세포는 생명이라는 현상을 어떻게 만드는가?

[류지혁]

지구상에 존재하는 모든 생명체는 몇 가지의 원소들에 의한 화학반응으로 생명을 유지해 나간다. 생명체가 생명을 유지하기 위해 몇 가지의 원소들을 동원하여 일으키는 화학반응을 '생화학 반응'이라 하며 이것을 우리는 흔히 '물질대사'라고 한다. 생화학 반응에 동원되는 중요한 원소 몇 가지는 탄소(carbon: C), 수소(hydrogen: H), 산소(oxigen: O) 그리고 질소(nitrogen: N)이며, 사람이라는 개체를 이루는 하나의 생명체는 탄소, 수소, 산소, 질소가 인체 몸무게의 96%를 이루고 있다. 말하자면, 사람은 복잡한 구조물로 이루어져 있는 듯하나 인체를 하나하나 분석해 들어가면 결국은 탄소와 수소, 산소, 질소가 우리의 몸을 구성하고 있는 기본적 물질의 전부임을 알게 된다. 인체를 이루고 있는 나머지 4%는 칼슘, 인, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 황, 염소와 그밖의 철, 구리, 붕소, 코발트, 망간, 몰리브덴, 요오드, 실리콘, 바나듐, 불소, 크롬, 셀레니움, 아연과 같은 무기물로 구성되어 있다. 우리가 죽은 후 흙속에 묻히게 되면 이러한 원소들은 흙과 대기 중으로 되돌아가며 이렇게 되돌려진 원소들은 다른 생명체들로 옮겨 간다. 즉, 우리 인체를 구성하고 있는 원소라는 물질들은 우리가 죽은 후에도 지속적으로 생명체와 무생물들 사이에서 돌고도는 연결고리를 따라서 순환을 하게 되는 것이다. 

우리는 식물들이 생산한 영양소를 매일 섭취를 해야만 생명을 유지할 수 있다. 식물들이 생산한 영양소란 다름 아닌 우리 인체를 이루고 있는 대량의 탄소, 수소, 산소, 질소로 이루어진 화합물을 말한다. 그리고 식물들의 영양소에는 칼슘, 칼륨, 철, 구리, 셀레니움과 같은 무기물질도 함유하고 있으므로 궁극적으로는 이러한 원소들을 얻기 위해 우리는 매일 3대 영양소로 알려진 탄수화물, 단백질, 지질이라는 음식물을 섭취해야만 한다. 이렇게 음식물을 통해서 획득한 원소들이 인체 안에서 화학반응을 일으켜 생명현상을 만들어내는 것이다. 우리가 고기와 같은 동물성 식품을 섭취하는 것도 따지고 보면 식물에서 기원한 원소들을 섭취하기 위해서이다.

화학반응이 일어나는 곳은 세포이며 하나의 세포는 화학공장과 같고 인체는 수십조 개의 세포로 생명단위를 이루고 있기 때문에 인체 하나를 놓고 보면 거대한 화학공장이라고 가정할 수 있다. 여기서 나는 인체 안에서 일어나는 모든 화학반응 자체에 대하여 언급하고자 함이 아니다. 화학의 기초적인 지식이 없더라도 몇 가지의 원소들에 의한 화학반응이 인체 안에서 어떻게 생명이라는 현상을 만들어내며, 그럼으로써 우리가 생명유지를 위해 본질적으로 어떤 식품들을 섭취할지에 대한 과학적인 정보를 알려주고자 함이 이 글의 목적이다. 

인체 안에서 일어나고 있는 화학반응에 관한 현상을 이해하게 되면 우리가 매일 접하는 먹거리를 선택하는 데 현명한 판단을 할 수 있다. 요즘 각종 TV 매체를 통해서 쏟아져 나오는 먹거리에 대한 정보나 지식들이 많은 사람들로 하여금 상당히 헷갈리게 하고 있는 듯하다.

예를 들면, 어떤 식품을 건강에 좋다고 하여 꾸준히 챙겨 먹어 왔는데 어느 날 갑자기 자연식품전문가라는 사람이, 또는 의사들이 나와서 그 식품을 장기간 섭취하게 되면 암을 유발시킨다느니 대사장애를 일으킨다는 말로 겁을 준다거나, 특정한 식품에 대해서 과대 평가하여 그 식품을 먹도록 부추기는 일이 공공연하게 방송되고 있다. 많은 사람들이 더욱 혼란스러워 하는 것은 의사 또는 전문가라는 사람들이 과학적인 지식과 의학적 상식을 동원하여 그럴 듯하게 설명을 할 때이다. 심지어는 어떤 식품을 놓고 전문가들끼리 좋고 나쁨에 대하여 설전을 벌이기도 한다. 이런 걸 보면서 많은 사람들은 먹는 문제에 대해서 어떤 것이 진실인지를 몰라 혼란스러워 한다. 

