생명을 촉발한 설탕: 리보스가 RNA의 첫 번째 선택이었던 이유

리보스는 다른 당류보다 주요 RNA 구조를 형성하는 데 더 뛰어난 능력을 보이며, 무생물에서 생명체가 어떻게 출현했는지에 대한 화학적 단서를 제공합니다. 출처: Shutterstock

오늘날 살아있는 유기체에서 RNA와 DNA 같은 복잡한 분자는 효소의 도움을 받아 구성됩니다. 그렇다면 이러한 분자는 생명(과 효소)이 존재하기 전에 어떻게 형성되었을까요? 왜 어떤 분자는 생명의 구성 요소가 되고 어떤 분자는 그렇지 못했을까요? 스크립스 연구소 과학자들의 새로운 연구는 이러한 오랜 의문에 대한 해답을 제시합니다.

2025년 6월 27일 화학 저널 앙게반테 케미(Angewandte Chemie) 에 발표된 연구 결과 는 리보스가 RNA 발달에 필수적인 당으로 자리 잡았음을 보여줍니다. 연구진은 리보스가 RNA의 또 다른 분자 구성 요소인 인산에 다른 당 분자보다 더 빠르고 효과적으로 결합한다는 것을 발견했습니다. 이러한 특징은 생명체 분자에 리보스가 포함되도록 선택되는 데 도움이 되었을 가능성이 있습니다.

스크립스 연구소 화학과 교수이자 논문의 책임저자인 라마나라야난 크리슈나무르티는 "이러한 유형의 생명 이전 화학 반응이 RNA의 구성 요소를 만들어냈을 수 있으며, 이를 통해 생명체와 같은 특성을 보이는 개체가 탄생할 수 있다는 생각에 신빙성을 부여합니다."라고 말했습니다.

RNA와 DNA의 구성 요소인 뉴클레오티드는 인산기와 질소 기반 염기(A, C, G, U 등 정보를 암호화하는 분자 부분)에 결합된 5탄당 분자(리보스 또는 데옥시리보스)로 구성됩니다. 크리슈나무르티의 연구는 이러한 복잡한 분자들이 원시 지구에서 어떻게 발생했는지 이해하는 것을 목표로 합니다. 특히, 이 연구는 뉴클레오티드 형성 과정 중 리보스가 인산기에 연결되는 단계인 인산화에 초점을 맞추었습니다.

"인산화는 생명의 기본적인 화학 작용 중 하나로, 구조, 기능, 그리고 신진대사에 필수적입니다."라고 크리슈나무르티는 말합니다. "우리는 인산화가 이 모든 것을 시작하게 된 원시 과정에서도 근본적인 역할을 할 수 있는지 알고 싶었습니다."

연구팀은 이전 연구를 통해 리보스가 디아미도포스페이트(DAP)라는 인산기 공여 분자와 결합하면 인산화될 수 있다는 사실을 알고 있었습니다. 이번 연구에서 연구팀은 다른 유사한 당류도 이러한 반응을 일으킬 수 있는지, 아니면 리보스에 특별한 특징이 있는지 알아보고자 했습니다.

이를 검증하기 위해 연구진은 제어된 화학 반응을 이용하여 DAP에 의해 리보스가 얼마나 빠르고 효과적으로 인산화되는지, 그리고 화학적 구성은 같지만 형태가 다른 세 가지 당 분자(아라비노스, 릭소스, 자일로스)와 비교 분석했습니다. 그런 다음 핵자기공명(NMR) 분광법이라는 분석 기법을 사용하여 각 반응에서 생성된 분자의 특성을 분석했습니다.

그들은 DAP가 네 가지 당을 모두 인산화할 수 있었지만, 리보스를 훨씬 더 빠른 속도로 인산화한다는 것을 보여주었습니다. 또한, 리보스와의 반응은 모서리가 다섯 개인 고리 모양 구조(예: 5원자 고리)만 생성하는 반면, 다른 당들은 5원자 고리와 6원자 고리의 조합을 형성했습니다.

"이것은 리보스와 다른 세 가지 당 사이에 차이가 있음을 확실히 보여주었습니다."라고 크리슈나무르티는 말합니다. "리보스는 다른 당들보다 반응 속도가 빠를 뿐만 아니라, 오늘날 우리가 RNA와 DNA에서 볼 수 있는 형태인 5원자 고리 형태에 더 선택적으로 반응합니다."

네 가지 당이 같은 양으로 포함된 용액에 DAP를 첨가하자 리보스가 우선적으로 인산화되었습니다. 다른 세 가지 당은 반응 중간 지점에 "고착"된 반면, 리보스 분자의 상당 부분은 핵염기와 반응하여 뉴클레오타이드를 형성할 가능성이 높은 형태로 전환되었습니다.

"우리가 얻은 것은 2-in-1 결과였습니다. 리보스가 당 혼합물에서 선택적으로 인산화된다는 것을 보였고, 이 선택적 과정을 통해 RNA 생성에 유리한 형태의 분자가 생성된다는 것도 보였습니다."라고 크리슈나무르티는 말합니다. "이것은 보너스였습니다. 뉴클레오타이드 생성에 유리한 단계에서 반응이 중단될 것이라고는 예상하지 못했습니다."

연구자들은 이러한 반응이 모두 비생물적으로 발생할 수 있다고 하더라도 반드시 생명체가 탄생하는 반응은 아니라고 경고합니다.

"이러한 화학 반응을 연구하면 오늘날 생명체를 구성하는 분자들이 어떤 과정을 거쳐 탄생했는지 이해하는 데 도움이 됩니다. 하지만 이러한 선택이 RNA와 DNA의 기원이라고 주장하는 것은 아닙니다. RNA와 DNA의 기원을 밝히는 것은 상당한 도약이기 때문입니다."라고 크리슈나무르티는 말합니다. "RNA에 도달하기 전에는 다른 많은 과정들이 필요하지만, 이 연구는 좋은 시작입니다."

연구팀은 향후 연구에서 이 화학 반응이 '원세포'라고 불리는 원시 세포 구조 내부에서 일어날 수 있는지 시험할 계획입니다.

"다음 질문은 리보스가 원세포 내에서 선택적으로 풍부해질 수 있는지, 그리고 원세포 내에서 뉴클레오타이드를 생성하는 데 더 반응할 수 있는지입니다." 크리슈나무르티는 말한다. "만약 우리가 그것을 가능하게 한다면, 원세포가 성장하고 분열하도록 강제할 만큼 충분한 긴장감을 만들어낼 수 있을 것입니다. 바로 이것이 우리가 성장하는 방식의 근간입니다."

크리슈나무르티 외에, "디아 미도포스페이트를 이용한 인산화에 의한 펜토스 중 리보푸라노스 이성질체 선택 "이라는 연구는 스크립스 연구소의 해럴드 A. 크루즈와 공동으로 작성되었습니다.

이 연구는 NASA 천체생물학, 외생생물학 보조금(80NSSC22K0509)의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250722035558.htm