미토콘드리아가 사라지면 노화가 시작된다??

 

미토콘드리아의 신비

미토콘드리아란 무엇일까요?

인체를 구성하는 최소단위인 세포 안에는 핵과 골지체 외에 미토콘드리아라는 소기관이 있습니다. 미토콘드리아는 주로 몸의 기능을 유지하고 장기와 기관을 구성하는 에너지를 생산하는 역할을 담당합니다. 인간 사회에 비유한다면 한 나라의 정책을 살피는 장관 역할을 하는 셈입니다. 이외에도 미토콘드리아의 유전자는 사람을 판별하거나 질병을 진단하는 데 큰 몫을 하고 있습니다.

미토콘드리아는 거의 모든 세포에 존재합니다. 산소를 사용해 에너지를 만들 수 있기 때문에 작은 발전소에 비유되기도 합니다. 하나의 미토콘드리아에서 생산하는 에너지양은 미미하지만, 하나의 세포에는 200개에서 1,000개 정도의 미토콘드리아가 존재합니다. 또한 인간은 약 60조 개의 세포로 구성되므로 사람 한 명에게 존재하는 미토콘드리아의 수는 조 단위를 넘어 경 단위에까지 이릅니다. 이렇듯 인체의 미토콘드리아 전체에서 생산되는 에너지의 총량은 막대합니다. 우리가 건강하게 활동할 수 있는 것도 많은 에너지를 공급해 주는 미토콘드리아 덕분입니다.

미토콘드리아는 산소를 이용한 호흡 방식을 통해 많은 에너지를 얻을 수 있는데 보통 여기에 큰 문제가 있습니다. 바로 산소를 이용해 에너지를 얻으려면 활성 산소에 의한 산화의 심각한 부작용이 있다는 것입니다.

 

 

 

미토콘드리아는 산소를 이용하여 에너지를 생산하는 작은 발전소와 같습니다. 그러나 그 생산 과정에서는 산소 자유라디칼(활성산소와 비슷한 개념)과 같은 과격한 분자도 동시에 만들어집니다.

산소 자유라디칼(활성 산소)은 생성되면 먼저 미토콘드리아의 DNA를 손상합니다. 게다가 가까이에 있는 미토콘드리아의 내막에 파묻힌 단백질 복합체와 막 지질에도 손상을 입힙니다. 다행히 손상된 내막과 단백질 복합체가 축적되는 경우는 드물다고 합니다.

손상된 DNA는 복구될 수 있지만 그 과정에서 돌연변이가 생길 수 있습니다. 미토콘드리아의 돌연변이가 축적되면 죽음으로 이어지는 돌연변이를 유발하는 ‘오류재해’가 발생합니다. 결국 세포분열을 일으키는 힘이 없어지고, 세포가 수명을 다하면서 노화가 시작되는 것입니다.

학계에 ‘세포자살’이라는 현상을 일으키는 주범이 미토콘드리아라는 것이 밝혀졌습니다.

‘세포자살’ 이론은 유전자 변이가 많이 축적된 DNA를 스스로 도태의 길로 선택하게 하여 자연적으로 소멸하게 하는 현상을 말합니다.

우리 몸 안에 미토콘드리아의 수가 많다 보니 변이가 된 수백 개 정도의 DNA를 정상으로 복구하기보다 아예 없애는 편이 간단하므로 ‘세포자살’을 유도합니다. 그래서 우리 몸 안에는 DNA 변이의 축적량이 많지 않을 수 있습니다.

이런 미토콘드리아의 기능이 정상적으로 돌아가야 우리는 노화를 더디게 할 수 있고, 질병을 피할 수 있습니다.

 

세포의 레드카드와 옐로카드

미토콘드리아 DNA 손상과 세포 자살에 대해 알기 쉽게 축구에 비유해봅시다.

한 축구선수가 반칙해서 심판에게 옐로카드를 받았다면 벌칙을 받았더라도 경기는 뛸 수 있습니다. 그러나 레드카드를 받으면 바로 퇴장하게 됩니다.