뿐만 이니라 어느 특정의 약초나 식물을 장기간 복용했더니 암을 고치고 당뇨병을 고쳤다는 방송이 나가고 나면 그 특정의 약초나 식물을 구하느라 온 나라 사람들이 혈안이 되기도 한다. 이런 현상은 우리 몸에서 일어나고 있는 생명활동에 관한 핵심적인 지식이 결여되어 먹는 문제에 대한 본질적인 기준이 서 있지 않은 데에서 생기는 것이다. 지금부터 단 몇 가지의 원소들에 의해 인체 안에서 일어나고 있는 생명활동에 관한 현상들에 대해서 설명할 것이다. 이러한 설명들이 다소 어려울 수도 있으나 집중해서 읽으면 무엇을 말하고자 함인지 이해하게 될 것이다.

CO2가 이산화탄소라는 것은 누구나 다 알 것이다. 우리가 숨을 내쉴 때 바깥으로 나가는 공기가 이산화탄소이다. CO2는 탄소(C)와 산소(O)라는 두 개의 원소가 결합된 화합물이다. 그리고 H2O가 물이라는 사실도 잘 알 것이며 이것 역시 수소(H)와 산소(O)로 이루어진 화합물이다. 서두에서 생명체들이 단 몇 가지 의 원소, 즉 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N)들이 화학반응에 동원되어 생명현상이 만들어지며 이렇게 만들어진 생명현상에 의해 생명이 유지된다는 사실을 상기하자. 먼저 탄소(C), 수소(H), 산소(O)의 3가지 원소를 가지고 식물들이 '포도당'이라는 영양소를 어떻게 만드는지를 살펴보기로 하자. 식물들이 동물들에게 필요한 포도당을 만들기 위해서는 이산화탄소와 물 그리고 햇빛이 있으면 된다.

즉, 식물들은 이산화탄소와 물, 햇빛을 이용하여 식물 자신은 물론 동물들이 생명을 유지하는 데 필요한 영양소인 포도당을 만들어내는 것이다. 즉, 6개의 이산화탄소와 6개의 물분자 그리고 여기에 햇빛이 가해지면 하나의 포도당과  6개의 산소가 만들어진다. 포도당은 'C6H12O6'로 나타낸다. 이산화탄소와 물 그리고 햇빛이 서로 반응하여 포도당과 산소가 만들어지는 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.

6CO2 + 6H2O + 햇빛에너지 → C6H12O6 + 6O2

위의 화학식에서 6개의 이산화탄소와 6개의 물분자 그리고 햇빛이 가해져서 한 분자의 포도당과 6개의 산소가 생성되었다. 위 화학식을 복잡하게 생각하지 말고 탄소(C)와 수소(H), 산소(O)의 3가지 원소가 어떻게 변하여 원래의 배열 상태에서 다르게 배열되어 있는 것만을 눈여겨 보라(숫자들에도 신경쓰지 말 것). 가운데의 화살표 왼쪽에 배열되어 있는 '6CO2 + 6H2O + 햇빛'을 반응물이라고 한다. 여기서 화살표 왼쪽에 배열되었던 탄소(C), 수소(H), 산소(O)가 화살표 오른쪽에서 'C6H12O6 + 6O2'로 다르게 배열되어 있는 모양을 볼 수 있는데 이것을 생성물이라 한다.

이처럼 탄소, 수소, 산소가 원래의 배열상태에서 다르게 배열되는 과정을 화학반응이라 하며, 이 반응에 의해 3가지의 원소들이 반응물이 되기도 하고 생성물이 되기도 한다. 여기서 화살표 왼쪽에서나 오른쪽에서 탄소(C), 수소(H), 산소(O)의 세 가지 원소가 없어지거나 새롭게 생겨나지 않았다는 점을 주의해서 봐야 한다. 몸에서 일어나고 있는 화학반응은 탄소, 수소, 산소 그리고 질소가 여러 형태로 재배열되어 화합물을 만드는 과정이며 이러한 재배열 과정(화학반응)이 우리를 건강하게 살아가도록 하는 생명활동이라고 하며 이 생명활동에 의해 생명현상이 만들어지는 것이다.

