d라이브러리

우리는 한 번 본 드라마 내용을 잘 잊지 않는다. 지난해 가을 MBC TV에서 방영돼 큰 인기를 끌었던 드라마 ‘베토벤 바이러스’를 잠시 떠올려보자. 드라마를 빠트리지 않고 시청한 독자라면 어렵지 않게 드라마 내용 대부분을 기억해낼 수 있을 것이다. 일부 독자는 드라마에서 강마에(김명민 분)가 했던 대사까지 정확히 기억할지도 모른다.

하지만 대부분의 학생들은 생물이 외울 게 너무 많은 암기과목이라 어렵다고 말한다.
한 번 본 드라마의 내용은 눈앞의 그림처럼 묘사하면서 시간을 들여 공부한 내용은 기억하지 못하는 이유는 뭘까.

학생들이 내용을 이해하지 않고 무조건 외우려고만 했기 때문이다. TV 드라마를 대사까지 모두 외우겠다는 자세로 봤을까. 아니다. 사건의 전개를 순차적으로 파악하며 때로는 등장인물에 감정을 이입하면서 드라마 속에 빠져들어 봤을 것이다. 그래서 드라마에 등장하는 수많은 배우들의 이름과 줄거리를 모두 기억할 수 있다. 핵심 내용(인물 + 사건 + 배경)을 기억하니 조금만 신경쓰면 세부 상황이나 대사까지도 어렵지 않게 떠오른다.
생물 과목은 우리 몸속에서 일어나는 리얼리티 드라마를 다루는 학문이다. 드라마를 보듯 인물, 사건, 배경을 이해하는 순간 생물은 더 이상 암기과목이 아니다.

생명현상의 주인공
탄수화물, 단백질, 지방

‘강마에 신드롬’을 일으키며 큰 인기를 얻었던 ‘베토벤 바이러스’의 주인공 3명(강마에, 작은 건우, 두루미)처럼 우리 몸에도 생명현상의 주인공이 있다. 몸에 반드시 필요한 주영양소 3가지(탄수화물, 단백질, 지질)가 바로 ‘그들’이다.

세 영양소는 주로 탄소(C), 수소(H), 산소(O)원자로 이뤄지며 단백질은 질소(N)원자를 추가로 갖고 있다.
탄수화물은 우리 몸에서 에너지를 만드는데 가장 먼저 쓰이는 영양소다. 자동차의 엔진을 가동시킬 때 필요한 연료인 셈이다. ‘밥힘으로 산다’는 말처럼 우리 민족은 탄수화물이 주성분인 쌀을 주요 에너지원으로 섭취해 왔으며 쌀이 부의 척도로 여겨지던 시기도 있었다.

쌀의 주성분인 녹말은 단당류인 포도당으로 이뤄진 다당류다. 우리는 쌀과 밀가루에 들어 있는 녹말의 형태(다당류)로 대부분의 탄수화물을 섭취하지만, 과일에 있는 과당과 포도당 같은 단당류나 우유 속의 젖당과 같이 이당류 형태로 섭취하는 경우도 있다. 섭취한 탄수화물 대부분은 활동하는 데 필요한 에너지를 생산하고 남은 것은 지방으로 전환돼 저장된다. 탄수화물만 많이 섭취해도 비만이 될 수 있단 얘기다.

또 다른 주인공인 단백질은 다양한 재능을 가진 만능엔터테이너다. 단백질은 생명체의 몸을 구성하는 물질로 효소나 호르몬을 만드는 데 필요하다. 생명체에는 다양한 기능을 하는 많은 단백질(효소 단백질, 구조 단백질, 저장 단백질, 운반 단백질, 호르몬 단백질, 수용체 단백질, 운동 단백질, 방어 단백질)이 있다.
이처럼 단백질의 다양한 능력은 그 구조에서 비롯된다.