여기서 옐로카드를 받은 선수는 약간 손상을 입은 미토콘드리아의 DNA이고 레드카드를 받은 선수는 세포자살을 일으킨 DNA와 같습니다.

옐로카드를 두 장 받게 되면 퇴장해야 하기 때문에 축구선수는 경기에서 마음껏 기량을 펼치지 못할 수 있습니다. 이처럼 약간의 손상을 입은 미토콘드리아고 활동은 할 수 있지만, 왕성하게 에너지를 생산하기는 힘들어집니다.

손상이 심해진 미토콘드리아 DNA는 다음 미토콘드리아를 생성하지 못하고 세포자살을 하고 맙니다. 이와 같은 상황은 축구선수가 레드카드를 받아 즉시 퇴장당해 다음 경기에도 출전할 수 없는 것과 같습니다. 게다가 퇴장 선수가 소속된 팀은 10명의 정원으로 상대 팀 11명과 경기를 치러야 합니다.

미토콘드리아도 기능이 저하되거나 소멸하면 에너지가 부족한 상황에 부닥치게 됩니다. 한 선수가 바진 상태로 시합하면 기력이 달리고 능률도 떨어지는 것처럼 인간의 세포도 에너지 부족 상태가 되면 점차 노화가 진행됩니다. 축구에서 선수 다섯 명이 퇴장당하면 시합이 끝나는 것처럼 인간의 세포도 마찬가지로 데드라인이 정해져 있습니다. 그것이 바로 노화로 인한 죽음입니다.

 

노화를 근본적으로 늦추는 방법은 미토콘드리아를 일하게 하는 것입니다. 에너지를 풍족하게 하여 노화의 진행을 멈추게 해야 합니다. 에너지가 풍족하다면 생명 유지에 필요한 기초대사 외에도 다양한 방면에서 에너지를 사용할 수 있습니다. 따라서 노화의 진행을 늦추고 젊음을 유지할 수 있습니다. 미토콘드리아가 늘어나면 에너지를 효율적으로 쓸 수 있고 풍부한 에너지도 얻을 수 있습니다.

에너지는 축적할 수 없으므로 항상 필요한 만큼만 생산해야 하는데 이 과정을 뒷받침하는 것이 미토콘드리아를 활성화하는 유산소 활동입니다.

 

 

 

 

암의 원인은 활성 산소 때문이다.

보통 암의 원인은 아직 정확히 밝혀지지 않았지만 발암 유전자나 암 억제 유전자에 이상이 거듭되면서 무질서한 세포분열을 촉발하는 것으로 추측하고 있습니다.

암처럼 눈에 띄는 질환은 세포핵 내부 DNA에 이상이 생겨서 발생합니다.

DNA 이상을 일으키는 가장 큰 원인은 미토콘드리아에서 발생한 산소 자유라디칼(활성 산소) 입니다. 노화가 진행되면서 미토콘드리아에서 산소 자유라디칼(활성 산소) 누출이 증가하면 세포핵 내부의 DNA가 손상됨에 따라 암과 같은 유전자 질환이 발생할 확률이 높아집니다.

동맥경화 역시 핵 내부 DNA의 손상과 관계가 있을 가능성이 있습니다. 최근 유전자에 대한 해성 연구가 나날이 진보하고 있는데 다양한 유전적 다형성이 중복해서 일어나면 동맥경화의 진행이 상당히 빨라진다는 점이 밝혀졌습니다. 또한 유전자 변이도 동맥경화를 일으키며 뇌경색 및 심근경색의 발병에도 큰 영향을 미칩니다.

암을 비롯한 뇌졸중, 심근경색과 같은 질병은 위와 같은 원리에 의해 노화를 동반하여 증가합니다. 미토콘드리아의 손상은 산소 자유라디칼(활성 산소)을 증가시킴으로서 급격하지는 않더라도 서서히 변이하여 노화를 일으킵니다. 그리고 동시에 핵 내부의 인간 DNA가 손상될 확률을 높여 눈에 보이는 다양한 질환을 일으킵니다. 결과적으로 모든 문제의 열쇠는 미토콘드리아에서 누출된 산소 자유라디칼(활성 산소)에 있다고 볼 수 있습니다.