당신의 몸을 지배하는 미토콘드리아! 생명발전소를 젊게하는 방법은?

세상의 숨은 지배자! 미토콘드리아가 알고 싶다.

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생명은 세포 탄생으로 시작됐고, 당신 몸엔 약 37조 개 세포가 있다. 세포는 조직을 이뤄 계통을 만들고 몸을 이룬다. 몸은 곧 당신이다. 당신은 뇌와 신경계에 의해 조절되지만 제 아무리 중추신경계가 몸을 지배한다 하더라도, 이것이 없으면 몸의 모든 기능은 상실되고 말 것이며 생명은 다할 것이다. 그래서 닉 레인은 이것을 “세상의 숨은 지배자”, “진화의 숨은 지배자”로 표현하기도 했다.

미토콘드리아 – 세포 속에 들어 있는 작은 발전소, 이 작은 발전소가 우리 삶을 조절하는 방식은 놀랍기만 하다.

– 닉 레인의 <미토콘드리아> 중에서

미토콘드리아는 ‘생명 발전소(Powerhouse)’ 혹은 세포 발전소로 불린다. 이유는 당신이 하루 종일 쓰는 에너지의 거의 전부를 ATP 형태로 생산하기 때문이다. ATP(Adenosine Triphosphate)는 아데노신에 인산기가 3개 달린 유기화합물로 아데노신3인산이라고도 한다. 이는 모든 생물의 세포 내에 존재하며 에너지 대사에 매우 중요한 역할을 한다. 당신이 섭취한 음식물은 영양소로 분해되고 다시 에너지로 전환된다. 몸이 최종적으로 사용하는 에너지가 바로 ATP인 것이다. ATP 한 분자가 가수분해를 통해 다량의 에너지를 방출해야 당신이 존재할 수 있다. 

만약 미토콘드리아가 없거나 ATP가 체내에 없다면 어떻게 될까? 당신은 죽는다.

미토콘드리아의 신비
미토콘드리아(Mitochondria)는 사립체라 불리며 단수는 ‘Mitochondrion’로 ‘실’을 뜻하는 ‘mitos’와 ‘과립’을 뜻하는 ‘chondros’의 합성어다. 미토콘드리아 겉모습은 세균과 닮았는데, 겉만 그런 것이 아니다. 미토콘드리아는 한때 독립생활을 하던 진짜 세균이었으며 더 큰 세포 안에서 적응하게 된 것은 약 20억 년 전의 일이다.

미토콘드리아는 다른 세포와 달리 이중막을 가진 타원형의 세포 소기관으로 외막으로 형태가 유지되고 내막은 크리스테(Cristae)로 불리는 소엽 또는 관 모양으로 접혀 있다. 내막의 안쪽에는 미토콘드리아 기질(Mitochondrial Matrix)이라 불리는 구획이 있어서 효소, 리보솜, 과립, DNA를 가지고 있다.

미토콘드리아 기질(Matrix)은 번식 가능한 암컷 동물이라는 뜻이다.
미토콘드리아 기질(Matrix)은 번식 가능한 암컷 동물이라는 뜻이다.

Matrix는 ‘번식 가능한 암컷 동물’이라는 뜻이 있다. 그래서 발전소 대신 ‘미토콘드리아 이브(Mitochondrial Eve)’로 불리기도 한다. 미토콘드리아 이브는 모든 인류의 가장 최근 공통조상으로 추정되기도 한다. 외막과 내막 사이에는 막사이 공간(Intermembrane Space)이 있는데 이곳에서 ATP 합성을 위한 주요 기능을 수행한다.

모계를 따라 올라가면서 유전물질을 추적하면, 다시 말해 어머니의 어머니, 또 그 어머니의 어머니 이런 식으로 계속 아득히 먼 옛날로 거슬러 올라가면 미토콘드리아 이브가 있다. 모든 어머니들의 어머니인 미토콘드리아 이브는 약 17만 년 전 아프리카 대륙에 살았던 것으로 추정되어 ‘아프리카 이브(African Eve)’라는 이름으로 불린다. 유전학적인 조상도 같은 방법으로 추적할 수 있는데, 그 이유는 모든 미토콘드리아에 들어 있는 미량의 유전자 때문이다.

– 닉 레인의 <미토콘드리아> 중에서

미토콘드리아의 독특한 특징
미토콘드리아에는 2가지 독특한 특징이 있다. 첫 번째 특징으로 과거에는 독립된 생명체였다는 것을 알리는 표식처럼 미토콘드리아 고유의 DNA를 가지고 있다. 미토콘드리아가 기질에 리보솜과 함께 미토콘드리아 DNA를 가지고 있다는 것은 자신이 필요한 고유의 단백질을 일부 만들 수 있다는 것을 의미한다.

