미토콘드리아

미토콘드리아

미토콘드리아의 구조

  

미토콘드리아는 거의 모든 진핵 세포에 존재하며, 크기는 1~10 ㎛ 정도로, 간이나 근육 세포와 같이 활동이 활발한 세포일수록 많이 들어 있다.

내막과 외막의 2중막으로 싸여 있으며, 내막은 안쪽으로 주름이 져 있어 크리스타를 형성하고 내막 안쪽은 기질로 채워져 있다.

※ 미토콘드리아에서 ATP를 합성할 때 막은 H⁺ 농도 기울기를 만드는 데 필수적인 요소이다.

미토콘드리아의 기능

산소를 이용하여 영양소를 분해함으로써 ATP를 만드는 세포 호흡을 담당한다.

▶ 미토콘드리아의 세포 호흡

미토콘드리아에서는 세포 호흡에 관여하는 효소의 작용을 통해 유기물 속의 화학 에너지를 ATP의 화학 에너지로 전환하여 생명 활동에 필요한 에너지를 공급한다.

이 때문에 미토콘드리아를 세포 내 발전소라고 하며, 에너지 소비가 많은 세포에는 많은 수의 미토콘드리아가 존재한다.

크리스타에는 ATP의 생성에 필요한 각종 호흡 효소들이 있어 유기물 속의 화학 에너지를 ATP의 화학 에너지로 전환한다.

크리스타는 세포 호흡이 일어나는 표면적을 넓혀 에너지 생산성을 높여 준다. → 간세포에서 미토콘드리아 외막의 비율은 세포막의 7 % 정도이지만 내막은 33 %나 된다. 이것은 내막이 주름진 구조로 되어 있음을 의미한다.

기질에도 세포 호흡에 관여하는 효소가 있어 세포 호흡 단계의 일부가 진행된다.

또, 기질에는 미토콘드리아의 독자적인 DNA와 RNA, 리보솜이 있어 스스로 단백질을 합성하기도 하고 독자적인 증식이 가능하다.

※ 미토콘드리아의 리보솜은 원핵 세포의 리보솜과 유사한 특성을 나타내고 있다.

미토콘드리아의 분열

미토콘드리아는 막에 의해 둘러싸여 있지만, 핵막-소포체-골지체-세포막 등으로 연결되는 내막계를 구성하지는 않는다.

미토콘드리아는 2중막을 가지며 고유의 DNA와 리보솜을 가지고 있다. → 핵의 도움을 받아 반자율적으로 세포 안에서 자라고, 복제도 할 수 있다.

살아 있는 세포를 관찰한 결과 미토콘드리아는 세포 내부를 돌아다니며, 자신의 모습을 변형시키고 둘로 분열하는 등 세포 내에서 역동적으로 움직이는 것으로 알려졌다.

※ 미토콘드리아는 분열과 융합이 모두 일어난다. 분열 과정은 박테리아의 분열과 유사하다.

인간의 정상 체온은 높아봐야 37℃다. 하지만 세포 안의 온도는 최고 50℃ 가까이 올라가는 것으로 드러났다. 
 미토콘드리아는 '에너지 공장'이라고 불린다. 우리의 세포는 음식을 에너지로 바꾸기 위해 효과적으로 연소시킨다. 몸 안의 여러가지 제어 장치를 거치기 때문에 불처럼 뜨겁게 타오르는 건 아닐지라도, 역시나 엄청난 열이 발생하는 것이다.   

'에너지 공장' 미토콘드리아 온도 측정하니

프랑스 연구팀, "주변 온도보다 6~10℃ 높아"