​6CO2 + 6H2O + 햇빛에너지 → C6H12O6 + 6O2 

위 식을 다시 주의 깊게 보자. 햇빛은 물분자 6개(6H2O)를 수소(H)와 산소(O)로 쪼개어 6개의 이산화탄소(6CO2)에 수소(H)와 산소(O)를 붙여 하나의 포도당(C6H12O6)과 6개의 산소(6O2)를 생성한다. 이 과정에서 3 가지의 원소, 즉 탄소(C), 수소(H), 산소(O)가 없어지거나 새로 생기지 않았고 배열만 달리 했음을 유심히 살펴보면 된다.

결국 화학반응이라는 현상은 원소들의 위치가 바뀌어 새로운 화합물을 만들어내는 것이라고 생각하면 된다. 식물이 이산화탄소와 물분자 그리고 햇빛을 이용하여 포도당과 산소를 생성해내는 화학반응을 '광합성작용'이라고 한다. 이와는 반대로 사람이 식물이 만들어낸 포도당을 섭취하여 생명을 유지하는 현상을 '세포호흡'이라고 하며, 우리가 포도당만을 섭취하여 생명활동을 위한 필요한 에너지를 만들어낼 수 없다. 식물의 광합성의 결과로 생성된 포도당 뿐만 아니라 산소가 함께 체내로 유입이 되어야만 세포가 새염활동을 하는 데 필요한 에너지가 생성되는 것이다. 즉

​C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 에너지(ATP)

의 화학식으로 나타낼 수 있다. 위의 식을 주의깊게 보면 식물이 광합성작용할 때의 반대의 과정임을 알 수 있다. 그러니까 식물이 광합성작용으로 포도당과 산소를 만들어내면 사람(동물)은 포도당과 산소를 섭취하여 에너지를 만드는 데 이용하고 그 에너지로 세포는 생명활동을 일으키는 데 사용하게 된다. 세포가 포도당과 산소를 취하여 생명활동을 위한 필요한 에너지를 생성할 때 노폐물로 이산화탄소와 물을 생성하게 되는데 이와 같은 노폐물은 다시 식물이 포도당과 산소를 합성하는 데 이용하게 됨으로, 결국 탄소와 산소 수소는 식물과 사람을 비롯한 동물들과의 사이를 순환하며 서로에게 필요한 유기화합물이 만들어지도록 하는 것이다.

지금까지는 단지 3종류의 원소인 탄소 수소 산소만을 가지고 생명활동을 하는 데 어떻게 이 원소들이 이용되는지를 추적해 보았다. 우리가 생명을 유지하는 데 있어 에너지만 필요한 것이 아니라 생명활동을 하는 데 대단히 중요한 물질인 단백질을 제쳐두고는 생명현상에 대해서 말할 수가 없다. 우리의 몸은 대부분이 단백질로 이루어져 있고 생명활동을 하는 데 기능을 하는 모든 물질들이 단백질들이다.

예를 들면, 신경계가 정보를 소통하는 데 신호전달물질로 이용하는 것들이 모두 단백질이며, 인체 안에서 일어나는 모든 화학반응은 효소가 촉매를 해줘야 하는데 이런 중요한 효소들도 모두 단백질로 이루어진 물질들이다. 식물들은 탄소를 중심으로 하는 탄소화합물인 포도당이나 녹말과 같은 탄수화물을 생성하기도 하지만 질소화합물인 단백질이나 아미노산을 합성하기도 한다. 이 지구상에 존재하는 모든 생물들은 탄소, 수소, 산소, 질소로 이루어진 영양소를 섭취하여 이런 원소들의 재배열을 일으키는 화학반응에 의한 현상으로 생명을 유지하고 있다. 

생명을 유지하는 데 중요한 4가지의 원소, 즉 탄소 수소 산소 질소 등이 재배열하여 생명활동에 필요한 생성물을 만드는 과정에는 반드시 효소의 촉매작용이 었어야 한다. 효소가 없이는 탄소 수소 산소 질소에 의한 재배열, 즉 화학반응이 유효적절하게 일어나질 않는다. 우리는 매일 4가지의 원소인 탄소 수소 산소 질소를 얻기 위해 음식물을 섭취한다.

우리가 매일 먹는 음식물은 무엇이든지 간에 이들을 통해서 3대 영양소인 탄수화물, 단백질, 지질(지방과 기름)을 반드시 섭취하게끔 되어 있다. 이렇게 3대 영양소를 섭취하면 세포들이 생명활동을 위해 필요로 하는 4가지의 필수적인 원소가 공급된다. 우리 몸을 이루고 있는 세포는 이 4가지의 원소를 이용하여 에너지도 만들고 단백질도 만들고 지방도 만드는 생명활동에 필요한 생체물질들을 합성하기 위한 화학반응을 수행해야 한다. 그런데 이 4가지의 원소들만으로는 원할한 화학반응을 수행할 수가 없다.