왜 다른 세포기관이 아닌 미토콘드리아에서만 이런 일이 일어날까? 이름만으로도 딱딱함이 묻어나는 원생생물 내공생설(Prokaryotic endosymbiont theory)에 따르면 미토콘드리아는 수백만 년 전에 세포로 침입한 세균의 후손이다. 세균은 곧 숙주와 서로 이로운 관계로 발전시켰고 이어 숙주세포에게 필수적인 구성요소가 되었다.

이러한 이론을 뒷받침하는 증거는 미토콘드리아가 핵에서 발견되는 것과는 다르게 주로 세균에서 발견되는 유형과 유사한 DNA, RNA와 이에 관련된 효소들을 가지고 있다는 사실이다. 이렇듯 미토콘드리아와 숙주세포 사이의 오랜 관계가 에너지, 성, 번식력에서 세포자살, 노화, 죽음에 이르는 생명 구조를 이뤄냈다. 한마디로 세상의 숨은 지배자이자 당신의 몸을 지배하고 있는 것이다.

미토콘드리아는 원시 진핵세포 속에 공생하던 산소원핵생물(Aerobic prokaryote, 세균 Bacteria)이 진화한 것으로 믿어지고 있다. 이 가설은 사립체가 자신만의 독자적인 유전체(Genome)를 가지고 있다는 사실, 분열에 의해 수가 늘어난다는 사실, 구조단백질의 일부를 직접 생산한다는 사실 등으로 뒷받침된다.

– <조직학 5판> 중에서

미토콘드리아는 세상의 숨은 지배자이다.
미토콘드리아는 세상의 숨은 지배자이다.

두 번째 독특한 특징으로 미토콘드리아가 속해 있는 세포가 세포분열을 하지 않을 때에도 미토콘드리아가 자신을 복제할 수 있는 능력을 가지고 있다는 것이다. 미토콘드리아 복제는 커진 부모 미토콘드리아가 작은 딸 미토콘드리아를 분열시키는 출아(Budding) 방법에 의해 일어난다.

미토콘드리아의 자가 복제 능력으로 인해 당신이 왜 근육 운동을 해야 하는지, 그리고 이를 통해 왜 100년 쓸 건강한 몸을 만들 수 있는지 알 수 있다. 규칙적인 근육 운동은 에너지를 필요로 한다. 이때 근육 세포는 미토콘드리아의 수를 증가시켜 늘어난 ATP에 대한 수요를 충당한다. 결국 운동으로 근육이 강화되면 미토콘드리아의 크기와 수가 늘어나 혈액 속의 더 많은 지방을 연소하면서 에너지 소비가 늘어나 몸이 건강해지는 것이다.

영화 <스타워즈>에서 포스(Force)의 원천으로 미디클로리언은 미토콘드리아를 빗댄 것이다.
영화 <스타워즈>에서 포스(Force)의 원천으로 미디클로리언은 미토콘드리아를 빗댄 것이다.

이처럼 미토콘드리아의 중요성은 당신이 상상하지 못했을 정도로 중요하다. 만약 미토콘드리아의 노예화가 없었다면 우리 모두는 지금 단세포 생물인 세균을 벗어나지 못했을 거라고 과학자들은 이야기한다. 오늘날 선사인류학, 유전질환, 세포자살, 불임, 노화, 생체에너지학, 성, 진핵세포를 다루는 다양한 연구 분야의 중심에는 미토콘드리아가 있다.

그리고 영화 <스타워즈>에서 언급된 미디클로리언(Midi-Chlorians)은 스타워즈 세계에서 제다이의 잠재력을 발휘하도록 하는 요소이다. 모든 생명체의 세포 내부에 존재하는 미생물로 양에 따라 그 생물의 포스(Force) 능력이 결정된다고 하는 미디클로리언은 사실 미토콘드리아를 빗댄 미생물이다. 분명한 것은 미토콘드리아의 크기가 크고, 그 수가 많다는 것은 그만큼 몸에 활기가 넘친다는 것이다.

미토콘드리아는 어디에 많을까?
특정 세포에서 미토콘드리아 수는 세포의 에너지 필요량에 따라 달라진다. 많은 에너지를 사용하는 근육 세포는 지방 세포에 비해 더 많은 수의 미토콘드리아를 가지고 있다. 세포마다 평균 300~400개씩 들어 있으며 몸 전체로 따지면 그 수가 모두 1경 개에 이른다. 복잡한 세포에는 반드시 미토콘드리아가 들어 있다.

