살아 있다는 것은 무엇인가

40억 년 생명의 무대 004

들어가는 말. 생명은 스스로 그러하다 007

1장 │ 생명은 왜 질서를 만드는가
생명은 예측 오류를 줄이며 살아간다 021 │ 질서는 어떻게 임계점을 넘어 탄생하는가 026 │ 연쇄 반
응은 어떻게 생명을 움직이는가 029 │ 비평형 상태에서만 생명이 가능한 이유 031 │ 자연계는 끊임
없이 평균을 향해 흐른다 032 │ 자유 에너지는 자연의 방향을 결정한다 035 │ 임계점은 어떻게 생명
과 사회를 동시에 흔드는가 037 │ 존재는 미래의 빈방을 향해 이동한다 040 │ 생명은 붕괴를 유예하
는 시스템이다 044

2장 │ 세포는 무엇으로 살아가는가
생명은 숫자로 말한다 051 │ 지질에서 시작해 효소로 이어지는 생명의 첫 문법 054 │ 생명은 분자의
규칙으로 만들어진다 056 │ 생명은 제어된 분자의 이동이다 059 │ 포도당은 어디서 와서 어디로 가
는가 065 │ 생명의 발전소: TCA 사이클 069 │ 세포는 왜 돌아가는 길을 택했을까 072 │ 현금·저
축·지방으로 설계된 에너지 시스템 074 │ 당 신생 회로, 생존을 위해 설계된 우회로 076 │ 두 개씩
늘려 가는 생명의 사슬 078 │ 세포막의 질서를 세우는 분자 082

3장 │ 생명을 움직이는 대사의 법칙
생명의 기본 단위, 세포 087 │ 코끼리가 암에 안 걸리는 이유 088 │ 세포는 단백질을 만드는 공장이
다 090 │ DNA의 기록 방식과 mRNA의 역할 093 │ 단백질 합성의 메커니즘 095 │ 당 신생 회로의
작동과 생존의 유지 100 │ 당을 넘어 지방으로 확장되는 생명의 회로 102 │ 포도당에서 시작된 생명
의 공식 106 │ 세포 안으로 들어온 하나의 세계 109 │ 질소 노폐물은 어떻게 몸 밖으로 빠져나가는
가 112 │ 양성자 농도를 제어하는 전자의 흐름과 ATP 생성 113 │ 인간의 몸은 미토콘드리아의 식민
지다 117 │ 활성산소종의 생성과 위험성 119 │ 코로나19는 얼마나 단순한 생명체인가 122 │ 모든
길은 포도당으로 통한다 124 │ 멘델의 법칙과 유전의 뿌리 125 │ DNA 분자 구조 127 │ DNA 이중
나선 구조와 분자 구성 요소 130 │ 수소 결합의 정의와 염기쌍 결합 조건 132 │ DNA의 법칙과 구조
적 이해의 중요성 134 │ 별에서는 왜 분자가 살아남기 어려울까? 135 │ 생명현상의 핵심은 이온과
전자의 이동이다 138 │ 광합성과 호흡 142 │ 분자에는 탄소가 몇 개로 이루어져 있는가? 143 │ 포
도당의 뿌리를 찾아서 146 │ 포도당에서 단백질까지 탈수중합의 원리 148 │ 아미노산 분자 구조의
다양성과 탄소의 역할 151 │ 단백질의 4단계 구조와 효소 154 │ 단백질 입체 구조 연구와 생명현상
의 본질 157 │ 지방산의 구조와 기원 159 │ 산소가 부족한 피루브산의 운명 161 │ TCA 회로에서
파생되는 아미노산과 핵산 기초 물질 163 │ 지방산 합성의 시작 165

4장 │ 미토콘드리아, 생명의 운명을 바꾸다
지구를 장악한 두 박테리아 171 │ 생명의 또 다른 이름, 환원과 산화 176 │ 물에서 전자를 얻은 최초
의 생명 177 │ 시아노박테리아와 붉은 피의 기원 180 │ 산호와 철이 만든 지구의 줄무늬 183 │ 시
아노박테리아가 바꾼 지구의 운명 185 │ 산소 대재앙과 미토콘드리아의 등장 187 │ 미토콘드리아는
세포 속 발전소 네트워크다 190 │ 미토콘드리아를 감시하는 세포의 청소 시스템 194 │ ATP라는 생
명의 에너지 화폐 198 │ 우리 몸은 이동하는 미토콘드리아의 식민지다 202 │ 노화는 미토콘드리아
에서 시작된다 206 │ 운동은 짧은 산화 스트레스와 긴 항산화 능력을 만든다 209 │ 미토콘드리아의
주름을 붙잡는 숨은 설계자, 카디오리핀 213 │ 글루타치온, 40억 년 동안 생명을 지켜 온 최후의 항산
화 방어선 214 │ 미토콘드리아 네트워크의 균형이 건강을 결정한다 216

