세포 적응과 손상

어버이날이나 명절이 되면 어르신을 위한 선물용으로 ‘토코페롤’이라는 영양제를 사는 사람이 많다. 토코페롤은 대표적인 지용성 비타민(Vitamine E)으로, 그 효과는 ‘세포 손상의 기전’과 직접적인 연관이 있다. 지속적인 유해 자극으로 세포가 손상되는 기전에는 ATP(에너지) 생성 감소, 세포막 변성, 단백질 합성 결함, 세포골격의 손상, DNA 변성 등이 있다. 이런 여러 가지 세포 손상 기전들은 서로 복잡하게 얽혀서 작용한다. 하지만, 그 중심에 ‘ATP(에너지)’와 ‘자유라디칼’이 있다고 생각하면 이해하기 쉽다. 다양한 세포 손상 기전을 이해하고 나면, 좀 더 즐거운 마음으로 ‘토코페롤’을 선물로 준비할 수 있을 것이다.

◇ATP(에너지) 감소
‘세포의 ATP 감소’는 주로 저산소증(hypoxia)과 영양소 부족 그리고 화학적 독성물질(toxin)에 의한 사립체(mitochondria) 손상과 연관된다. 괴사(necrosis)의 근본적인 원인이 되기도 한다. 세포의 ATP는 막 수송, 지방-단백질 합성, 인지질 전환(turnover) 등 세포 내의 거의 모든 합성-분해에 사용되므로 정상수준에서 약 5~10%만 부족해도 세포 체계에 큰 영향을 미친다. ATP를 만드는 세포 소기관인 사립체(mitochondria)는 저산소증과 독소 등 거의 모든 유해 자극에 민감하다. 사립체를 만드는 유전자의 변이는 특정 유전질환의 원인이 될 수 있다. 사립체가 손상되면 ATP 생성이 감소하고, 산소 유래 자유라디칼인 ‘활성산소종(reactive oxygen species, ROS)이 형성된다. 활성산소종은 세포막과 단백질 합성 등 많은 부분에서 세포 손상을 일으키고, 세포는 막 투과성이 증가하면서 세포자멸사(apoptosis)가 일어난다.

◇자유라디칼
자유라디칼은 어떤 분자의 최고 외각에 쌍을 이루지 못한 전자가 있는 상태이다. 자유라디칼은 매우 불안정해서 세포막과 핵의 구성성분을 공격하고 변형시키는 성질이 있다. 일부는 촉매반응을 유발하기 때문에 세포 손상이 연쇄적으로 일어나기도 한다. 대표적인 자유라디칼에는 과산화 음이온(O2⁻), 과산화수소(H2O2) 그리고 히드록실 라디칼(-OH⁻) 등이 있다.

자유라디칼의 생산과 제거의 균형이 깨진 것을 산화적 스트레스(oxidative stress)라 한다. 세포가 산화적 스트레스를 받으면 세포막과 소기관의 지질은 과산화되고 막의 변형과 파열이 일어난다. 단백질에 산화적 변형이 생기면 효소 활성이 저하된다. 구조단백질의 형태가 파괴되면 광범위한 세포 손상이 생길 수 있다. 또한, DNA 내의 가닥이 손상되면 세포는 ’노화‘되거나 ’악성‘이 되기도 한다.

다행히 자유라디칼은 비타민 A, 비타민 E, 아스코르빈산과 글루타티온 등 항산화제와 ’자유라디칼 청소계‘라 불리는 여러 가지 효소들에 의해 제거될 수 있다. 항산화제의 대표주자인 토코페롤은 주로 식물성기름·콩류·녹황색채소·난황·간유에 많이 들어 있다. 토코페롤의 가장 큰 작용은 세포막을 구성하고 있는 불포화지방산의 산화를 억제하는 ’항산화 작용‘이다. 이런 항산화 작용을 세포와 조직 손상을 막는 ’노화 방지 효과‘라고도 할 수 있다. 만약 결핍되면 적혈구 막 손상에 의한 빈혈, 생식기능 장애, 운동력 저하 그리고 건조한 피부 등의 증상이 나타날 수 있다.

ATP(에너지) 감소, 자유라디칼 생성, 세포 손상, 노화, 항산화제! 이들의 관계를 이해한다면, 우리는 ‘토코페롤’을 비롯한 항산화제들을 사기 위해 기꺼이 지갑을 열 수 있다.