원활한 화학반응을 위해서는 효소가 반드시 필요하다고 앞에서 언급했는데, 다행스럽게도 4가지의 원소에 의해, 특히 질소를 중심으로 하는 질소화합물인 단백질의 효소를 세포가 만들어낸다. 이렇게 만들어진 효소에 의해서 우리 몸을 이루고 있는 전 세포에서 4가지 원소에 의한 화학반응이 잘 수행되도록 효소가 촉매를 시켜준다. 그러나 효소 또한 세포들 안에서 화학반응이 원할하게 일어나도록 촉진시키는 데 한계가 있다.

따라서 효소를 도와주는 물질이 반드시 필요하며 이러한 물질들을 조효소라고 한다. 조효소는 자연계에 존재하는 모든 비타민을 말하며 이런 비타민들은 식물들이 광합성 작용으로 역시 탄소 수소 산소 질소를 이용하여 합성하고 저장한다. 이러한 비타민들이 효소를 도와 화학반응을 촉매하므로 '조효소'라고 하는 것이다. 그리고 효소는 비타민과 같은 조효소 뿐만 아니라 효소를 도와주는 또 다른 보조인자가 필요한데 각종의 미네랄(무기물질)들이 그것이다. 미네랄들은 식물들이 토양에서 흡수하여 식물기관을 이루는 여기저기에 저장한다.

우리는 어떤한 식품들을 섭취하든지 3대 영양소인 탄수화물과 단백질 지질을 공급받을 수 있으며 여기에는 반드시 탄소, 수소, 질소가 포함되어 있다. 그러나 탄소, 수소, 질소, 산소가 결합하여 화학반응을 일으키는데 꼭 필요한 비타민류와 미네랄들은 턱없이 부족하거나 결핍될 수 있는 식품들이 있을 수 있다. 이런 식품들이 현대인들이 주로 섭취하는 인스턴트나 패스트푸드와 같은 지나치게 가공된 식품들이다. 흔히 정크푸드로 알려진 지나치게 가공된 식품들의 공통점은 이미 언급했던 비타민류와 미네랄들이 부족하거나 결핍되어 있고, 인공으로 합성된 화학첨가물이 과다하게 포함되어 있다는 사실이다.

우선 비타민류와 미네랄의 부족이나 결핍은 탄소, 수소, 질소, 산소들의 화합물들에 대한 화학반응이 순탄하게 일어나지 않는다는 점과 가공되어진 식품 속에 포함된 인공의 화학첨가물들은 탄소, 수소, 질소, 산소 화합물의 화학반응을 방해한다는 점이다. 이런 일이 한두 번 일어난다고 해서 당장 심각한 문제가 발생하지는 않겠지만 장기적으로 반복되면 세포들이 병들고 죽게 된다. 그럼으로써 우리의 몸은 병들고 망가지는 것이다.

미네랄들은 우리 몸 속에서 단지 0.01% 미만으로 존재하여 그 중요성이 미미하다고 여길 수 있으나 철 같은 미네랄은 우리 몸에 존재하지 않으면 생명을 유지 할 수 없을 정도로 중요하다. 다른 여러 가지의 미네랄들도 아주 극미량으로 존재하지만 그 마저도 존재하지 않게 되면 화학반응이 원활하게 이루어지지 않아 세포 안에서의 생명활동이 삐걱거릴 수밖에 없다. 예를 들어 요오드 같은 미네랄은 우리 몸에 극미량으로 존재하나 요오드가 전혀 존재하지 않을 경우는 갑상선호르몬을 만들지 못해 갑상선질환과 우리 몸의 전체 물질대사에 장애를 일으키기도 한다. 

산소 탄소 수소 질소가 우리 몸을 이루는 구성 성분의 96%를 차지한다면 요오드는 0.01%미만으로 존재하여 자칫 요오드는 우리 몸에 있어도 그만 없어도 그만이라는 생각을 가질 수 있다. 그러나 이런 생각은 대단히 위험한 생각이다. 우리 몸에서의 요오드 결핍은 갑상선호르몬을 합성하지 못하게 하므로 건강상 심각한 문제를 일으키게 된다. 이런 사실을 알게 된 어떤 사람들은 요오드의 결핍을 방지하기 위해 의식적으로 요오드를 섭취하기 위해 요오드가 처방된 보조식품을 먹는다든지 아니면 매일 미역국을 억지로 먹기도 한다. 