 
프랑스 국립보건의학연구소(INSERM) 피에르 러스탱과 동료들이 미토콘드리아 내부 온도를 측정하는 데 성공했다고 뉴 사이언티스트가 4일(현지시간) 보도했다. 싱가포르의 한 연구 그룹이 개발한 형광 염료를 사용했는데, 이는 온도에 따라 다른 색을 낸다. 
러스탱 연구팀은 38℃의 일정한 온도에서 인간 신장과 피부 세포 내 미토콘드리아를 조사했더니, 세포 나머지 부분 보다 6~10℃ 이상 높은 온도에서 작동한다는 사실을 발견했다. 미토콘드리아는 생리학적으로 50℃ 가까운 온도를 유지한다는 것이다. 러스탱 팀은 포유동물의 미토콘드리아가 정상 체온에서 작동한다고 가정한 이전 연구들은 재검토 되어야 할 것 같다고 적었다. 이 논문은 생명과학 분야 온라인 아카이브인 'bioRxiv'에 게재됐다.
한편, 지난 2월 발표된 일본 연구팀의 논문에도 인간의 암 세포 내의 미토콘드리아 온도는 주변보다 6~9℃ 높다는 내용이 간단히 언급된 바 있다.
 
『미토콘드리아』를 쓴 저명한 생화학자 닉 레인 런던대 교수는 이번 발견에 대해 "미토콘드리아는 열의 주요 원천이니 몸의 다른 부분에 비해 아마도 더 뜨거워야 하겠다"고 말했다. 그는 "이전까지 그런 생각을 해본 적이 없었다"고 덧붙였다.

"늙고 싶지 않다" "언제나 젊을 을 유지하고 싶다"

만약이러고 싶다면 꼭 알아야 할것이 있다

바로 우리몸속에 존재하나느 미토콘드리아의 정체이다.  건강의 열쇠 미초콘드리아란 무었일까?

1. 미토콘드리아 :

  우리몸은 무엇을 하던지 에너지를 필요로 하는데, 이 같은 에너지를 만들어 내는 근원지가 바로 세포안에 있는 작은 기관인 미토콘드리아다.

 

2. 건강의 키워드 미토콘드리아

  우리몸의 에너지를 만들어 내는 미토콘드리아가 제기능을 하지 못하면 쉽게 지치고 기려깅 없으며, 몸속 기능은 저하되고 쇠약해진다. 특히 노화가 촉진되고 각종 만성병의 단초가 된다.

미토콘드리아가 건강하면 논화나 병에서 멀어지는 에너지 넘치는 몸을 만들수 있다.

 

3. 질좋은 미토콘드리아를 만들려면

대표적인 방법으로 적색근육을 사용하는 운동시 미토콘드리아가 늘어난다고 알려져 있다.  고강도 인터벌 운동,달리기 등리 있다.

또 다른방법으로는 식사량을 조절하고, 환경오염물질에 노출을 최소화한다.

 

 

[김재호의 과학에세이] 미토콘드리아의 헌신과 공생

우리 몸의 온도는 약 섭씨 37도를 유지한다. 이 온도를 넘으면 신체 기능에 이상이 생긴다. 그런데 우리 몸 안에선 37도보다 훨씬 높은 온도로 에너지를 만들어낸다는 소식이 전해졌다.

최근 생물학 아카이브(biorxiv.org) 논문에 따르면 미토콘드리아가 생리학적으로 섭씨 50도에 가깝게 유지된다고 한다. 온혈동물인 인간이 체온 유지를 위해 몸 안에서 훨씬 더 높은 열을

만들어내고 있는 것이다. 단순한 얘기처럼 들릴지 모르지만 속사정은 훈훈하다.

연구진은 미토콘드리아가 얼마나 뜨거워지는지 측정하기 위해 형광 탐침(온도 표시기)을 이용했다. 연구 결과, 미토콘드리아가 다른 세포 부분들에 비해 6도에서 11도 정도 더 높았다.  
모든 동물은 숨을 쉰다. 호흡을 한다는 건 에너지를 만든다는 뜻이다. 산소는 세포 속에서 미토콘드리아와 반응을 한다. 그 호흡 과정에서 미토콘드리아는 열을 낸다. 미토콘드리아는

여러 단계의 통제된 과정을 거쳐 고열을 만들어낸다. 그래서 미토콘드리아 조절에 문제가 생기면 아무리 먹어도 늘 마르게 된다. 어렸을 적 동네 친구 중에 한 명이 정말 대식가였다.

하지만 언제나 삐쩍 말라 있었는데 지금 생각해보면 미토콘드리아 조절에 문제가 있었던 것 같다.  
미토콘드리아는 세포에 들어 있는 소기관으로, 에너지원인 ATP(아데노신3인산)를 만드는 발전소다.

