마이토콘드리아가 하는 너무나 중요한 역할

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진핵생물로 분류되는 동식물의 세포에는 핵 주변에 마이토콘드리아(단수는 마이토콘드리온)라는 매우 특별한 기능을 가진 세포의 소기관(organelle)이 있다. 2중의 막으로 둘러싸인 마이토콘드리아는 포도당을 분해하여 ATP(adenosine triphosphate)라 부르는 큰 에너지를 발생하는 분자를 만든다. ATP 분자는 세포(생명체)의 생존과 활동에 필요한 힘이 되며, 여분의 ATP는 세포 속에 저장되기도 한다. 이런 역할 때문에 마이토콘드리아는 ‘세포 속의 발전소’라 불리기도 한다.

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세포 속에는 다수의 마이토콘드리아가 있으며, 생물의 종과 세포의 종류에 따라 모양과 존재하는 수가 다르다. 이들의 크기는 대개 0.75-3μm이다. 세포 내부에 흩어져 있는 여러 가지 작은 입자(소기관)를 세포소기관(organelle)이라 하는데, 마이토콘드리아는 대표적인 세포소기관이다. 외막(outer membrane)과 내막(inner membrane)으로 둘러싸인 마이토콘드리아는 핵이 아니지만 특별한 역할을 하는 작은 염색체를 따로 가지고 있다. 세포 안에 마이토콘드리아라는 소기관이 존재한다는 사실은 1857년 스위스의 과학자 쾌리커(Albert von Kőlliker 1817-1905)가 처음 밝혀냈다.

 

 

 

 

동물세포에는 세포벽이 없고 세포막만 있으며, 엽록체와 액포가 없다.

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식물세포에는 세포막 바깥에 세포벽이 있고, 광합성을 하는 엽록체가 있으며, 커다란 액포(vacuole)가 있다.

 

 

동식물이 자라고 활동(생존)하는데 필요한 에너지는 모두 이 마이토콘드리아에서 생성되는 ATP로부터 나온다. 생명체의 세포 속에 들어있는 마이토콘드리아의 수는 조직의 세포에 따라 다르다. 에너지를 많이 내야 하는 근육, 간, 신장, 뇌 등의 세포에는 다수가 있고, 적혈구와 같은 세포에는 없다. 특히 간세포 하나에는 약 2,000개의 마이토콘드리아가 있다.

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간세포에 마이토콘드리아가 이렇게 많은 이유는 간의 역할이 500여 가지나 될만큼 많기 때문이다. 붉은색으로 보이는 간에는 항상 전체 혈액 양의 13%가 흐르고 있으며, 위장과 창자에서 나오는 혈액은 전부 간을 먼저 통과한다.

 

 

왜 마이코콘드리아는 핵이 아니라 세포 속에 존재할까?

진핵생물의 유전물질인 염색체(DNA)는 전부 핵 속에 있다. 그러나 신비하게도 마이토콘드리아에도 소량의 DNA가 있다. mtDNA라불리는 이런 DNA는 따로 ‘마이토지놈’(mitogenome)이라 한다. 마이토지놈은 원핵생물인 박테리아가 가진 DNA와 닮았다.

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마이토콘드리아가 왜 진핵생물의 세포에만 존재하는지 그 이유는 확실히 모른다. 그러나 많은 과학자들은 진화가 시작되던 생명 탄생 초기에 어떤 박테리아가 다른 박테리아의 세포 속에 들어가 공생하게 되면서 진핵생물이 탄생하게 되고, 거기서 마이토콘드리아로 진화했을 것이라는 생각을 한다.

 

 

 

 

세포 속에 다른 세포가 공생하는 것은 실제로 볼 수 있다. 단세포 미생물인 짚신벌레 종류 중에 파라메슘 부르사리아(Paramecium bursaria) 종류의 세포 속에는 영상처럼 광합성을 하는 다수의 단세포 녹조류인 클로렐라가 공생하고 있다. 부르사리아는 크기가 80-150μm이고, 이들은 1개의 짚신벌레 속에 700개 정도나 공생하기도 한다.

 

 

왜 인간 세포의 마이토콘드리아는 어머니로부터 온 것인가?

생명체의 첫 발생은 난세포와 정자세포가 수정하면서 시작되는데, 난세포에는 마이토콘드리아가 있지만 정자 세포에는 핵만 있다. 그러므로 모든 사람의 세포에 존재하는 마이토콘드리아는 전부 모계로부터 내려온 것이다. 그러므로 마이토콘드리아의 근원을 추적해가면 인류의 조상에까지 가게 된다. 그래서 인간의 마이토콘드리아는 ‘이브 마이토콘드리아’(mitochondrial eve)라 부르기도 한다. 인간의 마이토콘드리아에 숨겨진 신비는 큰 신비의 하나이다.

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어머니로부터 유전된 mtDNA에는 37개의 유전자가 있다. 그 유전자는 세포 속에서 일어나는 화학변화, 호르몬과 스테로이드의 조절 등에 관여하며, 기타의 자세한 기능은 연구 중에 있다. 생명체의 기원과 진화는 물론이고 생명체 신비를 연구하려면 마이토콘드리아의 구조와 화학적 기능 및 유전적 기능을 분자 수준에서 세세히 조사해야 한다. 오늘날 생리화학에서는 마이토콘드리아에 대한 연구가 복잡하게 이루어지고 있다. - YS

 

 

 

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