그리고 무작위적으로 섞여 있다. 우주에 있는 원자(atoms)의 수만큼 많은 공이 있다고 상상해 보라. 이 우주의 원자들의 총 수는 약 10^80개로 추정된다. 이 '바다'의 총 부피는 수백억 개의 우주와 맞먹을 정도이다. 모든 공들은 똑같지만, 단 하나의 공 안에만 쪽지가 들어 있다. 그리고 이 엄청나게 큰 테니스공 더미에서 눈을 감고 단 하나만 고를 수 있는 방법이 있다고 상상해 보라. 그 단 한 번의 선택으로 쪽지가 들어 있는 공이 나올 확률은 극히 극히 극히 작아서(즉 1/10^80) 사실상 0이다. 다시 말해, 60개의 아미노산들이 우연히 올바른 순서대로 정확하게 연결될 확률은 사실상 제로라는 것이다.
닭이 먼저인가, 달걀이 먼저인가 문제 : 글루타민을 만드는 데 사용되는 효소인 글루타민 합성효소는 그 자신이 하나의 단백질이다. 이 효소는 17개의 글루타민 분자들을 갖고 있다. 그렇다면 이 글루타민은 기존의 글루타민 합성효소에서 나온 것이 아니라면, 어디에서 온 것일까? 글루타민 합성효소 자체도 기존의 글루타민을 필요로 하는데 말이다. 다른 것들도 계속 이런 식으로 이어진다.
섬세한 상호의존 관계
글루타민 합성효소는 단독으로 작용하는 것이 아니다. 세포 내 복잡한 시스템의 일부이다.
효소적 협력 : 이 반응은 기질(사용되는 구성 물질)을 제공받고, 생성물을 활용하기 위해 다른 효소들에 의존하고 있다.
조절 네트워크 : 복잡한 메커니즘이 글루타민 합성효소가 언제, 얼마나 생산되는지를 제어한다.
분자 간 상호작용 : 글루타민 합성효소는 세포 내의 다른 많은 분자들과 상호작용하여 상호의존적인 네트워크를 형성하고 있다.
이러한 상호 연결성 때문에, 글루타민 합성효소의 우연한 자연주의적 기원은 더욱 가능성이 낮다. 글루타민 합성효소는 독자적으로 진화하기에 충분하지 않으며, 전체 시스템이 함께 진화해야만 한다. 따라서 글루타민 합성효소의 기원은 자연주의적 설명으로는 도저히 설명할 수 없는 것이다.
현재 연구의 한계점
과학자들은 지성(intelligence)의 개입 없이, 무생물인 화학물질들에서 생명체가 어떻게 자연발생할 수 있었는지를 계속해서 연구하고 있다. 현재 연구에는 상당한 한계가 있다. (이러한 모든 내용은 CMI의 Origin of Life Questions and Answers, creation.com/origin)에서 다루고 있다).
밀러-유리 실험(Miller–Urey experiment) : 이 유명한 실험은 (비현실적으로 조성된) 생명체 발생 이전 조건에서 일부 아미노산을 생성했지만, 이러한 실험으로는 글루타민조차 생성되지 않는다. 또한 단백질은 전혀 생성되지 않는다.
RNA 세계 가설(RNA World hypothesis) : 이 이론은 RNA가 DNA와 단백질보다 먼저 존재했을 가능성을 제안한다. 그러나 이 가설은 오늘날 우리가 보는 단백질 기반 효소로의 전환을 설명하지 못한다. 또한 RNA는 매우 불안정한 분자이다. DNA조차도 매우 불안정해서, 우리 몸의 각 세포들은 매일 백만 건의 DNA 손상을 입지만, (DNA에 암호화된) 복구 메커니즘 덕분에 돌연변이로 인한 심각한 손상을 막을 수 있다. RNA는 DNA보다 100배나 불안정하다.
심해 열수 분출구 이론 : 일부 과학자들은 생명체가 심해 열수 분출구(Hydrothermal vent) 근처에서 시작되었을 가능성을 제기한다(그림 3). 이러한 환경은 에너지를 제공할 수는 있지만, 특정한 염기서열을 가진 글루타민 합성효소와 같은 복잡한 효소가 어떻게 형성되었는지에 대한 문제는 해결하지 못한다. 또한, 마치 그릇 가게에 들어간 황소처럼, 어떤 '기계 장치'나 메커니즘에 의해 제어되지 않은 순수한 에너지는 건설적인 것이 아니라, 파괴적인 것이다. 생명체의 필수 구성 요소들은 이러한 고온 환경에서 빠르게 분해된다.
그림 3. 대서양 해저의 열수 분출구. 이 균열들은 지열로 가열된 광물질이 풍부한 물을 분출한다. 일부 학자들은 이러한 열수 분출구가 생명체가 처음 생겨날 때 필요한 에너지원이었을 가능성을 제기했다. 그러나 에너지만으로는 가장 단순한 생명체조차도 필요하고 복잡한 유전정보를 담고 있는 분자들을 생성하는 데 따르는 엄청난 문제들을 극복할 수 없을뿐더러, 오히려 문제를 가중시킬 뿐이다. <Public Domain | NOAA Photo Library | Wikimedia Commons>
글루타민 합성효소는 분자 공학의 경이로운 산물이다. 그 복잡성, 정밀성, 그리고 다른 세포 시스템과의 상호 의존성은 생명의 기원에 대한 진화론적 설명에 중대한 도전을 제기한다.
결론
글루타민 합성효소와 같은 분자 기계들에 대해 더 많이 알게되면 될수록, 그것들이 인간이 설계한 시스템과 얼마나 유사한지 깨닫게 된다. 글루타민 합성효소는 분자공학(molecular engineering)의 경이로운 산물이다. 그 복잡성, 정밀성, 그리고 다른 세포 시스템과의 상호 의존성은 생명의 기원에 대한 유물론적 설명에 중대한 도전을 제기한다. 이러한 증거들을 종합해 볼 때, 글루타민 합성효소의 정교한 설계는 창조주의 존재를 시사한다고 추론하는 것이 논리적이다.
References and Notes
1. The number of subunits can vary in some species.
2. Much of this variation comes from the variation in the number of identical subunits.
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▶ 창조-진화 논쟁
https://creation.kr/Topic401/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6759749&t=board
출처 : CMI, 2026. 7. 22. First appeared in Creation 47(2), April 2025.
주소 : https://creation.com/en/articles/glutamine-synthetase-molecular-computer
번역 : 미디어위원회