5장 │ 세포는 어떻게 시간을 기억하는가
흩어진 정보를 하나의 패턴으로 묶는 힘 223 │ 세포주기, 생명의 시간을 읽는 가장 단순한 지도 226
│ 세포는 하루에 한 번 자기 자신을 복제한다 229 │ 전기, 중기, 후기, 말기라는 세포 생명의 드라마
232 │ 암은 브레이크가 고장 난 세포다 233 │ 암은 죽어야 할 세포가 살아남은 것이다 236 │ 노화,
암, 성인병은 모두 대사로 연결된다 238 │ 암세포, 멈추지 않는 폭주 기관차 240 │ 생명은 레고 블록
처럼 만들어져 있다 243

6장 │ 브레이크가 고장 난 세포, 암
암세포는 어떻게 살아남고 증식하는가 249 │ 아미노산 20개만 알면 생명과학이 보인다 251 │ 복잡
한 아미노산도 구조를 알면 단순하다 253 │ 아미노산은 패턴으로 기억한다 257 │ 아미노산이 펼쳐
보이는 세포의 구조 259 │ 포도당은 모든 에너지의 출발점이다 262 │ 암세포가 장악한 가장 중요한
길목 265 │ 세포는 어디에서 에너지를 만드는가 267 │ 암세포가 좋아하는 우회로 268 │ 미토콘드
리아의 이중막은 어떻게 만들어졌을까? 269 │ 전자가 새면 세포가 늙는다 274 │ 활성산소와 ATP,
생명의 두 얼굴 276

7장 │ 생각하는 세포는 왜 분열하지 않는가
세포 수준에서 다시 보는 노화와 질병 283 │ 뇌세포는 왜 다시 만들어지지 않을까 284 │ 밥 한 공
기를 분자 수준에서 바라보기 287 │ 세포는 위기의 순간 100배 더 강해진다 289 │ 하루 2,000kcal
는 얼마나 많은 ATP일까 290 │ 세포 속 발전소, 미토콘드리아 294 │ 뇌의 숨은 보급부대, 성상세포
295 │ 뉴런과 성상세포는 서로 다른 대사를 선택한다 297 │ 세포는 왜 단백질을 만들자마자 없앨까
299 │ 신경세포는 정확하게 계산하기 위해 존재한다 300 │ 뇌의 계산을 지탱하는 숨은 조력자 303
│ 성상세포의 희생으로 유지되는 뇌 304 │ 뉴런을 움직이는 숨은 조력자, 성상세포 306 │ 똑똑하게
진화한 뉴런의 에너지 설계 308

8장 │ 생명은 쉴 곳을 찾아가는 전자의 이동이다
세포 안의 탄소 순환 시스템 313 │ 암세포는 대사의 흐름을 바꾼다 316 │ 생명의 본질은 탄소와 전
자의 흐름이다 320 │ 정상 대사를 교란하는 암세포의 짝퉁 전략 322 │ 글루타치온, 암세포가 끝까지
붙드는 생존 회로 325 │ 당신생, 생명이 포도당을 복원하는 방식 329 │ 세포는 왜 에너지 화폐를 하
나로 통일하지 않았는가 331 │ 피루브산에서 젖산까지 생존을 위한 우회 경로 333 │ 세포주기의 검
문 시스템이 무너지면 암이 시작된다 334 │ 탄소는 어떻게 생명의 뼈대를 만들었는가 336 │ 벤젠고
리에서 폭탄까지 이어진 화학의 역사 340 │ 탄소 고리가 만든 근대 화학의 탄생 342 │ 세포막은 지
방산의 배열로 탄생한다 345 │ 세포막은 어떻게 조립되는가 348 │ 에너지 생성의 중심에서 세포자
살이 시작된다 351 │ 생명의 물레방아는 미토콘드리아 막에서 돌아간다 354 │ 미토콘드리아는 어
떻게 세포의 죽음을 결정하는가 356 │ DNA 위에 새겨지는 삶의 흔적 358 │ 세포 안 대사 한 단계가
암의 생태계를 바꾼다 361 │ 암세포가 염증과 혈관을 키우는 방식 363 │ 라디칼은 어떻게 생명을 흔
드는가 365 │ 모닥불 속에서 벌어지는 라디칼 연쇄반응 368 │ 라디칼과 전자 이동으로 보는 호흡의
본질 370 │ 산소는 왜 우리를 즉시 태워 버리지 않는가 373 │ 우리는 산소의 지연 시간 속에 산다
375 │ 생명은 가장 낮은 에너지 상태를 향해 흐른다 378 │ 무작위 진동에서 생명의 방향이 탄생한다
382