ATP는 근육이나 효소, 몸 구조를 만드는 데 쓰이는 유기화합물이다.

 

ATP는 모든 생물체의 활동에 필요한 에너지 대사에 관여한다.

미토콘드리아 발전소가 가동되기 위해서는 산소와 포도당이 필요하다.

산소가 있으면 미토콘드리아가 더욱 많은 ATP를 만들 수 있다.

하나의 세포에는 200∼1000개의 미토콘드리아가 있으며, 인간의 세포는 대략 60조 개다.

따라서 얼마나 많은 에너지가 몸 안의 미토콘드리아에서 만들어지는지 가늠해볼 수 있다.  
미토콘드리아는 살아남기 위해 세포와 공생관계를 맺었다.

에너지가 필요한 다른 원핵세포와 영양분을 주고받는 관계를 형성한 것이다. 마치 내장에서 소화를 돕는 박테리아와 같다.

공생관계로 미토콘드리아는 번식을 한다.

특히 미토콘드리아는 유전자를 갖고 있다. 

 5∼10개 정도 되는 미토콘드리아의 유전자들은 핵막으로 막혀 있지 않고 내부에서 자유롭게 떠다닌다.

미토콘드리아는 외막과 내막으로 둘러싸여 있다.

미토콘드리아 내막에는 수많은 주름이 있으며, 에너지 생산에 필요한 단백질이 가득하다.

내막 안에 있는 미토콘드리아 기질에서 산화가 일어나는데, 여기서 에너지가 방출될 때 ATP 합성뿐 아니라 열이 나온다.

몸 안에서 열을 내는 온혈동물은 냉혈동물들에 비해 미토콘드리아가 더 많다. 냉혈동물의 대표적인 예는 파충류고, 온혈동물은 조류나 포유류다. 냉혈동물은 주위 온도에 따라 체온이 달라지기에 변온동물이라고도 불린다. 냉혈동물에선 미토콘드리아가 아마도 훨씬 낮은 온도에서 작동할 것으로 추정된다. 하지만 이러한 냉혈동물들 역시 몸을 데워야 적정 온도를 유지할 수 있다. 파충류는 몸이 식으면 햇볕을 쬐며 체온을 높이고 미토콘드리아가 활발히 활동하도록 한다. 포유류인 인간은 시도 때도 없이 미토콘드리아가 열을 만들어내며 열량을 소모한다. 그러나 미토콘드리아가 활동하지 않으면 손상될 위험이 있고, 이 때문에 세포가 제 기능을 못 할 가능성이 있다.

그러면 미토콘드리아가 발생시키는 열은 어디서 왔을까. 시작은 식물이다. 식물이 태양에서 받은 에너지가 동물에 전이된 것이다. 식물이 태양에서 직접 받은 에너지를 동물이 간접적으로 쓴다. 화학에너지와 열에너지, 운동에너지는 생태계에서 돌고 돈다. 미토콘드리아가 만들어낸 에너지는 생명체의 몸을 데우고 빠져나와 다시 생태계로 돌아간다. 공생과 순환을 눈여겨볼 일이다.

큰 포식동물은 다른 작은 동물들을 잡아먹는다. 이로써 화학에너지 일부를 얻지만 많은 부분을 또한 열로 잃는다. 사체는 분해되고 열은 생태계로 돌아간다. 결국 식물과 동물은 에너지를 얻는 과정에서 공생하는 셈이다. 이 사이에 분해자인 박테리아가 끼어있을 뿐이다. 에너지는 들어온 만큼 빠져나갈 줄도 알아야 한다. 몸에 고여 있기만 해서는 안 된다. 이 가운데 미토콘드리아는 생태계 에너지 흐름을 중개하며, 세포 뭉치인 동물들을 살아가게 한다. 미토콘드리아의 헌신이다.

기능의학적 차원에서 미토콘드리아 관찰

기능의학차원에서 주목을 받는것이 미토콘드리아에 관한 부분이다. 미토콘드리아는 세포내에서 에너지 즉, ATP를 생성한는 발전소와 같은 여활을 하는기관이다.