일반적으로 단백질 구조는 크게 네 가지로 나뉜다. 펩티드 결합으로 연결된 아미노산 사슬인 1차 구조, 폴리펩티드 사슬의 일부가 꼬이거나 접힌 2차 구조, 아미노산 곁사슬 간의 상호작용으로 단백질 전체 모습이 형성되는 3차 구조, 그리고 두 개 이상의 폴리펩티드 사슬이 모여 하나의 단백질을 이루는 4차 구조다. 1차 구조에서 4차 구조로 갈수록 단백질의 크기가 커지고 구조가 복잡해진다.

단백질은 열이나 화학 물질에 약하기 때문에 쉽게 변성되며, 구조에 변화가 생기면 기능을 제대로 할 수 없어 건강을 해칠 수 있다.
많은 사람들이 ‘건강의 적’(?)으로 오해하는 지질은 드라마에서 악역을 맡은 배우와 닮은꼴이다. 악역배우가 없으면 드라마의 재미는 반감된다. 마찬가지로 지질이 지나치게 많아지면 동맥경화 같은 병을 일으킬 수 있지만 몸에 없어서는 안 되는 중요한 영양소다. 지질에는 지방, 인지질, 스테로이드가 있는데, 우리가 음식물로 섭취하는 지질은 대부분 지방이다.

지방은 몸에서 중요한 에너지원으로 쓰일 뿐 아니라 추위를 막아주고 체온을 유지하는 단열재 역할을 한다. 인지질은 세포막을 비롯해 체내 모든 생체막의 주성분이고, 스테로이드는 척추동물의 성호르몬을 포함해 많은 호르몬을 만드는 데 꼭 필요하다.

‘베토벤 바이러스’에는 주인공 이외에도 클라리넷을 부는 김갑용(이순재 분) 할아버지와 ‘똥덩어리 아줌마’ 정희연(송옥숙 분) 씨 등 여러 명의 조연배우가 등장한다. 이들은 생명체에서는 비타민이나 무기염류, 물 같은 부영양소에 해당한다. ‘약방의 감초’로 드라마에 재미를 더하는 조연배우처럼 부영양소는 몸의 생리 기능을 조절한다. 비타민에는 수용성(비타민B복합체, 비타민C)과 지용성(비타민A, D, E, K)이 있으며 체내에서 합성되지 않으므로 반드시 음식물로 섭취해야 야맹증이나 각기병 같은 여러 가지 결핍증을 예방할 수 있다. 무기염류는 각종 생리작용을 조절하는 데 쓰이며 물은 원형질의 주성분으로 몸무게의 약 66%를 차지한다.

몸에 필요한 에너지를 만드는 과정, 소화
교통경찰에서 주부, 치매에 걸린 오보에 연주자, 밤무대 색소폰 연주자까지. ‘오합지졸’의 인물들이 지휘자 강마에를 만난 뒤 최고의 관현악단으로 거듭난다. 출연 배우의 인기나 잘생긴 외모가 드라마의 흥행에 미친 영향을 무시할 순 없지만 ‘베토벤 바이러스’가 큰 인기를 끈 이유는 바로 배우들이 맡은 역할을 잘 소화해 연기가 스토리 속에 녹아들었기 때문이다. 마찬가지로 몸에 들어온 영양소가 잘 소화돼 몸 속 필요한 곳곳에 전달돼야 우리는 건강한 몸을 유지할 수 있다.

소화는 섭취한 음식물을 분해해 우리 몸이 생장하거나 몸의 기능을 유지하고 상처를 치유하는 데 필요한 다양한 물질과 에너지를 만들어내는 과정이다. 섭취한 음식물은 여러 가지 소화 효소에 의해 포도당이나 아미노산, 지방산 등의 영양소로 바뀐다.

입에서는 치아로 음식물을 잘게 부순 뒤 혀로 침과 섞는 기계적 소화가 일어난다. 잘게 부서진 음식물은 침에 포함된 소화 효소인 아밀라아제에 의해 녹말이 엿당으로 분해되는 화학적 소화가 일어난다.

꼭꼭 씹어 먹어야 소화가 잘 된다는 말처럼 음식물이 잘게 부서지면 소화효소와 접촉하는 표면적이 넓어져 소화가 잘 된다. 그뿐 아니라 밥맛도 좋다. 밥을 씹을수록 녹말이 분해돼 생긴 엿당이 가진 단맛을 느낄 수 있기 때문이다.

