미토콘드리아(Mitochondria)

 인체를 이루고 있는 기본단위는 세포이며, 인체는 약 60조의 세포를 갖고 있다. 따라서 건강하기 위해서는 인체를 이루고 있는 세포 하나하나가 자기의 역학을 충분히 해주어야 한다.

 세포 안에는 세포핵을 중심으로 미토콘드리아, 리소좀, 골지체, 세포질 등, 여러 가지 기능별로 구분이 되는 물질들로 구성된다. 세포를 이루고 있는 물질들이 모두 정상이어야 하는 것은 틀림없으나, 그중에서도 가장 중요한 것은 미토콘드리아의 상태이다. 

 

1. 미토콘드리아(Mitochondria)의 구조

 위에서 인체를 이루는 기본단위는 세포라고 하였으나, 분자생물학이나 세포생물학의 견지에서는, 세포는 하나의 커다란 공장이라 할 수 있다. 이는 창조주께서 인간 및 모든 생물을 창조하실 때 얼마나 세밀히 만드셨는가를 상상할 수 있게 한다. 모든 세포들이 세포 안에 똑같은 숫자의 미토콘드리아를 갖고 있는 것은 아니다. 지방세포와 같이 활동을 하지 않는 세포에는 미토콘드리아의 숫자가 적지만, 심장이나 뇌와 같이 활동을 많이 하는 세포에는 하나의 세포에 1000-2000 개의 미토콘드리아가 존재한다. 따라서 세포 안에서 미토콘드리아가 차지하는 부피도 전체의 12-25% 정도나 된다. 세포에 따라서 커다란 미토콘드리아를 갖고 있을 수도 있으며, 형태가 다른 미토콘드리아를 갖고 있을 수도 있다. 

 미토콘드리아의 수명도 세포와 함께 하는 것이 아니라, 대부분은 반감기가 10일 정도로 단명이다. 세포의 수명은 다양하다. 종류에 따라서 수십일 밖에 못사는 세포가 있는가 하면, 뇌의 신경세포같이 영생을 하는 세포도 있다. 그러면서도 세포핵 유전자의 지시를 받는 것이 아니라, 미토콘드리아 자체의 유전자를 따로 갖고 있으면서 전체 세포에까지 영향을 준다. 

 세포벽이나 리소좀, 골지체, 핵 등, 모든 막을 구성하고 있는 성분 중 가장 중요한 것은 인지질(Phospholpid)이다. 미토콘드리아도 외벽과 내벽으로 이루어져있다. 외벽이나 내벽을 구성하고 있는 성분들 중에서도 가장 중요한 것은 역시 인지질이다. 특히 기능상 외벽보다는 내벽이 중요하므로 내벽이 정상상태로 보존되어야 한다. 

 

 2. 미토콘드리아의 기능

 미토콘드리아는 힘을 만들어내는 공장(Power plant)이다. 음식을 통하여 흡수된 탄수화물, 단백질, 지방을 연료로 하여 에너지를 생산한다. 연료를 태워서 에너지를 만들 때 산소가 필요하듯이, 미토콘드리아도 에너지를 생산하기 위하여 산소를 필요로 한다. 때문에 체내로 흡수되는 산소의 90%를 미토콘드리아에서 소모시킨다. 그러나 모든 미토콘드리아가 똑같은 연료를 사용하는 것은 아니다. 뇌신경세포의 미토콘드리아는 포도당(Glucose)만을 연료로 사용한다. 뇌에는 140억 개의 신경세포가 있다. 체내에 존재하는 60조의 세포에 비하면 아주 적은 양이지만, 뇌의 활동은 대단한 에너지를 필요로 하기 때문에 혈액의 당 중 50%를 뇌신경세포의 미토콘드리아가 소모시키며, 흡수되는 산소의 20% 정도를 소모시킨다. 정상의 뇌세포는 한 분자의 포도당에서 38 분자의 ATP를 생성하므로, 몸 전체의 ATP의 15-20%를 생성하게 된다. 

 두 번째로 중요한 미토콘드리아의 기능은 세포와 조직에서 행해지는 칼슘의 생체항상성기능(Calcium-homeostasis)이다. 인체 내에서 칼슘은 단순히 뼈나 치아의 구성성분으로만이 아니라, 생명을 유지하기 위해 대단히 중요한 성분이다. 생명을 유지하기 위하여 가장 중요하 것은 혈액인데, 혈액은 전해질의 균형으로 PH 7.35-7.45를 유지해야 건강할 수 있다. 이를 유지하기 위해 미네랄 중 가장 중요한 역할을 담당하는 것이 칼슘이다. 이런 차원에서 생각할 때 미토콘드리아가 칼슘의 생체항상성을 유지한다는 것은 생명체를 지키는 본질이라 할 수 있다. 