지방은 색깔로 구분하면 백색, 베이지색, 갈색 지방 있다. 그리고 지방에 따라 미토콘드리아 숫자가 다르다. 흔히 우리가 알고 있는 지방은 백색 지방으로 섭취한 음식이 몸속에서 에너지원으로 쓰이고 남아 저장된 것이다. 비상 상황에서 에너지원이 되고 물리적 충격을 흡수하는 역할을 하지만 지나치게 많으면 비만과 각종 성인병 등을 유발한다. 그래서 지방은 나쁜 것으로 오해받기도 한다.

반면 갈색 지방은 과도하게 섭취한 칼로리를 열로 분해하는 역할을 해 ‘지방을 태우는 지방’으로 불린다. 근육 세포와 같은 줄기세포에서 유도된 것으로 알려져 있다. 갈색 지방 세포는 갈색을 띠는데 이는 철을 함유한 미토콘드리아가 백색 지방 세포에 비해 많기 때문이다. 갈색 지방은 태생기에 주로 존재하며 출생 후 10년 내에 소실되며 성인의 8%에서만 발견된다. 그렇다고 실망할 필요는 없다. 베이지색 지방이 갈색 지방 역할을 하게 만들면 된다. 어떻게 활성화시킬 수 있을까?

백색 지방에 비해 갈색 지방에 미토콘드리아가 많다. 지방 방울 역시 백색이 하나(홑칸, Unilocular), 갈색 지방은 여러 개(믓칸, Multilocular)로 이루어져 있다.
백색 지방에 비해 갈색 지방에 미토콘드리아가 많다. 지방 방울 역시 백색이 하나(홑칸, Unilocular), 갈색 지방은 여러 개(믓칸, Multilocular)로 이루어져 있다.

베이지색 지방은 성인 대부분이 가지고 있는 지방으로 캡사이신(Capsaicin) 성분이 풍부한 고추를 규칙적으로 먹으면 활성화시킬 수 있다. 매운 음식을 먹었을 때 땀이 나는 이유도 베이지색 지방이 에너지를 연소하면서 열을 내기 때문이다. 이 외에도 캡사이신은 혈관을 확장시켜 혈행을 원활하게 하고 위를 자극하여 소화액 분비를 촉진하는 작용을 한다.

그리고 운동을 하면 베이지색 지방을 활성화시키는 호르몬인 아이리신(irisin)이 근육에서 나온다. 운동 호르몬이라고 불리는 아이리신은 짧은 시간에 고강도로 운동을 하기보다는 장시간 낮은 강도로 운동할 때 많이 분비된다. 그리고 냉수로 샤워를 하거나 서늘한 환경을 유지하는 것도 갈색 지방과 베이지색 지방을 활성시켜 에너지를 소모한다.

미토콘드리아를 건강하게
만약 미토콘드리아 기능이 떨어지면 우리 몸은 영양분을 제대로 활용하지도 못하고 에너지 생산도 저하될 수밖에 없어 비만과 심혈관계 질환, 당뇨병 같은 노화 관련 질환 발병률이 높아진다. 반대로 미토콘드리아 기능이 좋아지면 노화를 늦추고 질병을 억제한다는 것은 많은 연구를 통해 밝혀지고 있다.

이처럼 노화를 방지하거나 100년 쓸 튼튼하고 건강한 몸을 만들고 유지하기 위해서는 에너지를 만드는 세포기관인 미토콘드리아를 활성화시켜야 한다. 미토콘드리아가 에너지를 풍부하게 생산할 수 있는 환경을 제공해야 하는 것은 ‘당신의 몫’이다. 그러한 환경은 규칙적인 운동과 자연의 음식을 섭취하고 충분히 쉬는 것이다.

특히 운동 중에서 근육을 늘릴 수 있는 근력 운동이 필수다. 또한 심장 근육을 튼튼하게 할 수 있는 지구력 운동이 필요하다. 심장은 끊임없이 움직여야 하는 숙명을 타고났으며 활동하는 데 많은 에너지가 필요하기 때문이다. 심장이 한순간도 쉬지 않고 계속 움직일 수 있는 이유도 미토콘드리아가 있기에 가능하다.

미토콘드리아의 기능을 원활하게 유지하고 수가 줄어들지 않게 하기 위한 좋은 식습관은 무엇일까?

자연적이고 균형 잡힌 식사를 하되 위의 70~80%만 채울 정도로 먹는 것이 가장 좋다. 제철음식을 뿌리부터 껍질까지 통째로 먹는 매크로바이오틱(Macrobiotic) 식사법도 권장할만하다. 사찰 음식, 자연식 위주의 식사가 미토콘드리아에 좋은 식습관이다. 부처나 예수가 왜 채식을 실천하고 권했는지는 미토콘드리아의 관점에서 보며 이해가 된다.