이 미토콘드리아의 기능 이상으로 인해 심장질환,암,신경학적 질환,당뇨,만성피로 등의 증상이 유발된다는 것이다

 

나이가 들어감에 따라 미토콘드리아의 기능이 감소하거나 손상을 받아 노화가 진행된다. 특히 노화가 진행됨에 따라 약40%의 에너지(ATP)생산이 감소가 되고 노화에 의한 인체의 노폐믈로 인한 산화손상에 대해 취약해지게된다. 이런 노화의 과정은 미토콘드리아의 DNA변이와 암 발생의 증가로 유발되기도 한다. 또한 산화손상의 증가는 심질환의 증가를 야기하기도 한다.

이론적으로 이런 미토콘드리아의 붕괴는 조기 발현 미토콘드리아 기능저하(Early onset motochondrial dysfunction : ECMO)에 의해 유발된다고 본다.

이런 ECMO의 원인으로 크게 2가지 상태가 좌우하는데 첫번째는 지방대사의 감소, 두번째는 미토콘드리아의 산화력 감소이다. 그 외에도 허혈, 저산소증, 중독, 수면박탈,영양결핍,호르몬 결함 등이 ECMO를 야기할수있다.

 

이런ECMO는 자유기에 의한 손상을 야기하는 첫번째 원인으로 이는 노화,퇴행성 질환,미토콘드리아 기능 붕괴를 야기하며 궁극적으로는 사망에 이르는 원인인으로 생각할수 있다.

 

    ECMO의 결과를 보면

1. DNA/RNA합성감소 ,

2. 단백질과 효소,호르몬 합성감소,

3. 세포막 전위의 감소,

4. 세포사와 세포손실의 가속화,

5,세포내 수분공급의 감소,

6. 자유기 손상증가

7. 지능저하,

8, 정동장애의 증가

9. 해독기능의 감소

결과적으로 이런 것들이 진행되어 노화나 퇴행성 질환을 야기할수가 있는것이다.

 

그런데 문제는 이런 ECMO는 젊은 나이에도 불구하고 언제든지 올수 있다는 점이다, 따라서, 우리는 이를 예방하기 위해 여러가지 노력을 기울어야 한다.

 

첫번째로 해야할일은 적절한 영양소나 비타민의 보충이다

현재, 우리에게 제공되는 음식은 대부분이 미네랄이나 필수영양소가가 결핍된 상태에서 길러진 채소나 육류, 이런 필수영양소가 제거된 가공식품을 섭취하고 있는 상태이다.

이런 음식을 연속해서 섭취하기때문에 당연히 미네랄이나 비타민 부족이 올수밖에 없고 그러한 결과 미토콘드리아의 병변이 생겨 노화나 퇴행성질환이 생기게 된다.

따라서 이를 보충해줄수있는 비타민이나 미네랄보충제를 복용하는것이 좋다. 이런것을 하기어렵다고 하면 비타민이나 미네랄주사를 맞는것도 좋다.

 

두번째로는 적절한 운동을 하는것이 좋다.

적절한 운동이라고 말하는것은 너무 심한 운동을 하게되면 오히려 산화손상을 가져와 미토콘드리아의 손상을 부추길수 있다. 

한예로 마라톤대회에서 사망하는 사례들을 볼수있는데 이들의 경우 너무 과도한 운동이 산화손상을 야기하여 오리혀 몸에 피해를 주는 경우이다.

운동은 상식대로 하루 30분에서 1시간정도 몸에서 땀이 날정도로 빠른걸음을 일주일에 5회 정도하는게 제일 좋다.

여기에 조금더 해서 근력운동을 병행하면 된다.

 

세번째로는 햇빛을 많이 받아라이다.

미토콘드리아와는 직접연관은 없지만 햇빛을 직접 쬐는것이 비타민D가 생성되고 심적 안정감이나 편안감이 증대되어 증상치료에 도움이된다.

미토콘드리아는 유기물을 분해해 에너지를 생산하는 세포 호흡의 장소다. 세포 속 미토콘드리아가 키워드로 등장하는 화젯거리는 별로 없지만 그 존재와 역할은 인간의 건강과 장수를 결정할 만큼 매우 중요하다. 그 이유를 알아보자.