입에서 삼킨 음식물은 식도를 거쳐 위에 도달한다. 위는 주름이 많고 유연한 근육벽을 갖고 있어 약 2L 정도의 물과 음식이 들어간다.
위는 음식물이 들어오면 위액과 잘 섞일 수 있도록 근육의 수축·이완 운동을 반복한다. 이때 위샘에서는 위액이 분비되는데, 위액에는 염산(HCl)과 단백질 분해 효소 펩신의 비활성 상태인 펩시노겐이 들어 있다. 염산을 함유한 위액은 철사를 녹일 수 있을 정도로 강한 산성(pH2)으로 음식물에 섞인 세균을 죽일 뿐 아니라 소화효소인 펩신의 단백질 분해를 돕는다. 염산은 펩시노겐을 활성상태의 펩신으로 전환시키는 역할도 한다.

비록 대장보다 지름이 작아서 소장이라고 불리지만 사실 소장은 길이가 6m가 넘어 소화관 중 가장 긴 기관이다. 위와 소장을 연결하는 십이지장에서는 이자액과 쓸개즙이 분비된다. 이자액에는 탄수화물 분해효소인 아밀라아제와, 단백질 분해효소인 트립신과 키모트립신, 지질 분해효소인 리파아제가 들어 있어 3대 영양소를 모두 분해한다. 쓸개즙은 소화효소는 아니지만 물에 녹지 않는 지방 덩어리를 잘게 부숴 지방의 소화와 흡수를 돕는다.

소장의 융털 사이에 있는 장샘에서 분비되는 장액은 탄수화물과 단백질을 단당류와 아미노산으로 완전히 분해한다. 대장은 길이가 1.5m 정도에 이르는 굵은 관으로 소화액이 분비되지 않기 때문에 소화효소에 의한 소화는 더 이상 일어나지 않고 소장에서 넘어온 찌꺼기에서 수분을 흡수한다.


표면적 넓혀 양분 흡수 효율 높인 소장
우리가 먹은 음식물이 소화기관을 거쳐 대변으로 배출되기까지 얼마나 걸릴까. 약 22시간이 걸리는데, 음식물은 그 중 약 6시간을 소장에 머문다. 소장에서는 음식물의 소화뿐 아니라 영양소 흡수과정이 일어나기 때문이다. 음식물의 소화는 십이지장과 소장의 앞부분에서 이뤄지며 소장의 나머지 부분은 영양분 흡수를 담당한다.

소장의 안쪽 표면은 마치 빨래판처럼 주름이 잡혀있고 손가락 모양과 같은 융털이 무수히 돋아 있다. 융털은 다시 미세한 융털돌기로 덮여 있어 표면적을 크게 넓힌다. 이런 구조덕분에 소장의 상피세포에서 영양소를 빠르게 흡수한다. 상피세포로 흡수된 영양분은 혈관을 타고 심장에 전달된 뒤 다시 온몸으로 퍼져나간다.

소장에서 흡수된 영양분과 폐에서 공급받은 산소를 온몸에 전달하는 심장은 크기가 주먹만하며 무게는 300g 정도 나간다. 심장은 전체가 두꺼운 근육층으로 이뤄져 있으며 심장으로 혈액이 들어오는 혈관은 정맥이라 부르며 심장에서 혈액이 나가는 혈관은 동맥이라 부른다. 사람을 포함한 포유류의 심장은 2심방 2심실로 돼 있어 정맥혈과 동맥혈이 섞이지 않는다. 위쪽 두 개의 방을 좌심방과 우심방이라 부르며 아래쪽 두 개의 방을 좌심실과 우심실이라고 부른다. 심장은 몸에서 떼어 내더라도 일정시간 스스로 박동을 지속할 수 있는 독특한 기관이다. 대정맥과 우심방이 연결되는 부위에 있는 동방결절에서 일으키는 전기신호에 의해 심장은 수축과 이완을 반복하면서 혈액을 온몸으로 보낸다. 혈액의 순환 경로는 어떻게 될까. 폐에서 신선한 산소를 받아들이고 이산화탄소를 방출하는 폐순환과 온몸을 순환하며 산소와 영양소를 전달하는 체순환으로 나뉜다.

