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자유글 미토콘드리아 내막의 기능 중에서 제일 중요한 것은 에너지의 생산이다.
2013-08-22 14:03:27
이엠생명과학연구원

미토콘드리아 내막의 기능 중에서 제일 중요한 것은 에너지의 생산이다. 산소를 공급 받은 상태에서는 포도당 한 분자로 38개의 ATP 밧데리를 만들어 내지만 산소 공급이 없을 때는 겨우 2개의 밧데리를 만든다. 에너지를 생산하는 과정에서 신체의 게릴라, 활성 산소가 부수 제조되어 인체에 여러 가지 위해를 끼친다.

 활성 산소의 행패를 저지하는 물질이 항산화제다. 늙은 세포에 항산화제를 투여하면  미토콘드리아의 형태와 숫자가 젊은 상태로 복원된다. 미토콘드리아 핵산을 보호하는 항산화제인 알파 리포익산, 코큐텐(CoQ10), 엘 가르니틴(L-carnitine)을 투여하면 미토콘드리아가 다시 회춘 된다. 미토콘드리아의 끊임없는 활동으로 생명이 유지되며 미토콘드리아의 기능이 멈추면 생명이 종료된다. 뇌 세포는 약 140억 개다. 140억의  1000-2000배 숫자의 미토콘드리아가 쉬지 않고 ATP 밧데리를 만들어 낸다.

 



벽돌집은 벽돌로 축조한다. 인체라는 거대한 집은 세포로 구축된다. 생명의 기본 단위, 세포는 핵과 세포질, 세포막 등으로 이루어진다. 전자 현미경이나 위상차 현미경이 도래하여 세포의 입체적 구조와 생리적 기능이 속속들이 밝혀지고 있다.
인체는 약 60조 내지 100조의 세포로 구성되며 이들 세포들은 부락을 이루어 부락마다 각자 고유한 기능을 한다. 세포들은 기능에 따라 형태가 다르지만 기본적으로 모두 동일한 구조를 취한다. 세포 내 구성 구조물 가운데 하나가 미토콘드리아다. 미토콘드리아는 두 개의 막으로 구성된다. 외층 막은 다른 조직 세포 막과 동일한 성격의 구성물이지만 내층 막은 특수한 구성으로 되어 있다. 보통 막과는 달리 단백질이 적은 인지질 구조로써 박테리아처럼 독립기능을 갖는다. 흔히 막이란 외부와 내부의 구분 역할이 중요한 기능이지만 미토콘드리아의 내막은 에너지를 생산하는 초미니 생화학 발전소 역할을 한다.
미토콘드리아는 키위(과일) 형태를 취하여 길쭉한 타원형의 구조이다. 늙은 세포는 물기가 빠져나가 찌그러져 불규칙한 모양으로 바뀐다. 신체가 노화되면 미토콘드리아 숫자도 줄어든다.
한 개의 세포 내에 1000 개 내지 2000 개의 미토콘드리아가 있고 세포내의 12-25 % 의 용적을 차지한다. 심장과 같이 항상 운동을 하는 세포는 미토콘드리아 숫자가 많지만 운동량이 적은 세포는 적은 숫자를 함유한다. 세포 내 미토콘드리아는 정지된 구조가 아니라 시속 200 마일로 끊임 없이 운동하는 기관이다. KTX와 맞먹는 속도다.
세포 내 미토콘드리아 숫자는 고정되지 않고 상황에 따라 증감한다. 잘나가는 회사는 직원을 많이 필요하 고 마치 회사가 잘되면 직원을 더 쓰고 안되면 감원하듯이 상황에 따라서 조정이 되고, 그 수명도 세포와 함께 하는 것이 아니라 반감기가 10일로 단명이다. 세포의 수명은 그 종류에 따라 다양한데 수십 일에서 신경세포같이 만년영생하는 세포도 있다. 미토콘드리아는 황제 격인 세포의 명령에 따라서 하시라도 조정 당하는 불안한 운명에 있으면서 또한 역으로 세포의 운명을 좌우하는 역할을 하고있다. 세포의 자멸프로그램(apoptosis)을 여기에서 조정하고, 인간에게 제일 무서운 질병인 암도 이 기관에서 발생하게 된다.
미토콘드리아 내막의 기능 중에서 제일 중요한 것이 에너지의 생산이다. 뇌세포의 경우는 포도당으로부터 ATP(에너지)를 만들어 내는 데, 만약 산소가 충분한 상황에서는 글루코스(포도당) 한 분자에서 ATP를 38개 만들어 내는데, 산소가 없게 되면 겨우 2개를 만들게 된다. 에너지를 생산하는 생화학반응 과정에서는 위험한 게릴라 역할을 하는 자유기(Free Radical)가 발생된다. 이는 공장에서 폐수나 오염물질이 발생하여 사회문제를 일으키듯이 이 물질은 인체에 해로운 작용을 하게 된다. 젊음의 건강상태에서는 방위군(항산화제)이 작동하여 이 위험해진 자유기들을 청소하여 안정을 되찾는데, 과중한 스트레스가 계속되는 상태에서는 공격을 이기지 못하여 조직의 손상이 오고 병이 생긴다. 미토콘드리아에 있는 핵산(DNA)이 공격을 이기지 못하고 변성을 일으키는 경우 제 멋대로 세포의 진화를 조정하여 암세포가 되는 것이다. 이러한 일련의 현상을 일러 " 세포내 스트레스 " 라고 부른다. 이 스트레스가 얼마나 대단한 정도 인가를 비유하는 것으로 이런 얘기가 있다. 자유기가 조직을 공격하는 양과 속도는 마치 B-52 폭격기가 월남전에서 고공폭격을 계속하는 것과 같은 수준이라고. 그러니 이 공습을 대비해가는 방어군의 스트레스 대처와 방안이 얼마나 눈부신 것인지를 알 수 있다.