9장 │ 생명은 어떻게 붕괴를 유예하는가
생명과학의 판도를 바꾼 네 번의 혁명 389 │ 생명을 유지하는 가장 정교한 산화·환원 시스템 394 │
ATP, ROS, 세포자살까지 이어지는 생명의 통합 지도 399 │ 포도당 끝에서 시작된 유전자의 시대 405
│ 포도당 한 분자에서 생명의 두 길이 갈라진다 410 │ 효소를 알아야 생명의 드라마가 보인다 413
│ 세포는 왜 안과 밖을 나누기 시작했는가 416 │ 효소 하나가 세포의 운명을 바꾼다 418 │ 숙신산
탈수소효소, 두 세계의 국경에 선 효소 421 │ 세포는 왜 ‘계획된 죽음’을 선택했는가 423 │ NAD⁺를
잃는 순간 세포는 멈춘다 426 │ 전자 셔틀과 죽음의 메신저 428 │ 활성산소는 사고인가, 구조 붕괴
인가 431 │ NADH가 쌓이면 세포는 왜 멈추는가 433 │ 세포는 어떻게 움직이면서 스스로 복구하는
가 435 │ 세포는 왜 분자를 ‘위장’시켜 이동시키는가 438 │ 암세포는 왜 미토콘드리아를 필요로 하
는가 440 │ 암은 왜 대사를 다시 설계하는가 442 │ ROS와 NADPH, 암세포의 생존 게임 446 │ 활
성산소는 왜 노화와 암의 출발점이 되는가 449 │ 하이드록실 라디칼, 생물학 최악의 공격수 454 │
세포의 최전선 방어군, 글루타치온 456 │ 세포는 어떻게 산소 독성을 통제하며 살아가는가 459 │ 위
험을 없애는 것만으로는 생명이 유지되지 않는다 461 │ 독성을 제거하는 세포, 독성을 이용하는 세포
463 │ 작은 화학 변화 하나가 암의 운명을 바꾼다 465 │ 세포 센서를 속이는 화학적 위장술 467 │
암세포 생존 시스템의 역설 470 │ 대사 관점에서 바라본 암의 의미 472 │ 암세포를 움직이는 세 가
지 축 475 │ 오래 살아남는 세포들의 서로 다른 전략 478 │ 인간 지능을 만든 세포들의 공생 시스템
480 │ 인간 지성을 지탱하는 뇌의 대사 시스템 481 │ 생명을 지키는 분자들의 질서 484

10장 │ 생명의 주기율표

생명의 주기율표 1. 대사
화학은 어떻게 공통의 언어를 갖게 되었는가 490 │ 해당과정, 생명 에너지 흐름의 출발점 494 │ 광
합성과 호흡이 그리는 거대한 순환 499 │ 암은 어떻게 위조지폐로 우리를 무너뜨리는가 503 │ 침몰
하는 배에서 물을 퍼내라! 506 │ 한 달을 굶어도 뇌가 멈추지 않는 이유 511 │ 세포 경제를 마비시키
는 6억 개의 위조지폐 513 │ 활성산소의 불길을 끄는 ‘글루타치온’의 비밀 516

생명의 주기율표 2. 핵
핵이 만든 정보의 질서 522 │ 핵 안에서 만들어지는 두 거인 525 │ 핵과 리보솜 DNA[rDNA]의 구조
및 유전적 위치 527 │ rDNA 카피 수와 노화 및 질병의 메커니즘 529 │ 리보솜이라는 거대한 분자
기계의 탄생 530 │ 리보솜이라는 거대한 분자 기계의 완성 532 │ 단백질을 넘어 RNA까지 유전자의
새로운 지도 535 │ RNA가 설계하는 생명의 다양성 539 │ 세포 내 단백질 공장과 격리 시스템 544
│ 스플라이소솜, 생명의 설계도를 편집하는 분자 기계 546 │ 생명의 시간표를 조절하는 핵 549