생명현상의 클라이맥스, 호흡

개성이 강한 단원들과 강마에는 드라마 내내 서로 부딪치고 상처받고 다시 화해하는 과정을 반복한다. 이들은 도대체 무엇을 위해 한 곳에 모인 걸까. 우여곡절을 겪은 단원들은 결국 강마에의 지휘 아래 한 무대 위에서 음악을 연주하며 드라마는 클라이맥스에 이른다.

생명체에서 일어나는 생명활동의 클라이맥스는 호흡(여기서 호흡이란 폐에서 이산화탄소를 내보내고 산소를 들이마시는 과정뿐 아니라 세포 호흡까지 의미한다)으로 볼 수 있다. 교향악단원 개개인의 연주가 모여 아름다운 곡이 완성되듯이 호흡은 온몸의 기관들이 조화롭게 움직여 에너지를 만드는 과정이다.

그런데 우리는 평소 호흡을 한다는 사실을 거의 의식하지 못한다. 하지만 운동을 하거나 힘든 일을 하면 숨이 가빠지고 몸에서 열이 나며 비로소 호흡을 의식하게 된다. 단순해 보이지만 우리 몸은 음식물을 섭취하면 복잡한 소화 과정을 거쳐 영양소를 분해한 뒤 몸 전체로 순환시켜 근육이나 세포 활동에 필요한 에너지를 만든다. 세포 호흡은 세포에서 영양소를 산화시켜 에너지와 열을 만드는 과정이며 세포 내의 ‘에너지 공장’인 미토콘드리아에서 일어난다.

산소는 영양소를 산화시켜 에너지를 얻는 데 필요하다. 심한 운동을 하면 우리 몸의 근육과 세포는 더 많은 에너지를 필요로 하고 이와 함께 필요한 산소량도 늘어난다. 폐는 더 많은 산소를 들이마셔 근육 세포에 공급하는 산소량을 늘린다. 심장은 혈액을 통해 산소를 조직세포로 운반하기 위해 더 빨리 뛴다. 이렇게 세포 호흡 결과 발생하는 열 때문에 몸이 더워지고 열을 식히기 위해 몸에서 땀이 난다.

그런데 세포호흡과 물질이 공기 중에서 빛과 열을 내면서 타는 현상인 연소는 반응 속도의 차이가 있을 뿐 기본적으로 같은 반응이다. 조금 더 전문적으로 말하면 연소는 열과 불을 수반하는 산화반응이라고 정의할 수 있다. 하지만 세포에서는 연소반응처럼 한꺼번에 많은 열과 에너지를 방출하지 않고 ATP에 에너지를 저장한 뒤 단계적으로 천천히 방출한다.

에필로그, 배설

‘베토벤 바이러스’에서 ‘똥덩어리 아줌마’ 정희연 씨는 50대 전업주부에서 솔로첼리스트로 거듭난다. 쓸모없는 찌꺼기(자괴감, 소극적인 마음)를 버리고 건강하고 열정적인 삶을 되찾은 것이다. 우리 몸에서 음식물 중 소화되지 않은 물질을 몸 밖으로 내보내는 과정이 배설이다.

몸에서 생성되는 주요 배설물에는 이산화탄소와 물, 질소 노폐물(암모니아, NH₃)이 있다. 주영양소 중 탄수화물과 지방은 호흡을 통해서 물과 이산화탄소로 분해되는 반면 단백질이 분해되면 추가적으로 질소 노폐물이 생긴다. 질소 노폐물 중 암모니아는 간에서 인체에 덜 해로운 요소로 바뀐 뒤 오줌으로 배설된다. 이산화탄소는 호흡 과정에서 방출되기 때문에 별도의 처리 과정이 필요하지 않다. 물은 땀이나 오줌으로 배출된다.

