(과학도서 추천-수행평가) 결빙방지단백질 이야기

추천 이유

남극의 영하의 바다에서 물고기가 살아갈 수 있도록 도와주는 결빙 방지 단백질에 대한 이야기다. 결빙 방지 단백질이 세포 내 얼음 결정이 커지지 않도록 동작하는 메커니즘을 읽어가는 과정에서 과학의 각 분야가 모두 연결되어 있다는 점을 직접적으로 이해하게 되었고, 지식들은 연결되고 융합되어야 한다는 점을 각인시켜준 책이다. 해수의 순환, 수소 결합으로 인한 물의 특징, 총괄성과 삼투압이 발생시키는 현상, 얼음의 표면에서 증기압과 곡면 형태에서 에너지 평형 등 다양한 지식이 단백질의 역할 설명을 위해 융합되어 있다.

도서정보

추운 곳에서만 사는 생물과 H2O 물의 관계

남극은 생명체가 살아가기에 기온이 너무 낮다. 물은 $4^\circ\text{C}$가 되면 밀도가 가장 높아서 아래로 침강하기 때문에 수면부터 얼기 시작한다. 침강 현상과 대류권의 바람의 영향으로 해류가 만들어지기도 한다. 극지방에서 물이 얼면 염류는 빠져나와서 바닷물의 염도가 높아진다. 총괄성에 의해 어는점 내림이 발생해서 $0^\circ\text{C}$ 아래에서도 물이 얼지 않는 과냉각 상태가 된다. 생명체가 이런 환경에 있으면 혈액에 얼음 덩어리가 생기고 혈액의 농도가 높아져서 세포에 삼투압이 발생하고 수분을 잃은 세포는 쭈글쭈글해지고 정상 동작을 못한다. 그리고 얼음 조각이 세포를 손상시켜 생명체가 살기 힘든 것이다. 물론 항온동물은 혈액이 얼기 전에 저체온증으로 살 수 없겠지만, 변온동물인 물고기들은 극지방에서도 혈액이 얼지 않고 살아가고 있다.

결빙방지단백질

극지방 물고기들은 결빙 방지 단백질을 가지고 있는데, 혈액 속에 얼음 결정핵이 생기면 이 단백질이 핵에 결합한다. 핵을 모두 뒤덮는 것은 아니지만, 덮인 부분을 중심으로 얼음이 자라나게 하는 물 분자의 수소 결합을 방해한다. 그래서 얼음 표면이 단백질이 없는 부분에서 위로 볼록한 형태로 성장하게 되는데, 이때 넓어진 표면적으로 얼음 증기압이 증가해서 물 분자와 열적 평형 상태가 유지된다. 열적 평형이 되므로 얼음이 더 얼지 않아서 큰 덩어리가 되지 못한다. 덕분에 삼투압도 생기지 않고 세포를 손상시킬 만큼 얼음 덩어리가 커지지 않아서 물고기는 계속 살아갈 수 있다.

물리 화학 생명 지구과학 모든 과학의 융합

자연에서 물고기가 진화하며 우연히 가지게 된 특이한 단백질 이야기를 이해하려면 다양한 과학 분야를 잘 알고 있어야 한다. 하나의 과학 분야에서 관찰되는 현상을 설명하려면 다른 분야의 지식을 이용하는 경우가 빈번하다. 융합적인 사고에 대해 생각해 볼 수 있는 책인 동시에, 내가 배우는 과학 지식들이 어떻게 활용되는지 경험할 수 있는 책이다.

(끝)