뿐만 아니라 어떤 특정의 식품들, 대개 이런 식품들은 보약일 가능성이 큰데 굳이 이런 식품들을 값비싼 대가를 지불하며 먹는 사람들도 있다. 홍삼제품들이 대표적인 케이스로 꼽힐 수도 있다. 물론, 홍삼은 우리의 몸을 위해서 훌륭한 식품이 될 수 있다. 왜냐하면 홍삼에는 인체 안에서의 화학반응을 원할하게 도와주는 조효소 성분과 보조인자인 각종의 비타민과 미네랄들이 풍부하게 함유되어 있기 때문이다. 그러나 홍삼의 단점은 모든 사람들이 자유롭게 먹을 수 있는 식품이 아니라는 점이다. 달리 말해서, 값이 너무 비싸기 때문에 누구라도 쉽게 먹을 수 있는 식품이 아니다. 홍삼 뿐만 아니라 시중에는 각종의 건강식품이 넘쳐나고 있는데 하나같이 모두 고가의 식품들이라는 문제점을 가지고 있다. 

우리 몸에서 생명유지를 위한 화학반응이 순조롭게 진행되기 위해서는 효소도 필요하고 효소를 도와주는 조효소인 비타민과 보조인자인 미네랄들이 반드시 필요한데 이러한 영양소들은 우리가 의식적으로 섭취하려고 하면 매일매일의 삶이 무척 피곤해진다. 이렇게 필요한 영양소들은 무의식적으로 섭취할 수 있도록 우리의 환경과 조건이 갖춰져 있다. 즉, 우리 주변의 자연환경에는 우리들이 섭취해야 될 영양소들을 지닌 식물들이 지천으로 널려 있다.

도시에 사는 사람들은 지천으로 널려있는 영양소를 지닌 식물들의 섭취에 약간의 제약이 따르기는 하겠지만 시장이 잘 형성되어 있기 때문에 약간의 돈만 주면 그런 식품들을 얼마든지 쉽게 구해서 섭취할 수 있다. 굳이 고가의 값을 치르며 특정의 식품들을 먹을 필요가 없다. 우리가 건강한 생명을 유지하기 위해 섭취해야 할 식품들을 영양학적으로 너무 복잡하게 따지지 말자는 이야기이다. 자연 상태에서 지천으로 널려 있는 온갖 식물들(독초는 빼고)은 탄소 산소 질소 수소는 물론, 조효소인 비타민과 보조인자인 미네랄들을 충분히 함유하고 있으며, 우리는 이런 식물들이나 이런 식물들로 만들어진 식품들을 섭취하기만 하면 된다.

다시 말하지만 요즘 건강상의 문제가 되는 인스턴트 식품과 패스트푸드 같은 지나치게 가공된 식품들에는 탄소 수소 산소 질소 등의 생명유지를 위한 화학반응의 요소는 다 갖춰져 있다. 그러나 화학반응이 일어나도록 촉매시켜주는 비타민과 미네랄들이 턱없이 부족하기 때문에 이런 식품들을 장기적으로 섭취했을 때 건강상의 심각한 문제가 발생하는 것이다. 

시한부 삶을 선고 받은 암환자가 남아 있는 시간이라도 편안하게 보내기 위해 산골로 들어가 그 곳에 널려 있는 자연의 초근목피들을 먹거리로 장만하여 매일매일 먹다보니 그를 죽음의 벼랑끝으로 내몰았던 암세포들이 모두 없어졌다는 기적같은 일이 일어났다는 사례를 심심찮게 접하고는 한다. 그게 기적인가? 세포들이 생명유지를 위한 화학반응을 수행하는 데 절대적으로 필요한 비타민과 미네랄들이 결핍되면 정상세포가 암세포로 변하는 것이다. 이런 암환자들에게 비타민과 미네랄이 충분한 식품들을 공급해주면 암세포는 정상적인 세포로 돌아가게끔 되어 있다. 암환자들에게 필요한 비타민과 미네랄의 공급원은 자연에 흔하게 널려 있으며 이렇게 널려진 영양소들을 의식적으로 섭취하는 것이 아니라 자기도 모르게 섭취되는 것이다.

결론은 우리가 먹는 문제에 대해서 의식적으로 어떤 식품을 추구하고 기피해야 할 필요가 없다는 것이다. 자연에 존재하는 식품들을 이것저것 따져가며 섭취할 필요가 없다는 이야기이다. 주변에 널려 있는 자연적인 식품들을 자연스럽게 섭취하면 된다. 이것이 자연의 섭리이며 생명체를 창조한 조물주의 뜻이기도 하다.