기초 화학 : 창조의 증거

기초 화학 : 창조의 증거 

(Basic Chemistry : A Test of Creation)


   화학이 밝혀낸 특정 원소의 기초 무기화학적 역할들은 창조 및 설계의 강력한 증거를 제공하고 있다. 

진화에 반하여 창조를 옹호하는 화학적 논증의 대부분은 이것이 생명의 기원과 관계가 있기 때문에 생화학적 측면에 역점을 두어왔다. 이러한 생화학적 논증의 중요성이 어떤 식으로든 최소화되어서는 안되겠지만, 특정 원소의 기초 무기화학적 역할도 동일하게 창조의 강력한 증거를 제공하는 점에 있어 가치있는 것인데도 지금까지는 다소 간과된 면이 있다. 



1. 탄소의 연쇄 기능

주기율표의 모든 화학원소 중 가장 독특한 탄소 원소(C)를 고려해보자. 이것은 비금속으로서 알려져 있는 모든 종류의 공유결합(즉, 한 쌍의 전자가 원자간 공유되는)에 참여할 수 있는 무한정의 능력을 가진다. 이 결합 능력은 다른 원자와의 결합은 물론이고 같은 종류의 원자들도 결합시킨다. 연쇄(catenation)라고 불리우는 이런 특징은 사실상 탄소원소에 한해서만 무한정적인데, 이것이 생명에 필요한 유기 분자들의 폭넓은 다양성을 가능하게 하고 있다. 규소(Si), 질소(N), 황(S), 인(P) 등과 같은 다른 원소들도 연쇄에 아주 한정된 능력을 나타내기는 하나, 탄소의 연쇄능력과는 비교할 수 없다. 이런 독특한 특징없이는 단백질, DNA, RNA, 섬유소 등의 필수 유생 분자의 형성이 불가능할 것이다. 아이러니하게도 이렇게 중요한 탄소가 실제로는 모든 생명체의 성분 중 겨우 9∼10 %의 무게만을 차지하고 있고, 지구상에도 단지 0.017 % 정도로만 존재하고 있다. 그러나 이 낮은 비율에도 불구하고, 생물학적 체계의 원상태를 파괴하지 않는 한은, 유생 분자내의 한두 개의 탄소 원자조차도 그것을 대신할 수 있는 원소가 없다.



 2. 산소의 특이한 존재 형태

탄소(C)나 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 원소와 다른 비금속 원소들을 주족원소라고 부르는데, 산소를 제외한 이러한 원소들의 원자는 짝수개의 전자가 쌍으로 결합될 때만 안정하고, '비공유(unpaired)' 전자가 존재하면 화학적으로 불안정하게 된다. 반면에, 전이 금속이라 불리는 크로뮴(Cr), 철(Fe), 니켈(Ni) 등의 금속 원소들은 하위족(Sub-Group) 원소에 속하며 비공유전자를 포함하면서도 놀랍게도 화학적으로 매우 안정하다.

산소는, 생명 과정에서 그와 비슷하게 활용될 수 있는 대체물이 결코 존재하지 않는 원소로서 주족원소에 속하는데, 기체의 이원자 분자인 O2로 자연계에 자유롭게 존재하고 있다. 수소(H2), 질소(N2), 불소(F2), 염소(Cl2) 등 자유 이원자 분자로 존재하는 주족원소들이 있지만, O2만이 이런 종류의 분자로서 2개의 비공유전자(unpaired electrons)를 가지고 있으며, 다른 것은 모두 공유전자(paired electrons)를 가지고 있다. 그러나 O2는 여전히 화학적으로 안정하다. 주족원소에 대한 안정도의 전자쌍 법칙에서 이 하나의 주목할 만한 예외를 설명하기란 매우 어렵다.

O2와 똑같은 전자배열을 가진 분자는 황(S2)밖에 없는데 이것은 아주 불안정한 분자이고, 그렇기 때문에 황은 이러한 형태로 존재하지 않는다. 더욱이 O안에 이와 같은 두 개의 비공유전자가 없었더라면, 혈관 속으로 O2를 운반하고 방출하는데 필요한 에너지의 양을 정확히 하며 (산소가) 헤모글로빈 속의 철원자와 결합되는 것은 불가능했을 것이다. CO와 NO같은 몇몇의 다른 분자들이 O2를 대신해서 헤모글로빈과 결합할 수는 있지만, 이것들은 헤모글로빈의 기능을 완전히 파괴해 버린다. 비슷하게, 철에 필적하는 몇몇 다른 전이 금속들이 있어 헤모글로빈 속의 철을 대신해 O2와 결합할 수 있는데 이 결합은 너무 강하거나 너무 약하다. 따라서, 혈액 속에서 O2를 운반하기 위해 정상적인 헤모글로빈에 요구되는 특성을 가지고 있는 비(非)철 헤모글로빈 유사물은 존재하지 않는다.