11장 │ NAD가 다스리는 생명의 왕국
생명 에너지의 핵심 운반체, NAD+와 ATP 557 │ NAD+와 NADPH가 지키는 세포 방어 시스템 562
│ 전자 이동과 생명의 본질 567 │ NAD+가 보이면 생물학이 보인다 570 │ NAD에서 시작되는 생물
학의 통합원리 574 │ ATP가 군대라면 NAD는 국가다 579 │ 지방산 대사와 ATP 생성 582 │ NAD
의 역할: 단백질 변형과 DNA 수선 585 │ 생명을 움직이는 NAD의 탄생과 순환 590 │ NAD의 생명
유지 기능과 노화의 비밀 594 │ NAD, 생명의 국가를 운영하는 분자 596

12장 │ 생명은 어떻게 노화에 이르는가
첫 번째 홀마크: DNA는 왜 흔들리는가 607 │ 두 번째 홀마크: 생명의 시계, 텔로미어 610 │ 세 번째
홀마크: 유전자는 그대로 운명이 바뀐다 612 │ 네 번째 홀마크: 단백질 질서가 무너지다 616 │ 다섯
번째 홀마크: 풍요를 감지하는 세포의 착각 619 │ 여섯 번째 홀마크: 미토콘드리아가 늙기 시작하다
621 │ 일곱 번째 홀마크: 죽지 않는 세포의 등장 624 │ 여덟 번째 홀마크: 줄기세포가 고갈되다 626
│ 아홉 번째 홀마크: 세포들의 대화가 끊어지다 629 │ 열 번째 홀마크: 세포 밖 환경이 굳어지다 632
│ 열한 번째 홀마크: 몸속에서 꺼지지 않는 불 633 │ 열두 번째 홀마크: 장내 미생물의 균형이 깨지다
635 │ 노화를 늦추는 생명의 조건 636

나가는 말. 생명을 향한 질문에서 한 권의 책이 되기까지 638

참고문헌 640

플럭스라는 순례 행렬 속 각각의 개미들은 그 순간의 대본만 연기합니다. ‘살아 있음’이라는 전체 드라마는 개미 분자 한 개에는 어떤 의미도 없습니다. 오직 허용된 순례 행렬이 지속되는 과정 전체만이 ‘살아 있음’을 연주합니다. 그렇습니다. 살아 있음은 연주이지 악기가 아닙니다.

‘살아 있다는 것은 무엇인가’는 멀리서 번쩍이는 번갯불입니다. 공기를 가로지르는 전자의 찰나적 이동입니다. 찰나에 사라지는 번갯불은 어두운 허공을 온전히 드러냅니다. 번개가 대지라는 쉴 곳을 찾듯이 세포 속 전자들은 물 분자라는 쉴 곳을 찾아 이동합니다. ‘살아 있음’을 느끼는 것은 자연이 자신을 드러내는 것입니다. ‘살아 있음’의 번갯불을 통해 허공이 환해집니다. ‘살아 있음’이란 생명현상을 통해 자연은 자신을 드러냅니다.

존재는 관계의 그림자입니다. 차원이 높아진다는 것은 관계선의 수가 늘어난다는 뜻입니다. 관계가 많아질수록 작은 흔들림은 서로 보완되고, 더 큰 흔들림 속에서도 질서를 유지할 수 있습니다. 그래서 1차원에서는 절대영도에서만 질서가 가능하지만, 2차원에서는 유한한 온도에서도 질서가 나타나고, 3차원에서는 훨씬 더 큰 흔들림 속에서도 안정된 구조가 유지됩니다. 윌슨이 발견한 것도 결국 이것이었습니다. 차원이 중요한 것이 아니라 관계의 구조가 중요하다는 사실입니다. 이 원리는 세포 안에서도, 사회에서도 크게 다르지 않습니다. 관계가 끊어질수록 시스템은 쉽게 무너지고, 충분한 연결이 유지될수록 더 큰 충격도 견뎌 냅니다. 전쟁과 산불, 전염병을 연구하면서 발견된 흡수 상태가 인간 사회에서도 비슷하게 나타나는 이유입니다. 사람 역시 관계가 끊기면 스스로 빠져나오기 어려운 상태에 들어갈 수 있습니다. 그래서 때로는 외부에서 손을 내미는 일이 시스템을 다시 작동시키는 결정적인 계기가 되기도 합니다.