우리는 산소가 없으면 살 수 없다. 산소로 에너지를 만들기 때문이다. 에너지가 없으면 뇌도 심장도 근육도 움직이지 않는다. 그런데 이 고마운 산소가 때때로 '활성산소'나 '유해산소'라는 이름으로 우리 몸에 해를 끼친다. 활성산소란 세포 호흡 과정 중에 미토콘드리아에서 부산물로 발생하는 산화력이 크고 불안정한 산소다. 우리가 산소를 들이마실 때마다 활성산소로 인해 세포의 구성 성분이 산화되어 손상되고 노화된다. 우리 몸에 내재하는 이 같은 모숨은 생물체가 살아남기 위한 '부득이한 선택'이었다.

다시 한 번 시간을 태곳적으로 거슬러 올라가자. 지금으로부터 46억 년 전에 지구가 탄생해 38억 년 전에는 바다가 생기고 생명체가 나타났다. 그 후 핵을 갖춘 단세포생물이 등장하는데 이 무렵의 원시생물은 바다의 유기물을 섭취하며 살았다.

그때 지구에는 산소가 없었기 때문에 무기 호흡으로 활동에 필요한 에너지를 얻었다. 그들에게는 DNA나 단백질 같은 세포 속 물질을 산화시켜 파괴하는 산소가 맹독이자 적이었다.

바다에서 점차 유기물이 줄어들자 스스로 양분을 합성하는 생물이 나타났다. 이 생물들은 태양의 빛에너지를 이용해 당시 대기의 주성분이었던 이산화탄소와 주변에 풍부한 물로부터 유기물을 합성했다. 이 작용이 바로 광합성이다. 광합성의 결과 산소가 생성되어 대기 중에 증가했다. 마침내 대기의 주성분이 이산화탄소에서 산소로 바뀌었다.

그 결과 산소에 민감한 10억 년 전의 생물체는 멸종의 위기에 내몰렸다. 이미 많은 무리들이 절멸한 상황에서 남은 생물체가 살 수 있는 길은 한 가지밖에 없다. 몸속에 '산소의 독성을 해독하는 시스템'을 갖추는 것이다. 그러나 아무리 상황이 절박해도 그런 급작스런 진화가 일어날 리는 없었다.

바로 그때 기다렸다는 듯이 미토콘드리아가 나타나서는 허락도 없이 원시생물의 세포 속에 들어가 둥지를 틀었다. 그리고는 원시생물의 포도당을 제멋대로 이용해서 에너지를 만들기 시작했다. 궁지에 몰린 나약한 원시생물이지만 이런 뻔뻔스런 짓거리를 그대로 둘 수는 없었다. 그런데 가만 보니 이 침입자에게는 산소의 독성을 해독해 에너지를 만드는 엄청난 능력이 있었다. 게다가 한 번에 만들어내는 에너지의 양도 어마어마했다. 숙주인 원시생물이 생산하는 에너지의 몇십 배가 될 정도다.

이쯤 되면 그냥 내쫓아버릴 수가 없다. 하는 짓거리는 밉지만 어쩌겠는가. 이 녀석만 있으면 산소로 가득한 이 세계에서 우선 죽음은 피할 수 있다. 이 녀석이 내 몸에 들어 있어도 평소에는 수소와 결합해 물과 이산화탄소가 생기는 것뿐이다. 어쩌다 활성산소를 내뿜기는 하지만 치명적인 것도 아닌데다 내 몸에도 미비하지만 안전장치가 있다. 지금 가장 중요한 것은 살아남는 일이다. 활성산소 따위는 나중에 생각해도 된다.

원시생물은 마침내 이 무례한 침입자와 함께 살기로 마음먹었다. 미토콘드리아를 받아들이고 영양분을 제공하는 대신 산소가 내는 독성을 해독해서 에너지를 많이 만들게 해야겠다고 생각했다.

이 침입자가 바로 지금 우리 세포 속에 있는 미토콘드리아다. 원래는 독자적으로 생활하던 미토콘드리아가 원시생물의 세포 속에 기생해 함께 살게 되면서 하나의 세포 기관으로 분화되었다. 이를 '세포 내 공생설'이라고 한다. 세포 내 공생설은 간단한 세포 구조를 가진 원핵생물로부터 복잡한 구조를 가진 진핵생물로 진화하게 된 경로를 설명하는 가설이다.

