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효소enzyme 미토콘드리아의 효소
2013-08-23 10:27:23
이엠생명과학연구원

미토콘드리아

구형 또는 막대 모양이고, 크기는 0.2∼0.5㎛ 정도다. 하나의 세포 속에 들어 있는 수는 세포에 따라 다르지만 간세포처럼 활동이 왕성한 경우 2,000개 이상 들어 있다. 1897년 독일의 생물학자 C. 베더가 발견하고 이름을 붙였다. 1950년대 과학자들은 전자현미경을 이용해 미토콘드리아가 매우 복잡한 구조를 갖췄다는 점을 발견했다. 또 생화학적인 연구 결과 미토콘드리아가 세포 속의 발전소 역할을 한다는 점이 밝혀졌다. 미토콘드리아는 외막과 내막의 이중막으로 싸여 있다. 외막은 매끈하며 연속적이지만, 내막은 안쪽으로 반복해서 함입된 구조를 가진다. 이 함입 부위를 크리스테(cristae)라고 부른다. 외막과 내막에는 다양한 효소가 존재하는데, 주요 기능은 당이나 지방산과 같은 영양물질을 산화시키는 일이다. 이를 호흡이라 부른다.

미토콘드리아의 구조

미토콘드리아를 전자현미경으로 관찰하면, 매우 복잡한 구조를 볼 수 있다. 안팎 2중 막구조를 가지며,
내막은 스트로마를 싸고 있다. 이와 동시에 다수의 주름이 있어서 스트로마 속으로 돌출하여 있다. 이 내막 돌출부를 크리스타(crista)라고 한다. 크리스타는 미토콘드리아의 장축에 직각 방향으로 배열된 경우가 많다. 세포에 따라서는 평행하거나 불규칙하게 배열된 것도 있다.

미토콘드리아의 효소

① 외막에 존재하는 효소:모노아민 산화효소·지방산 티오키나아제·키누레닌 수산화효소·시토크롬 C 환원효소,

② 내외막의 사이에 존재하는 효소:아데닐산키나아제·뉴클레오티드이인산키나아제,

③ 내막에 존재하는 효소:케토산 탈수소효소·숙신산 탈수소효소·α-β-옥시부티르산 탈수소효소·카르니틴-아실전이효소·말단전자전달계 ATP 합성효소,

④ 스트로마에 존재하는 효소:시트르산 합성효소·이소시트르산 탈수소효소·푸마라아제·말산 탈수소효소·아코니타아제·글루탐산 탈수소효소·지방산의 β-산화효소계 등이다.

미토콘드리아의 기능

미토콘드리아는 세포 파쇄액을 가볍게 원심분리하여 핵을 침전시킨다. 그런 다음 10분 정도 원심분리하면 침전된다. 이렇게 분리된 미토콘드리아는 적당한 조건하에서 여러 기질을 산화할 수 있다. 이것을 미토콘드리아 호흡이라고 하는데, 미토콘드리아에는 TCA회로(크렙스회로)를 비롯한 각종 전자전달에 관한 효소의 존재가 확인되어 있다. 또한 적당한 기질을 사용하여 그 산화에 따라 ATP가 생성된다. 이렇게 미토콘드리아는 세포 내의 호흡을 관장하는 중심적 구실을 하는 구조체며, 당(糖)이 지질(脂質)의 이화작용(異化作用)으로 생성되는 피루브산, 아세틸 CoA의 산화와 전자전달계를 통한 산화적 인산화에도 관여한다. 이렇게 미토콘드리아는 당과 지방산의 산화와 그것에 수반하는 산화적 인산화에 중심적 역할을 한다.

미토콘드리아는 생명진화의 열쇠

사람의 세포 안에 존재하는 소기관 중에서 미토콘드리아만큼 여러 분야에 활용되는 것은 드물다. 미토콘드리아는 산소를 호흡해 사람의 활동에 필요한 에너지의 90%를 생산하는 세포의 발전소 역할을 한다. 모든 세포에는 수백여 개의 미토콘드리아가 세포핵의 외부에 존재한다. 한 개의 미토콘드리아는 여러 개의 디옥시 리보핵산(디엔에이)을 갖고 있다. 한 개의 미토콘드리아 디엔에이에는 37개의 유전자가 들어있다. 미토콘드리아가 핵 밖에 존재하면서 세포핵처럼 고유의 유전자를 갖고 있음에 따라 그 기원에 대해 이론이 분분하다. 가장 설득력이 높은 것은 미국 생물학자인 린 마굴리스가 진핵(眞核)세포의 기원을 독특하게 풀이한 세포공생설이다. 생물은 세포 안에 핵이 없는 원핵생물(박테리아)과 핵을 가진 진핵생물(박테리아를 제외한 모든 생물)로 구분된다. 마굴리스에 따르면, 약 20억년 전 우리 몸 안에 들어온 박테리아가 미토콘드리아로 자리를 잡게 된다. 결국 세포는 박테리아로부터 에너지를 공급 받고 그 대신에 박테리아는 먹이와 서식처를 제공받는 공생관계가 성립되어 진핵세포가 형성되었다는 것이다. 요컨대 미토콘드리아의 조상은 박테리아인 셈이다. 미토콘드리아 디엔에이는 핵 디엔에이와 다른 특성이 두 가지가 있다. 먼저 핵 디엔에이는 양친으로부터 자식에게 유전되지만 미토콘드리아 디엔에이는 오로지 어머니에 의해 후손에 전달된다. 또한 미토콘드리아 디엔에이는 핵 디엔에이보다 10배 가량 빨리 돌연변이를 일으킨다. 이러한 미토콘드리아의 특성에 착안해 현생인류의 기원을 찾아나선 인물은 뉴질랜드 태생으로 미국에서 활약한 앨런 윌슨 교수이다. 윌슨은 세계 곳곳에서 수집한 미토콘드리아 디엔에이를 분석해 모계 혈통의 가계도를 완성했다. 나무 모양의 가계도를 그린 까닭은 현생인류의 조상이 되는 여자가 뿌리에 나타나게 되기 때문이다. 윌슨은 이 여인을 ‘이브’라고 불렀다. 이브는 대략 20만년 전에 아프리카에 생존했던 여자로 추정된다. 아프리카가 에덴 동산인 셈이다. 요컨대 현생인류의 조상은 아프리카에서 시작된 흑인종이었으며, 나중에 세계 곳곳으로 퍼져나가 지역에 따라 상이한 인종적 특성이 출현하면서 백인종도 되고 황인종도 되었다는 것이다. 미토콘드리아 디엔에이는 자연의 타임캡슐이다. 오래 전에 사라진 세계의 소식을 전해주는 우편배달부이므로.




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