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크리에이터 정관진 제2군단/암환자를 위한 작은정보

[스크랩] 미토콘드리아의 신비

by 크리에이터 정관진 2019. 1. 13.

미토콘드리아의 신비 



건물을 구성하는 최소단위가 벽돌이라고 한다면 이 벽돌에 해당하는 것이 인체에서는 세포이다. 세포내의 구성단위는 다시 핵과 세포질 그리고 세포막 등으로 되어 있다. 현대의학의 눈부신 발전은 세포를 전자현미경이나 위상차현미경 등의 여러 방법들을 동원하여 그 입체적인 구조는 물론 생리적인 활동상태까지를 생생하게 관찰하게 되었다. 자세히 알면 알수록 신기한 자연의 섭리에 놀라게 된다.


인체는 약 60조 내지 100조의 세포로 구성된다. 지구상에 여러 가지 직업의 사람들이 있듯이 세포들에도 여러 가지 종류로 나뉘어서 그 기능들을 담당한다. 예를 들면 세포 약 100개당 하나 꼴의 백혈구는 군인역할을 맡고 외부의 침략군을 퇴치한다. 세포들의 각 기능에 따라서 형태는 다른데 기본적으로 놀라운 기능을 담당하는 세포내기관에 미토콘드리아가 있다.


미토콘드리아는 두개의 막으로 구성되는데 바깥층의 막은 다른 조직에 있는 막과 같은 성격의 구성물이다. 그러나 내부의 막은 대단히 특수한 구성으로 되어 있다. 보통의 막과는 달리 단백질이 적은 인지질의 독특한 구조이다. 하나의 박테리아와 같이 독립기능을 갖는다. 흔히 막이란 외부와 내부의 구분 역할이 중요하나 이 경우는 이 막에서 에너지를 생산하는 초미니 생화학발전소라는 점이 독특한 것이다. 그래서 흔히 미토콘드리아는 인체의 발전소로만 알고 있었으나 최근에 그에 대한 보다 상세한 구조와 기능이 밝혀짐으로서 신비감은 더 구체화된다.


우선 해부학적 구조를 보면 형태는 대체로 과일중 키위의 모양새를 닮았다. 길쭉한 타원형의 구조인데 이 모양새는 늙은 세포에서는 물기가 빠져서 찌그러지거나 길쭉하거나 불규칙한 모양새로 바뀐다. 인체가 물기가 유지되어야 그 형태가 유지되는 것은 당연한 이치이나 이 작은 구조물에서도 물이 그렇게 중요하다는 것이 신기하다. 늙은이의 피부가 쭈그러들듯이 이 구조 역시 변화를 하는 것이다. 늙으면 그 숫자도 줄어든다.

 

미토콘드리아가 세포에서 차지하는 비중은 12~25%


한 개의 세포 내에 미토콘드리아는 몇 개나 존재할까?

얼마 전에 한 생리학 교수에게 물었더니, 확실한 대답을 못했다. 그런데 관심이 없었다는 것이다. 생리학 교수가 모른다면 확실히 이 기관에 대한 최신지견은 매우 흥미로운 새지식이 되는 것이다. 여러 후배의사 들이 모인 자리에서 한번 퀴즈를 냈다, 미토콘드리아가 몇 개나 되느냐고. 한 개? 두개? 몇 개쯤? 그러나 아무도 몇 개정도 이상이라고는 생각하지 않았다. 우리의 의학교육이 얼마나 평면적이고 무지했나를 일깨워 주는 기회였다. 물론 나 자신도 새로운 지견을 알기 전까지는 이것이 세포내에 한 개나 몇 개쯤 있는 것으로 생각했었기 때문이다. 그러나 놀랍게도 1000 개 내지 2000 개나 있어서 세포내의 12-25 % 의 용적을 차지한다는 것이다. 심장세포같이 항상성 운동을 하는 경우에는 많고 운동이 적은 구조에는 적게 있을 것이다. 이런 연구방법은 이 기관에만 흡착되는 염료(Rhodamin 123)를 세포가 살아 있는 상태에서 주입하여 염색을 하고 4 시간 뒤에 해부하는 방법을 썼다고 한다. 이 염색법을 발견하는데 공이 많이 들었을 것이다. 미국의 폴링연구소에서 일하는 젊은 학자의 공로였다( Torry Hagen, 2000). 그런데 더욱 놀라운 사실은 이 기관이 정지된 구조가 아니라 시속 200 마일의 운동 상태에 있다는 사실이다. 이 속도라면 경부고속 철의 속도에 맞먹는 것인데, 미세한 구조물 안에서 그러한 속도감으로 활동을 하고 있다면 도대체 이 세포라는 구조물은 얼마나 대단한 생명체인가를 실감하게 된다.


이 기관의 숫자는 일정 수가 정해진 것이 아니라 마치 회사가 잘되면 직원을 더 쓰고 안 되면 감원하듯이 상황에 따라서 조정이 되고, 그 수명도 세포와 함께 하는 것이 아니라 반감기가 10일로 단명이다. 세포의 수명은 그 종류에 따라 다양한데 수십 일에서 신경세포같이 만년 영생하는 세포도 있다. 미토콘드리아는 황제 격인 세포의 명령에 따라서 하시라도 조정 당하는 불안한 운명에 있으면서 또한 역으로 세포의 운명을 좌우하는 역할을 하고 있다. 세포의 자멸프로그램(아폽토시스apoptosis)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.


항산화작용을 하는 물질들에는 어떤 것이 있을까?

 

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, 세포막 등이 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 논하고자 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.


<글자료> 한국분자교정학회  <글제공> 김종길 신경정신과

출처 : 우리들의 암 치유공작소
글쓴이 : 연구실장 원글보기
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