이 가설을 뒷받침하는 증거가 있다. 미토콘드리아에는 핵 속의 DNA와 다른 독자적인 DNA가 존재한다는 사실이다. 이는 세포 내 공생설이 나오기 4년 전엔 1963년에 스웨덴 스톡홀름대학의 마깃 나스(Margit M.K. Nass) 박사가 밝혀낸 것이다.

미토콘드리아와 공생하기 시작한 원시생물은 드디어 산소로 가득한 지구에서 살 수 있게 됐다. 뿐만 아니라 산소를 이용한 '호흡'으로 과거와는 비교도 안 될 만큼 효율적으로 에너지를 생산하게 되었다. 그리고 점점 더 복잡한 구조를 가진 다세포생물로, 포유류로, 인류로 진화했다. 원시생물이 미토콘드리아와 공생을 거부했더라면 지금의 인류는 존재하지 않았을 것이다.

그러나 희생도 따랐다. 미토콘드리아가 뿜어내는 활성산소가 지금껏 우리를 괴롭히고 있기 때문이다. 생물체가 아무리 진화를 거듭해도 활성산소의 존재는 변함이 없을 것이다. 앞으로 20억 년이 지나도 그 공격은 멈추지 않을 것이다. 게다가 진화를 통해 수명이 늘어나면 그만큼 활성산소의 해는 더 심각해진다.

만약 10억 년 전 원시생물이 지금의 상황을 예상했다면 어떤 결정을 내렸을까? 의사가 처치 전에 환자에게 위험이나 부작용을 설명하듯 무언가가 원시생물에게 앞으로 겪게 될 일을 미리 알려주었다면 말이다. 혹시라도 미토콘드리아와 공생하는 대신 다른 방법을 찾지는 않았을까? 때늦은 아쉬움을 표현해본다.

연비 18배의 고성능 미토콘드리아 엔진
미토콘드리아를 자동차의 엔진에 비유한다면 마력은 ATP(adenosine triphoshate, 아데노신3인산)의 생산량에 해당한다. ATP는 세포 내 생명활동(영양의 대사와 운동 등)에 사용되는 에너지원이다. 세포 내에서 에너지를 저장해 전달하는 역할을 하므로 일종의 배터리인 셈이다. 뇌는 신체기관 중에서 에너지를 가장 많이 쓰는 곳이라서 뇌가 발달하고 건강하려면 ATP가 충분하고 안정적으로 공급되어야 한다.

10억 년 전 원시생물이 미토콘드리아와 공생하기로 결정한 주된 이유 중 하나는 자신들보다 미토콘드리아가 ATP를 훨씬 더 많이 생산할 수 있었기 때문이다. 당시의 원시생물은 산소를 이요하지 않고 포도당을 분해시켜 ATP를 만들어냈다. 이 방식을 '해당계'라고 한다. 해당계는 효율이 낮아 1분자의 포도당으로 2ATP밖에 생산하지 못한다.

반면 미토콘드리아는 산소를 충분히 이용해 1분자의 포도당으로 36ATP나 생산할 수 있다. 이 방식을 '호흡계'라고 한다. 요컨대 해당계와 호흡계의 차이는 ATP를 만들 때 산소를 이용하느냐, 이용하지 않느냐의 차이다.

'해당계'는 생물이 긴급한 상황에서 ATP를 생산하는 방식이다. 예를 들어 사자는 평소 초원에서 한가롭게 낮잠이나 자거나 어슬렁거리며 느리게 걷는다. 그러다가 배고플 때 먹이를 발견하면 맹렬한 속도로 달린다. 이럴 때는 호흡을 천천히 할 여유가 없다. 이때 해당계가 등장한다.

그러나 효율 낮은 해당계로 다량의 ATP를 만들다 보니 포도당이 금세 바닥이 난다. 게다가 그 과정에서 피로물질인 젖산이 생기기 때문에 몸이 쉬 지치게 된다. 이런 사정 때문에 사자는 눈 깜박할 새에 먹이를 차지하는 훌륭한 사냥 솜씨를 갖게 되었는지 모른다.

