산소와 포도당, 그리고 물질대사의 신기원

서론: 보편적 대사경로를 찾아서

제1장 화학하는 식물
마름 | 마법의 버섯｜식물연대기｜우장춘 삼각형: 다배체의 진화｜화학하는 식물: 특수대사산물 합성｜특수대사산물과 동물의 공진화｜고양이 풀 뜯어먹는 이야기: 캣민트(catmint)｜자줏빛 무, 비트는 석죽목 식물이다｜밤에 말산(malic acid, 사과산)이 쌓인다

제2장 포도당은 보편타당
화학의 시작｜포도당은 보편타당｜전자를 핑퐁(ping-pong)하다｜대사의 핵심 물질｜물질대사는 알데히드가 무서워: 고리 안으로 알데히드를 숨기는 까닭｜산소 적은 곳에 살기｜포도당은 그저 그런 에너지원이 아니다｜아나플러로틱, 카타플러로틱｜포도당 새로 만들기｜포도당은 소포체에서 최종 가공된다

제3장 오늘도 포도당은 걷는다
생화학적 지름길 걷기, 탄소대사｜특수대사산물 다양성의 유래｜모든 육상식물의 공통조상｜특수대사산물의 특징｜천연물 화학의 놀라운 단순성｜딤보아｜옹기종기 유전자｜유전자클러스터 캐내기｜방선균은 강인하다｜흙에서 살려고 진화했다, 스트렙토미세스
〈상자글〉 대사의 일반원칙

제4장 물질의 구조를 찾아서
고난(gonane)｜프레글의 미량분석법｜빌슈테터와 엽록소의 구조
〈상자글〉 빛을 나누다, 분광학

제5장 무지개 내려온다, 크로마토그래피
테르펜 화학: 식물에서 공기 중으로｜이소프렌 쌓기｜테르페노이드 화학: 정유, 콜레스테롤, 카로티노이드｜천일야화 화학, 끊이지 않는 테르펜 이야기｜무지개 내려온다, 크로마토그래피
〈상자글〉 비타민A 발견의 간추린 역사

제6장 알칼로이드, 약리학과 합성의 화학
열대우림에 알칼로이드가 많다｜마녀의 알칼로이드｜속씨식물의 방산과 알칼로이드의 진화: 백악기에 벌어진 일들｜약리학의 짧은 역사｜기센의 화학자들, 퀴닌 합성에 도전하다｜6개의 칭하오 중 하나｜질소고정이 콩 뿌리에서만 벌어지는 건 아니다｜질소 그리고 이소플라보노이드｜플라보노이드대사의 진화
〈상자글〉 참기름에 들기름이 섞인 걸 알아내는 방법, 시약 이야기

제7장 콜레스테롤, 산소와 함께 살기
콜레스테롤엔 산소가 필요해｜테르펜화합물이 스테로이드 신호체계의 출발점이라고?｜산소와 함께 살기｜콜레스테롤과 산소｜콜레스테롤은 세포막의 친구｜강직성 장벽, 소수성 장벽｜산소와 물질대사｜산소의존형 특수대사산물｜오래된 단백질｜원자 구성으로 밝혀낸 단백질의 새로운 특성｜지구 대기에 산소를 쌓는 새로운 방법｜먼 옛날의 산소 공급원은 과산화수소?

제8장 세포막 특구, 카베올라(caveolae)
내포작용｜세포 넘나들기｜세포막 작은 동굴, 카베올라｜동물 세포에만 있는 단백질｜막을 구부리다｜세포에 탄력을 주자｜클라트린과 피막소포｜또 하나의 관문, 카베올라｜세균들이 사는 법: 내포과정에 편승하기｜역동적 기관 아닌 것이 어디 있으랴｜지질방울 이야기｜포유동물의 지질방울

제9장 불 때면 열이 난다, 고에너지 분자 산소
액체 상태의 물｜타고 남은 재가 다시 기름이 된다: 상전이와 시간의 화살｜삼중항 산소｜광범한 이론을 찾아서｜호모가 루모를 찾다｜나무를 태우면 열이 난다: 고에너지 분자, 산소｜산화와 환원 지도｜보편적 전자전달체, NAD(P)｜NAD(P)의 생화학적 보편성｜가고 다시 오지 못한다는 말은｜생명의 시간｜물속에서 가수분해를 피하는 방법｜갑툭튀 피로인산, 대사 비가역성 그리고 팔방미인 ATP｜신진대사를 이끄는 숨은 일꾼
〈상자글〉 결합수 불변의 법칙
〈상자글〉 세상에 표준상태는 없다

나가는 말
부록/ 참고문헌/ 찾아보기(인명)/ 찾아보기(사항)

새로운 종으로 정착하면서 성공적인 다배체를 갖게 된 대표적 식물은 재배 밀·옥수수·면화·감자·담배·양배추·딸기·목화·콩, 그리고 배추다. 1935년 우장춘(1898~1959) 박사는 십자화과의 서로 다른 종인 배추와 양배추의 염색체 수를 더한 것이 둘을 교배한 자손인 유채와 염색체 숫자가 같다는 것을 증명했다. 이 결과가 의미하는 바는 식물에서는 흔히 다른 종끼리 교배가 가능하다는 점이다. 이종교배로 새로운 종의 탄생을 보인 우장춘 박사는 연이어 흑겨자를 양배추와 교배해 에티오피아 겨자를, 배추와 교배해 갓을 만들었다. 이렇게 완성된 우의 삼각형(〈그림 1.5〉)은 전 세계 모든 육종학 교과서에 실렸다고 한다.

어찌 만들어졌는지는 몰라도 화학적으로 가장 안정되고 양도 많아서 최초의 세포가 대사의 핵심 물질로 포도당을 썼으리라는 데는 별 이견이 없는 것 같다. 왜 과학자들의 생각이 포도당 한곳으로 몰렸을까? 대체 포도당의 어떤 물리화학적 특성이 이 화합물을 대사의 핵심 물질로 이끌었을까? 차근차근 자초지종을 살피겠지만 무엇보다 포도당은 반응성이 커서 ‘발끈하는 화학적 성격을 지닌’ 알데히드 작용기를 지닌다는 점을 떠올리자. 생화학자들은 ‘물질대사는 알데히드를 두려워한다’는 명제를 가끔씩 쓴다. 세포에서 보편적으로 진행되는 물질대사의 핵심 출발물질인 포도당이 알데히드를 지닌다는 사실은 위 명제와 정면으로 충돌하는 것 같다. 이제 우리는 대사가 알데히드의 어떤 화학적 특성을 꺼리는지, 그럼에도 불구하고 알데히드 작용기를 가진 포도당을 굳이 대사 경로에 편입시켜야 했는지 하는 두 질문에 대한 답을 찾아야 한다. 그러므로 우선 세포 안에서 다른 당과 비교하여 포도당이 어떤 화학적 특성을 갖는지 명확히 해둘 필요가 있다.

들숨으로 산소를 들이마시고 날숨으로 이산화탄소를 내보낸다는 사실 때문에, 우리가 호흡할 때는 산소가 이산화탄소로 바뀌고 식물에서는 이산화탄소가 산소로 바뀐다고 생각하기 십상이다. 하지만 산소와 이산화탄소는 서로 관련이 적다. 우리가 음식물을 산화하면서 내놓은 이산화탄소는 물 안에 든 산소에서 오는 것이 생각보다 많다. 들숨에 섞인 산소는 대사를 치르면서 대개 물로 변한다.