혈액은 온몸을 돌며 필요한 영양소를 전달하고 각종 노폐물을 수거한다. ‘피가 맑아야 건강하다’라는 말처럼 혈액을 깨끗이 하는 일이 중요한데 여과 기능을 하는 기관이 바로 신장(콩팥)이다. 신장은 혈액을 여과시켜 유용한 성분을 재흡수하고 필요 없는 찌꺼기를 모아 오줌을 만든다.

자극과 반응, 오감을 자극하는 드라마
‘베토벤 바이러스’는 아름다운 영상뿐 아니라 드라마 곳곳에서 귀를 즐겁게 하는 클래식 명곡들이 흘러나와 큰 인기를 끌었다. 즉 드라마가 성공하기 위해서는 뛰어난 배우와 탄탄한 시나리오 외에도 중요한 요소가 있다는 얘기인데, 생명체가 생존하기 위해서도 먹는 일과 함께 필수적인 행동이 한 가지 더 있다.

자연 환경에는 우리의 생명을 위협하는 위험 요소들이 산재해 있기 때문에 이들을 감지해 제대로 반응하지 못한다면 생존을 보장할 수 없다. 생명체가 치열한 생존경쟁을 뚫고 살아남기 위해서는 앞서 설명한 물질과 에너지 획득(소화와 흡수) 및 생산(물질대사)과 같은 하드웨어적인 능력뿐 아니라 주변 환경의 변화에 적절하게 반응해 대응할 수 있는 소프트웨어적인 능력이 반드시 필요하다. 이런 능력은 감각기관과 신경계에 의해서 통합적으로 이뤄진다.

오감(시각, 청각, 후각, 미각, 촉각의 다섯 가지 감각)을 담당하는 감각기관(눈, 귀, 코, 혀, 피부)은 자극의 정보를 수집하고, 중추신경계(뇌와 척수)는 정보를 분석해 명령을 내린다. 말초 신경계는 자극을 중추 신경계로 전달하고 중추신경계의 결정을 해당 기관에 전달하는 역할을 담당한다. 자극과 반응을 전달하는 신경계의 구조적·기능적 단위를 뉴런(neuron)이라고 한다. 뉴런은 핵과 세포질로 이뤄진 신경 세포체와 여기서 나온 돌기로 구성돼 있다.

‘베토벤 바이러스’에 담긴 생식과 유전

사람을 포함한 모든 생명체 생존의 궁극적인 목적은 무엇일까. 반론이 있을 수 있지만 생물학적으로만 본다면 생존의 궁극적인 목적은 번식이다. 지구에 존재하는 그 어떤 생명체도 죽음을 피할 수는 없다.

그러나 생명 현상의 본질이라고 할 수 있는 DNA의 입장에서 보면 상황이 달라진다. 자연의 법칙인 생로병사에 개체는 사라지지만 자손을 통해 그 유전자는 존속되기 때문이다. 다시 말해서 생명체가 성공적으로 번식한다면 유전자는 세대를 거듭해 다시 태어날 수 있고, 결국 진시황이 못 이룬 불로장생의 꿈도 실현된다. 모든 생물이 자신과 닮은(혹은 진화된) 유전자 조성을 갖는 개체를 새로 만들어 내는 과정인 생식을 모든 생명체 생존의 목적이라고 해도 과언이 아닐 것이다.
드라마 내용과 상관없이 ‘베토벤 바이러스’라는 제목은 생물학적으로 절묘한 단어의 조합이다. 현재 지구에 베토벤(1770~1827)을 직접 만나본 사람은 아무도 없다.

하지만 그의 음악은 그가 세상을 떠난 지 180년이 지난 지금까지 전 세계 많은 사람들에게 사랑을 받고 있다.
생물학적 관점에서 보면 그의 음악이 시공을 뛰어넘어 살아남고(생존) 일부분 편곡되면서(변화 또는 진화) 널리 퍼졌다(번식)는 의미다. 베토벤과 증식과 유전, 변화에 있어서는 생물권의 제1인자인 바이러스를 연결 지은 ‘베토벤 바이러스’는 생명현상의 핵심 주제를 명쾌하게 표현하고 있는 셈이다.