철새가 이동할 때는 장시간 계속 날아야 하므로 금세 연료가 바닥나는 해당계로 에너지를 얻는 것은 무리다. 이때야말로 미토콘드리아가 나서서 호흡계의 뛰어난 에너지 생산력을 발휘해야 한다. 더욱이 해당계와 달리 젖산이 생성되지 않아 피로도 덜하다. 이런 점은 미토콘드리아와 공생하지 않았더라면 누리지 못했을 큰 이익인 셈이다.

미토콘드리아부터 늙는다
이미 엎질러진 물이지만 10억 년 전에 원시생물은 미토콘드리아와 함께 사는 것을 좀 더 신중히 결정했어야 했다. 세포가 미토콘드리아와 공생함으로써 대체 어떤 불이익이나 피해를 받았기에 이렇게 두고두고 후회하는지 그 내용을 자세히 알아보자.

DNA라고 하면 대개 세포의 핵 속에 있는 DNA(핵 DNA)를 가리킨다. 그런데 핵 바깥에 있는 미토콘드리아에도 독자적인 DNA가 있다. 이를 핵의 DNA와 구별하기 위해 '미토콘드리아 DNA(mt-DNA)'라고 부른다.

세포를 자동차에 비유하면 미토콘드리아는 엔진에 해당한다. 미토콘드리아가 독립적인 생물이었을 때 엔진의 설계도는 미토콘드리아 DNA에만 있었다. 그러다가 미토콘드리아가 세포와 함께 살게 되자 엔진의 설계도를 핵DNA와 서로 나누어 보존하기로 했던 모양이다.

말하자면 엔진의 주요 부분의 설계도는 미토콘드리아 DNA에 있고, 그 밖의 상세 부분의 설계도는 핵 DNA에 있다. 핵 DNA는 그 설계도를 기준으로 세포 속에서 부품을 만들어 미토콘드리아로 운반한다. 미토콘드리아는 일종의 지점 같은 곳이라서 고장 난 부품을 수리하는 공장까지 갖추고 있지는 않다. 그래서 미토콘으리아에는 손상된 유전자를 복구하는 기능이 없다. 이 점이 못마땅하지만 미토콘드리아가 배출하는 활성산소의 해악에 비하면 아무것도 아니다.

핵 DNA는 히스톤 단백질이 DNA를 감싸서 유전자의 발현을 조절하거나 세포의 손상을 복구해준다. 그러나 미토콘드리아 DNA는 히스톤 단백질이 없어 그대로 노출돼 있다. 게다가 미토콘드리아 DNA는 미토콘드리아, 즉 엔진 안에 있기 때문에 에너지를 만들 때 발생하는 활성산소의 해를 직접 받아 쉽게 손상된다.

부상을 입은 미토콘드리아 DNA에 있는 설계도에는 자연히 오류가 늘어난다. 이런 상태로는 미토콘드리아를 새로 만들어내기도 곤란하다. 오류투성이 설계도로 만드렁진 불량 엔진 미토콘드리아는 더 많은 활성산소를 뱉어낸다. 미토콘드리아는 근육세포에 특히 많은데, 나이가 들수록 근육이 약해지고 쉬 피로한 이유가 바로 불량 미토콘드리아가 배출하는 다량의 활성산소 때문이라고 한다.

이처럼 미토콘드리아가 정상적으로 기능하지 못하면 그 여파는 세포 전체로 퍼진다. 세포질과 세포막, 핵 DNA에 이르기까지 차례로 손상된다. 핵 DNA에는 손상을 복구하는 기능이 있지만 그 기능이 감당하지 못할 만큼 손상 정도가 빠를 경우에는 세포 분열로 생긴 새로운 세포에까지 악영향이 미친다. 그 결과 비정상적으로 분열하는 암세포가 만들어진다. 미토콘드리아가 늙으면 세포가 늙고 조직이 늙어 결국 개체 전체가 노화된다.

추천도서: <당신 안의 장수유전자를 단련하라>, 쓰보타 가즈오, 전나무숲