항산화 물질

그 작용의 강한 정도로 보면, 미네랄인 셀레니움(Selenium), 비타민 E, 베타카로틴(비타민A), 비타민 C 등이고, 그 외에도 인체 내에는 글루타치온 등 많은 항산화제들이 존재하고 있다. 흥미로운 사실은 늙은 세포에 이런 항산화제를 투여하면 미토콘드리아의 형태와 숫자가 젊은 상태로 복원되는 가역적 변화를 일으킨다는 사실이다. 인체 내에서 미토콘드리아의 핵산을 보호하는 물질에는 지방산(알파-라이포익산), 코큐텐(Co-Q-10),엘-카르니틴(L-Carnitine) 이 있는데, 이들 물질을 외부에서 투여해도 미토콘드리아는 젊은 모양새로 복원한다는 것이다. 이런 실험의 결과는 항산화제를 투여하여 인체의 노화를 예방 내지 복원할 수 있어서 생명연장의 시도가 가능하다는 추정을 하게 만든다. 인간의 수명을 120 세까지 연장하는게 결코 탁상공론이 아니라는 것이다. 미토콘드리아 내부의 기능 중에 또 다른 것에는 칼슘의 항상성 유지활동도 있다.
세포 구성물인 세포질, 라이소좀, 미토콘드리아, 골지체, 핵, 세포막등이 하나의 세포를 만들고, 이들이 모여서 조직을, 그리고는 간장이나 뇌 같은 기관을 형성한다. 기관은 개체를 만들어 한 사람의 인간을 만들고, 개인들은 모여서 가정을 이루고, 단체, 국가, 지구 그런 후에는 태양계, 은하계를 형성한다. 그래서 이 광범위한 시스템을 논하고져 할 때, 우리는 편리상 한 대상의 수준을 정하고(예, 한 사람의 건강을 대상으로 논할 때, 이 의학의 범주는 한 개체로부터 분자수준의 세계까지 병의 원인을 추구한다) 그 범위를 정하여 논하게 된다. 세포는 이 모든 것의 기초를 이루고 있어서 그 생리와 조직을 이해하는 것은 곧 우주를 이해하는 첩경이 되는 것이다.
부처님께서는 이 작은 세계의 비밀을 알지도 못한 채로 어떻게 "無常' 이라는 가르침을 내릴 수 있었는지 모르겠다. 세상만물이 머무름이 없이 항시 변화하고 있다는 관찰은 이제 미토콘드리아의 세계를 통해서도 입증이 되는 셈이다. 인체가 죽지 않은 동안에 이 미토콘드리아의 활동은 끊임없이 지속하며, 생산품을 만들어내는 공장이 전기가 나가면 기계가 멈추듯 이 기관이 영원히 멈추면 세포도 생명도 영원히 쉬게 되는 것이기 때문이다.
지금 글을 쓰고 있는 동안에 내 머리 속의 뇌세포 140억 개의 내부에서는, 140억 곱하기 1000-2000 개의 미토콘드리아가 눈부신 활동을 계속하여 이 글을 써가고 있다. 예수님 부활의 신비보다도 더 내게 실감나게 다가오는 이 미토콘드리아의 신비는 내가 과학도로 살아가는 행운을 가졌기 때문에 빨리 이해할 기회를 갖게 되었다. 그러나 이 신비의 기분을 보다 많은 사람들이 공감하여서 자연계의 신비를 깨닫는데 도움이 되었으면 좋겠다. 생명의 신비에 공감하게 되면 자연의 신비는 저절로 눈떠지고 환경보존의 21세기 만들기에 앞장서게 될 것이기 때문이다.




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