더구나, 사이토크롬 산화효소에서 O2는 Fe2+와 Cu+로 환원되고 다시 Fe3+와 Cu2+로 재산화되는 철(Fe3+)과 구리(Cu2+) 사이의 산화/환원 짝지음(coupling) 매커니즘을 거쳐 발생하는 전자들과 특히 잘 반응한다. 이 과정은 O2가 헤모글로빈의 철과 결합하는 매커니즘에 걸쳐 순환하며 일어난다. 이 과정에서 이들 두 원소의 대체물은 존재하지 않는다.

생명이 요구하는 필요조건들은 이렇듯 정밀한 것이다. 



3. 놀라운 원소들

아연(Zn) 원소는 zinc finger protein이라 불리는 것의 형성에 있어 중대하다. 여기서 Zn2+는 cystein과 histidine 아미노산 짝에 결합하여 '손가락'처럼 행동하며 특정 유전자 부위와 상호작용을 한다. 예를 들면, 쥐 유전자의 한 부분에서는 이 단백질이 세 개의 '손가락'을 사용해서 하나의 DNA위치를 인식하게 된다. 이런 특정체계에서 작용하는 원소는 아연뿐이다. 

소듐(Na), 포타슘(K), 그리고 염소(Cl)는 세포의 원형질막에서 중요한 역할을 수행하는 원소들이다. 소듐이온(Na+)과 포타슘이온(K+)은 ATP(adenosine triphosphate)로부터 제공받은 에너지에 의해 추진되는 '펌프' 매커니즘에서의 염소이온(Cl-)에 의해 안정화된다. 이 과정은 세포내 삼투압을 조절하여 세포의 액체부피를 안정시키는데 대단히 중요하다.

철과 결합하고 있는 헤모글로빈의 구조화된 부분은 포피린 고리라 불린다. 만약 이 포피린이 다른 생화학적 환경으로 바뀌고 철 원자가 마그네슘(Mg)으로 치환된다면, 식물대사에 필수요소인 엽록소가 생성되게 된다. 이것이 바로 가장 효과적이라고 알려진 광전지셀이다. 이것은 인간이 제작한 그 어느 광전지보다도 약 80 % 가량 더 효과적이다. 칼슘(Ca)과 몇몇의 다른 금속이 엽록소내 마그네슘을 대신할 수는 있지만 그 생성물은 진짜 엽록소의 광전효과는 결코 흉내내지 못한다. (하지만 칼슘은 칼슘대로 척추동물의 골격구조를 유지한다는 고유의 기능을 갖고 있다.)

단백질은 폴리펩티드 결합이라 불리는 것에 의해 화학적으로 결합되어 있는 아미노산 분자들로 이루어져 있다. 아미노산 자신은 탄소/수소 화합물이고, 아미노기인 -NH2, -NHR, 또는 -NR2 (여기서 R은 하나 또는 그 이상의 탄소/수소 기를 의미함)가 C원자에 결합되어 있다. 수천 가지의 다양한 아미노산이 존재하지만 자연계의 단백질구조에는 20가지만이 관여하고 있다.

더욱이 아미노산은 D형과 L형의 2가지의 구조적인 모양으로 존재하는데 이들은 서로 포개어지지 않으며 서로에게 거울상이다. 강압적인 힘이 없다면 이들 D형과 L형은 모두 같은 양으로 자연계에 존재하게 될 것이다. 그러나 모든 단백질은 L형으로만 이루어져 있다. 이와는 대조적으로 탄소/수소/산소 화합물인 설탕(당류)은 닫힌 고리 구조를 가지고 있고, D와 L의 이성질 형태 둘 다 존재한다. 수많은 다양한 당이 있지만 리보오스라 불리는 가장 간단하면서 5-원자 고리 구조를 가진 D형만이 DNA와 RNA의 구조에서 중요한 세 개의 분자성분 중 하나로서 존재하는 것이다.



4. DNA와 RNA

DNA와 RNA는 몇 가지 점에서 단백질보다 더 복잡하다. 왜냐하면, 이것들은 더욱 다양한 분자 단위를 가지고 핵산(뉴클레오티드 염기, 리보오스, 인산염)을 형성하기 때문이다. 이 핵산들은 아주 특이한 형식으로 서로 연결되어 유일하고도 중대한 기능을 수행한다. 리보오스와 인산염(-PO4) 단위는 규칙적으로 반복되는 서열로 결합되어 긴 사슬의 오른 나선형(right-handed helix) 구조를 이루고 있고, 각각의 뉴클레오티드는 각각의 리보오스 단위에 존재하는 하나의 특정 탄소원자에 결합되어 있다. RNA의 경우, 그 구조는 단일가닥의 오른 나선형으로 네 개의 다른 뉴클레오티드 염기(아데닌, 씨토신, 구아닌, 우라실)로 구성되어 있다. 이는 전체 사슬길이에 걸쳐 아주 특이한 반복서열로 이루어져 있으며, 각기 다른 종류의 RNA는 각기다른 뉴클레오티드 서열을 가지게 된다. DNA 구조는 오른 이중나선으로 되어 있으면서 역시 네 개의 뉴클레오티드를 포함한다. 이중 세 개가 RNA의 것과 같고 한 개는 다른데, 티민이 우라실을 대신하고 있다. 우리는 언제나 생명화학의 정확한 본질을 볼 수 있다. 