자연식은 미토콘드리아를 건강하게 유지해준다.
자연식은 미토콘드리아를 건강하게 유지해준다.

특히 미토콘드리아에 좋은 식품이 있을까? 달걀, 렌즈콩, 시금치, 마늘, 생강, 녹차, 구기자 등과 더불어 각종 채소를 규칙적으로 먹는 것이다. 다시 말해 항암 작용과 항산화 작용을 하는 식품을 규칙적으로 먹어야 한다. 달걀노른자에는 콜린(Choline) 성분이 들어 있어서 지방간 예방 인자로 간을 보호하고 지방을 줄이는 역할도 한다.

생체막을 구성하는 레시틴과 신경의 흥분전달 물질인 아세틸콜린의 성분인 콜린은 베타인(Betaine)으로 분해되고, 메틸기에 메틸화 과정을 제공한다. 베타인은 미토콘드리아에 있는 콜린으로부터 형성되며, 이런 산화가 미토콘드리아의 산화 환원을 활성화시킨다. 즉, 산화 스트레스로부터 염증을 예방한다. 베타인의 주요 기능은 항지간작용(지방간 생성 억제)과 혈압강하, 항혈당작용, 시력회복, 해독작용, 세포 복제 기능 등이 있다.

베타인이 풍부한 식품은 뭘까? 베타인은 식물성 식품에 풍부한데 대표적으로 시금치, 구기자, 비트가 있다. 특히 시금치에 함유된 파이토엑디스테로이드(phytoecdysteroid)는 근육 조직 성장 및 포도당 대사도 향상한다. 이는 파이토엑디스테로이드가 곤충 탈피 호르몬(Insect Hormone)과 유사하기 때문이다. 한마디로 천연 스테로이드인 셈. 뽀빠이가 시금치의 대명사가 된 이유다.

시금치하면 뽀빠이가 떠오른다. 뽀빠이는 베타인이 풍부한 시금치를 먹고나면 괴력을 발휘한다. 
시금치 하면 뽀빠이가 떠오른다. 뽀빠이는 베타인이 풍부한 시금치를 먹고 나면 괴력을 발휘한다. 

렌즈콩은 값싸게 구할 수 있는 식물성 단백질원으로 특히 아이소루신(Isoleucine)과 라이신(lysine)이 많이 함유되어 있다. 이 둘은 근육을 재생하는 효과가 있고, 아이소루신은 포도당 대사를 향상한다. 그리고 녹차에서 발견되는 에피갈로카테킨 갈레이트(Epigallocatechin Gallate)는 카테킨(Catechin, 폴리페놀의 일종으로 녹차의 떫은맛 성분)으로 강력한 항산화 작용물질이다. 이 물질은 자외선에 의한 피부 손상 위험을 줄여 주고, 항암 작용, 미토콘드리아의 산화 스트레스를 해소해 노화를 방지하는 효과가 있다.

정리하면 이렇다. 당신을 지배하는 미토콘드리아를 건강하게 만들면 100년 쓸 건강한 몸을 만들 수 있다는 것이다.

  • 근력 운동을 통해 근육을 늘리면 미토콘드리아 크기와 숫자가 늘어난다.
  • 지구력 운동을 통해 심장을 튼튼하게 하면 미토콘드리아가 지속적인 에너지를 심장에 공급해줄 수 있다.
  • 자연식 위주의 식사와 소식은 활성 산소를 줄여 미토콘드리아를 건강하고 유지할 수 있다.

당신의 미토콘드리아는 젊어질 수 있다.
미토콘드리아와 함께 하길(May the mitochondria be with you)!


참고: <미토콘드리아: 박테리아에서 인간으로, 진화의 숨은 지배자> 닉 레인 지음, 김정은 옮김, 뿌리와이파리(2007)
참고: <미토콘드리아 프로젝트> 히키 마사토 지음, 윤은혜 옮김, 하서(2012)
참고: <인체 생리학 5판> 디 언그로브 실버톤 지음, 고영규 외 13명 옮김, 라이프사이언스(2011)
참고: <조직학 5판> 마이클 H. 로스 외 1명 지음, 이왕재 외 7명 옮김, 군자출판사(2004)
참고: 제다이위키 – 미디클로리언

By 푸샵 이종구: <남자들의 몸 만들기, 2004> 저자
[개인/임상/재활 운동사, NSCA-CPT, 스포츠영양코치, 생활스포츠지도사]