 세 번째로, 면역기능에 대한 미토콘드리아의 역할이다. 인체의 세포는 뇌신경 세포처럼 처음 만들어진 상태로 영생을 하는 세포들이 있는가하면, 일반조직세포처럼 계속 분열해서 새로운 세포가 만들어지면서 한편으로는 죽어 가는 사용된 세포들도 있다. 예를 들면, 피부의 가장 외측에 있는 각질층(Stratum corneum)은 세포핵이 없는 죽은 세포이다. 이 각질층은 피부의 내피에서부터 차츰 성장하여 저절로 죽어 가는 현상으로 계획적인 죽음(Programmed cell death)이라 한다. 이 계획적인 죽음에 대한 메커니즘은 인체 유전자에 그 비밀을 간직하고 있다. 인체는 자체의 면역력을 위하여, 계획적인 죽음의 기전 안에 에이포토시스(Apoptosis)라는 기능도 갖고 있다. 에이포토시스란 체내의 세포 중, 어느 세포가 정상의 기능을 벗어나면서 제 기능을 발휘하지 못할 때, 그 세포를 죽여 버리는 현상을 말한다. 이 현상은 인체가 어떤 질환(특히 퇴행성 질환)에 걸리려 할 때, 자체적으로 예방할 수 있는 제일 중요한 기능이다. 에이포토시스의 기능을 발휘하는 것도 바로 미토콘드리아이다. 

 

3. 미토콘드리아의 변질

 미토콘드리아의 구조나 기능으로 볼 때, 미토콘드리아의 변질은 인체에 치명적 사건이라 할 수 있다. 미토콘드리아는 노화할 때 어떤 현상이 나타나는가? 젊은이의 피부와 노인의 피부는 탄력에서부터 구분되어진다. 피부탄력의 기본은 피부세포와 표피가 함유하고 있는 수분에 따라 결정된다. 세포 안의 미토콘드리아가 노화될 때도 마찬가지로 수분이 감소되면서 변한다. 때문에 노화된 미토콘드리아의 수분 함량은 뼈에 함유된 수분의 양과 비슷해진다. 이렇게 수분이 부족한 미토콘드리아는 쉽게 부스러질 수 있으며, 자기 본래의 기능을 상실하게 된다. 따라서 노화를 늦추기 위해서는 세포 내에서, 특히 미토콘드리아의 수분대사가 잘 이루어지도록 하여야 한다. 인체가 노화된다는 것은 바로 미토콘드리아의 변질을 뜻하며, 수분의 부족현상 외에도 가장 중요한 원인으로는 유리기(Free radical)에 의한 공격이다.

 미토콘드리아의 유전자(DNA)는 세포의 유전자보다 감수성이 훨씬 더 예민하다. 때문에 유리기의 공격을 받는다면 세포의 유전자보다 10-17배정도 더 빨리 파괴될 수 있다.  또한 미토콘드리아는 주로 단백질과 인지질(Phospholipid)로 이루어져 있으며, 구조적으로 외피보다는 내피의 상태가 더 중요하다. 그것은 내피의 기능이 에너지를 생산할 때, 프로톤 펌프(Proton pump)의 역할로 전자를 움직이게 하여 ATP(Adenosine triphosphate)를 합성하기 때문이다. 내피의 중요한 부분인 인지질은 유리기의 공격에 특히 약하기 때문에, 노화된 세포에서는 하나의 세포 안에서 활동하고 있는 1,000-2,000개의 미토콘드리아 중에서 과연 몇% 정도가 정상으로 활동할 수 있느냐가 문제가 된다.

 미토콘드리아에서 에너지가 생산될 때도 유리기는 만들어진다. ATP가 분해되면서 하이포키산틴(Hypoxanthine)이 키산틴(Xanthine)으로 변화되는 과정에서 퍼옥사이드 디스뮤타제(Superoxide dismutase)라는 체내에서 만들어지는 효소에 의해 과산화수소로 변화된다. 변화된 과산화수소는 다시 산소와 물로 바뀌면서 슈퍼옥사이드 유리기는 해결이 된다. 그러나 인체는 노화되면서 뇌와 조직에 구리(Cu)와 철(Fe)이 축적되는 현상을 나타낸다. 과산화수소가 물과 산소로 바뀌는 과정 중에, 구리나 철을 만나게 되면 수산화기(Hydroxyl)라는 유리기로 변하게 되며, 이는 인체에 나쁜 영향을 미치는 강력한 유리기이다. 따라서 구리와 철이 체내에 축적되는 경우 노화현상은 더욱 가속화된다. 