뉴클레오티드 염기는 퓨린과 피리미딘이라 불리는 분자의 두 종류에 속한다. 아데닌과 구아닌은 퓨린이고 씨토신, 티민, 우라실은 피리미딘이다. 수백 가지의 다양한 퓨린과 피리미딘이 존재하지만 이 선택된 다섯 가지만이 DNA, RNA의 구조와 기능을 결정짓는 데 사용되고 있는 것이다.

비슷한 예로, 리보오스 역시 당류라 불리는 많은 분자들 중 하나일 뿐이다. 그런데 왜 다른 종류의 당류가 아닌 그것도 리보오스의 D 이성체만이 DNA와 RNA에 존재하는 것일까? 마찬가지로, 왜 비산염(-AsO4)이나 황산염(-SO4), 또는 규산염(-SiO4)이 아닌 인산염(-PO4)이어야만 하는 것일까? 인산염의 독자성은, 오직 이 인산염만이 DNA와 RNA 중합체를 결합시키는데 정확하게 작용하고 있다는 것과, 더 나아가 생물학상 필수 분자인 AMP, ADP, 그리고 ATP 내에 이를 대체할 성분이 없다는 점에서 잘 드러나고 있다. 



5. 물분자의 결합 구조

극히 중요한 물분자를 고려해보자. 비록 명백하게 진술되어 있지는 않지만 성경(창세기 1:2)은 물이 하나님께서 창조하신 제일 첫 번째 물질일 수 있음을 암시하고 있다.

물분자(H2O)는 정말로 독특한 물질이다. 이것은 수소결합이라 불리는 것을 통한 분자간 결합이 가능한데, 수소결합은 보통의 화학결합보다는 약하지만, 그럼에도 불구하고 액체와 고체(얼음)의 구조적 원상을 유지하고 물리적 특성을 조절하는데 있어서 극히 중요하다.

얼음에서의 각 H O 분자 사이에 있는 2개의 수소결합은 액체 상태에서보다 더 열린 구조를 형성한다. 이에 따라 얼음일 때의 밀도가 액체일 때보다 낮아지게 되며(다른 물질과 비교해 볼 때 비정상적임), 이는 얼음이 액체 위에 뜨도록 할 뿐만 아니라 물을 수면의 아래쪽에서부터 얼게 하는 이유가 되기도 한다. 이것이 다른 모든 자연의 액체와 다른 점이다. 이런 현상을 우연의 일치라 보기는 참으로 어렵다. 왜냐하면 만일 이렇게 되지 않았더라면 영하의 환경에 있는 모든 수중 생물은 얼음 속에 매장되었을 것이기 때문이다.

또한 모든 살아있는 세포 무게의 70 %가 물로 이루어져 있고 26 %만이 앞서 말한 각종 거대분자로 이루어져 있다. 세포를 회복이 안될 정도로 파괴시키지 않고서 이 물의 양을 바꿀 수 있는 여유는 사실상 없다. 

오로지 화학으로부터 밝혀낸 이와 같은 특정 예들은, 생명이 없을 때에조차 구조와 기능에 독자성을 부여하는 복잡한 설계의 명백한 증거를 제시해 준다. 이러한 특징들은 어떠한 무작위적인 진화과정으로 설계의 이런 특수성을 설명할 수 있을 것이라는 가능성조차 허용하지 않고 있으며, (모든 발생원인을) 오직 조물주인 하나님께 돌리게 한다. 

참고문헌

1. R. Chang, Chemistry, 6th ed., Boston: McGraw Hill, 1998.

2. T. W. G. Solomons, Organic Chemistry, 6th ed., New York: John Wiley & Sons, 1996.

3. W. L. Jolly, Modern Inorganic Chemistry, Boston: McGraw Hill, 1984.

4. B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts and J. Watson, Molecular Biology of the Cell,3rd ed., New York: Garland, 1994.

 

 *한국창조과학회 자료실/진화론/화학진화에 있는 많은 자료들을 참조하세요

    http://www.kacr.or.kr/library/listview.asp?category=I05


제 115호 [1999. 7~8]

번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/index.php?module=articles&action=view&ID=47

출처 - ICR, Impact No. 324, 2000

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6

참고 : 5318|5446|5178|5217|5167|5133|5134|4843|4821|4108|3180|4602|4173|1905|3800|2040|2589|3605|4021|3981|4719|4675|4481



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