 정상의 미토콘드리아 기능은 포도당(Glucose) 한 분자로부터 38개의 ATP를 생성한다고 하였다. 이때의 조건은 완전한 혈액순환과 충분한 산소의 공급이 있어야 한다. 그러나 노화되거나 비정상의 미토콘드리아는 포도당 한 분자로부터 겨우 2개의 ATP만을 생성하는 경우도 있다. 물론 이 경우에도 산소를 필요로 하는 것은 마찬가지이므로, 비정상의 미토콘드리아를 갖고 있다면, 다른 사람과 같은 양의 산소로는 필요한 에너지를 생산할 수 없으므로 숨이 가쁘면서도 충분한 에너지를 생산하지 못하게 된다. 

 

4. 미토콘드리아의 정상적 기능을 위한 처방

 2000년 4월에 개최된 29차 국제분자교정학회 학술대회에서 Dr. Tory Hagen (미국 오리건 주립대학, 라이너스폴링 연구소, 교수)은 노화이 가장 큰 원인은 미토콘드리아에 대한 유리기(Free radical)의 공격이라고 하였다. 따라서 노화를 지연시킬 수 있는 방법은 유리기로부터의 공격을 방어하는 것이라고 한다. 

 유리기의 공격을 방어할 수 있는 것은 항산화제이다. 우리가 흔히 알고 있는 항산화제들은 비타민 A, C, E, 그리고 셀레늄(Selenium) 등이다. 물론 체내에 이런 종류의 항산화제들은 기본적으로 부족하지 않아야 한다. 그 외에도 에너지 생산 등, 모든 대사를 원활하게 해 줄 수 있는 비타민 B 그룹도 부족함이 없어야 한다. 그러나 이것들만 가지고 미토콘드리아가 유리기의 공격을 물리치고, 자신의 역학을 충분히 해낼 수 있는 것은 아니다. 

 에너지를 생산하기 위해서는 지방(Fat)도 연료로 사용된다고 하였다. 그러나 지방이 스스로 미토콘드리아의 용광로 안으로 걸어 들어가는 것은 아니다. 이를 운반하여주는 물질이 있는데, 이를 엘-카르니틴(L-Carnitine)이라 한다. 엘-카르니틴 조직이나 세포에 있는 지방의 연료를 미토콘드리아 안으로 운반하여 연료로 사용토록 해줄 뿐만 아니라, 다른 대사에도 도움을 주며, 최근 동물실험을 통해서 스태미나를 좋게 하여 준다는 실험결과도 있다고 한다. L-Carnitine보다 더 작용이 강한 것은 Acetyl-L-carnitine이다. 세포막이나, 리소좀, 골지체, 핵막 등, 모든 막의 구성성분 중에서 중요한 부분은 인지질이라고 하였다. 인지질은 PLA2(PhospholipaseA2) 등의 효소에 의해 분해될 수 있다. 이때 필요 없는 찌꺼기는 빨리 태워서 제거시키는 것이 신경전달 및 모든 대사기능을 위해 필요한 방법이다. 이를 위해서도 엘-카르니틴의 기능은 대단히 중요하다. 

 위에서 열거한 항산화제들 외에도 여러 가지의 항산화제가 있다. 특히 알파-리포인산(Alpha-Lipoic acid)이라는 항산화제는 효력이 강하다. 슈퍼옥사이드를 해독시키면서 생성되는 물질은 과산화수소이며, 과산화수소는 물과 산소로 바뀌게 되는데, 이 과정에서 구리와 철을 만나면 수산화기로 바뀐다. 이 때 알파-리포인산은 구리나 철의 작용을 막아주므로 정상의 대사로 진행시킨다. 그 밖에도 에너지 생산을 위해 크레브스회로(Krebs cycle)에서 전자의 이동을 위해 필요한 유비퀴논(Co-enzyme Q10)도 미토콘드리아의 기능을 위해서는 반드시 필요한 성분이다. Hegen 박사의 연구보고에 의하면, 위의 처방을 사용한다면 평균수명은 최소한 10년 정도 더 증가할 뿐 아니라, 삶의 질도 향상된다고 하였다.